Entwicklung und Test eines moirebasierten hochgenauen Positionserfassungssystems

Ramon Estana

ISBN 978-3-8325-1199-9
166 Seiten, Erscheinungsjahr: 2006
Preis: 40.50 €

Im Bereich der hochgenauen berührungslosen Positionsbestimmung von frei auf einer Fläche beweglichen Körpern (2D-Positionsmessung) kommt im Augenblick ein deutlich wahrnehmbarer Bedarf auf (vor allem im Bereich autonomer Mikromanipulationseinheiten). Es ist zwar bereits gelungen, deren Position berührungslos innerhalb 0,2 mm zu bestimmen. Für genauere Positionsbestimmungen (aktuell gefordert sind bis zu 5 Mikrometer Auflösung) existieren jedoch momentan keine geeigneten Verfahren, die in Echtzeit Positionsangaben auch von mehreren Gegenständen synchron bereitstellen können.

Es stellt sich somit die Aufgabe, eine Methode für eine genauere Positionsangabe und Orientierung von zweidimensional bewegten Gegenständen für weitergehende Forschungen im Bereich der hochgenauen 2D-Ortung zu entwickeln. Gefordert wird ein hochgenau messendes System, welches sich für verschiedenste 2D-basierende messtechnische Aufgaben eignet und Ergebnisse in Echtzeit zur Verfügung stellt. Die Lösung dieser Messaufgabe wird in dieser Arbeit ausführlich dargestellt. Das Ergebnis der Entwicklungsarbeit ist ein berührungslos messendes, moirébasiertes interferometrisches Positionserfassungssystem mit einer Auflösung von 5 Mikrometer.

Die Suche nach geeigneten Ansätzen führt zur Fotogrammetrie sowie zur Interferometrie - diese arbeiten beide berührungslos. Dies ist allein schon deswegen wichtig, weil die Anforderung einer nicht taktilen Arbeitsweise zugrunde liegt. Ein fotogrammetrisches Verfahren ist für die hier beschriebene Messaufgabe allerdings zu ungenau, arbeitet aber rechnergestützt. Ein interferometrisches Verfahren arbeitet vergleichsweise genau, allerdings ohne Rechnerunterstützung für diesen Anwendungsfall, weil der Mensch die Ergebnisse noch interpretieren muss. Interferometrische Methoden bieten weiterhin eine fast beliebig hohe Auflösung. Dies bedeutet im Einzelfall, dass die Auflösung eines solchen Interferometers unterhalb von einem Mikrometer zu liegen kommt, was der hier geforderten Aufgabenstellung entgegenkommt.

Die Kombination aus beiden Methoden bildet die Lösung für das neue Messverfahren. Durch Vereinigung ihrer Vorteile gelingt die Entwicklung eines für dieses Messproblem geeigneten Sensors. Der zunächst aus der Gitterüberlagerung im Interferometer entstehende Moiréeffekt spielt dabei eine wichtige Rolle; die so genannten Moirépunkte als Elemente des Moiréeffektes führen zur Positionsbestimmung des beweglichen Gegenstandes. Ergänzt wird dies durch die Fotogrammetrie, welche durch eine erste Näherung die Position der Sekundärmarke ermittelt. Durch sie können störende Einflüsse, die sich durch nicht zum Moirémuster gehörende Punkte äußern, entfernt werden.