Weitwinkelreflektorsysteme
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- Daniel Krause
- vor 6 Jahren
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1 Weitwinkelreflektorsysteme cand. geod. Franziska Bernhart, Prof. Dr.-Ing. M. Hennes 14. Oktober 2010, Optische Messtechnik für Anwendungen im Maschinenbau G E O D Ä T I S C H E S I N S T I T U T ( G I K ) KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft Weitwinkelreflektorsysteme Motivation Optische Lösungen Corner Cube-Reflektoren (CCR) Tooling Ball-Reflektoren (TBR) Cat Eye-Reflektoren (CER) n2-reflektoren Mechanische Lösungen Active hub 2 Weitwinkelreflektorsysteme
2 Motivation Herausforderung trackende Systeme Anwendung antastend Anwendung bewegtes Objekt (Roboter, Radioteleskop) Drawback: Limitierter Einfallswinkel Gewicht 3 Weitwinkelreflektorsysteme Optische Systeme Corner Cube-Reflektor (CCR) 3 Planspiegel (orthogonal montiert) open-air Reflektor parallele Strahlführung Spezifizierte Zentriergenauigkeit ± 10 µm (Radius: 2.5 µm, Form 1.5 µm, mech. Zentrierung 6 µm) Sehr empfindlich gegen Stöße Bruchresistente Variante Akzeptanzwinkel ± 30 [nach Yang/Friedsam] 4 Weitwinkelreflektorsysteme
![durch zusätzliche Materialübergänge Luft-Glas-Luft Additionskorrektion, Richtungskorrektion [nach Yang/Friedsam] 5 Weitwinkelreflektorsysteme Optische](/docs-images/98/136121254/images/3-1.jpg "Systeme Tooling Ball-Reflektor Einschränkung des Arbeitsbereiches montierbarer Ring [Markendorf 2000] Akzeptanzwinkel ± 22 [Leica] 6")
3 Optische Systeme Tooling Ball-Reflektor (TBR) Glasprisma mit orthogonal zueinander stehenden hinteren verspiegelten Flächen Zentriergenauigkeit ± 12 µm (Radius: 4 µm, Form 3 µm, mechanische Zentrierung 10 µm) Akzeptanzwinkel ± 50 [Leica] geringere Herstellungskosten robust Refraktionsbedingte Abweichungen durch zusätzliche Materialübergänge Luft-Glas-Luft Additionskorrektion, Richtungskorrektion [nach Yang/Friedsam] 5 Weitwinkelreflektorsysteme Optische Systeme Tooling Ball-Reflektor Einschränkung des Arbeitsbereiches montierbarer Ring [Markendorf 2000] Akzeptanzwinkel ± 22 [Leica] 6 Weitwinkelreflektorsysteme
4 Optische Systeme Cat Eye-Reflektor Zwei Halbkugeln aus Glas des identischen Brechungsindexes Zentriergenauigkeit ± 10 µm Akzeptanzwinkel ± 60 Größe: 75 mm Durchmesser Gewicht: 730 g (mit Fassung) empfindlich gegen Schmutz und Stöße Additionskorrektion ( + Richtungskorrektion) [nach Yang/Friedsam] 7 Weitwinkelreflektorsysteme Optische Systeme n2-reflektor Vollkugel aus Glas Brechungsindex n= 1,99613 bei λ=633nm Zentriergenauigkeit ± 100 µm Akzeptanzwinkel ± 80 Größe: 38,1 mm Durchmesser Gewicht: 98 g (mit Fassung) empfindlich gegen Schmutz und Stöße Additionskorrektion (+ Richtungskorrektion) 8 Weitwinkelreflektorsysteme
5 Optische Systeme n2-reflektor Exzentrumsproblematik Ermittlung mittels Autokollimationsmikroskop -20 µm in x-richtung -30 µm in y-richtung -3 µm in z-richtung spezifizierte Zentrierabweichung: max. 100 µm Problematisch für alle antastenden Messungen 9 Weitwinkelreflektorsysteme Optische Systeme n2-reflektor Betrachtung der Streckenverfälschung in Mittelpunktsebene Kleiner Einfallswinkel Großer Einfallswinkel Maximale Abweichung der Strecke: z-exzentrizität (3 µm) Maximale Abweichung der Strecke: diagonale Lage-Exzentrizität (36 µm) 10 Weitwinkelreflektorsysteme
6 Optische Systeme n2-reflektor Verwendung des n2-reflektors zur Erweiterung des A-TOM-Arbeitsbereiches (6DOF-Bestimmung) Exzentrische Lage der Glaskugel gegenüber Kugelhülle unrelevant Kenntnis der Additionskorrektion wichtig 11 Weitwinkelreflektorsysteme Optische Systeme n2-reflektor Ergebnisse Frontale Messung - Betrachtung radial Sinusförmige Abweichungen in radialer Richtung zum ausgeglichenen Kreis Abweichung zum Kreis bis zu 100 µm Wiederholgenauigkeit der Einzelabweichungen im Mittel ± 6 µm 12 Weitwinkelreflektorsysteme
7 Optische Systeme n2-reflektor Ergebnisse Frontale Messung - Betrachtung planar Sinusförmige Grundschwingung Abweichung zum Kreis bis zu 10 µm Überlagerte Sinusschwingungen Wiederholgenauigkeit der Einzelabweichungen im Mittel ± 1 µm 13 Weitwinkelreflektorsysteme Weitwinkelreflektorsysteme Motivation Optische Lösungen Corner Cube-Reflektoren (CCR) Tooling Ball-Reflektoren (TBR) Cat Eye-Reflektoren (CER) n2-reflektoren Mechanische Lösungen Active hub 14 Weitwinkelreflektorsysteme
8 Mechanisches System: Active Hub Idee Mechanische Reflektornachführung Antrieb & Ansteuerung Konstantstrom-Motor kommerzieller Treiber individuelle Lösung: labview-basiert 15 Weitwinkelreflektorsysteme Active Hub - Spezifikationen Active Hub einachsig Rotation: nahezu endlos (einzige Limitierung: Kabelführung und Montierung) Kinematik: 20 /s bzw. 10 /s² Positioniergenauigkeit: 0.2 (Auflösung) Gewicht: 510 g (ohne CCR) Active Hub zweiachsig Einfallswinkel nahezu endlos bzw. 270 Achsschnittpunkt 0.5 mm, justierbar auf 0.1 mm 16 Weitwinkelreflektorsysteme
![Active Hub - Exzentrizitätsprüfung Active Hub einachsig Mechanische Exzentrizität I a I < 2 µm Abweichung [µm] 2 1 0-1 -2-3 Exzentrizität Hub C mit CCR 2414, Tastspitze seitlich (90 ), Exz.](/docs-images/98/136121254/images/9-2.jpg "1.6 µm/15-4 0 90 180 270 360 Orientierung [ ] 1. Runde Rückdrehung, 2. Runde 3. Runde 4.")
9 Active Hub - Exzentrizitätsprüfung Active Hub einachsig Mechanische Exzentrizität I a I < 2 µm Abweichung [µm] Exzentrizität Hub C mit CCR 2414, Tastspitze seitlich (90 ), Exz. 1.6 µm/ Orientierung [ ] 1. Runde Rückdrehung, 2. Runde 3. Runde 4. Runde Exzentrizität Mechanisches Zentrum AA a Rotationsachse DD Auflager 17 Weitwinkelreflektorsysteme
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