Accessible Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag December 17, 2019

Einfluss einer zusätzlichen Glasscheibe auf ein optisches 3D-Messsystem

Influence of an additional glass pane on an optical 3D measuring system
Mats Bremer ORCID logo, Michael Wahl and Slawomir Kedziora
From the journal tm - Technisches Messen

Zusammenfassung

Die Zahl der Satelliten, die in den Weltraum starten, wächst von Jahr zu Jahr. Damit erhöht sich entsprechend die Anzahl der defekten Satelliten, auch weil es nur wenige bewährte Ersatzteile gibt. Eine konkrete Erprobung der Ersatzteile könnte auf der Erde mit Hilfe einer Weltraumsimulationskammer durchgeführt werden. In einer solchen Kammer können Werkstoffprüfer ein Ultrahochvakuum erzeugen und Temperaturen zwischen −180 °C bis +200 °C einstellen. Der Einfluss des Vakuums und der Temperaturen auf die Geometrie der Komponenten kann von außen mit Hilfe eines optischen 3D-Messsystems, welches die zu prüfenden Bauteile im Inneren der Kammer durch ein Schauglas vermisst, aufzeichnen. In einer Machbarkeitsstudie wurde ermittelt, wie stark der Einfluss einer zusätzlichen Glasscheibe auf die Messgenauigkeit und den Messfehler eines 3D-Scanners ist. Zum Einsatz kam ein Streifenlichtscanner der Firma Zeiss, der ein 40 mm Endmaß durch eine 20 mm dicke Borosilikatscheibe misst. Für eine Referenzskala der Messgenauigkeit des Scanners wurden zunächst Messungen ohne die Glasscheibe durchgeführt. Anschließend wurden Messungen mit unterschiedlichen Winkelpositionen und Abständen zwischen Glasscheibe und Scanner vollzogen. Die Ergebnisse zeigten den erwarteten Einfluss der Glasscheibe bezüglich der Genauigkeit des Messverfahrens, da mit sich vergrößernden Einfallswinkel die systematische Abweichungskomponente kongruent größer wurde. Eine Minderung der Präzision durch die Glasscheibe wurde für das Messverfahren nicht beobachtet. In der Auswertungssoftware vergrößerte sich durch den Einsatz der Glasscheibe der statistische Fehler. Ursache dafür ist die Verschiebung der 3D-Punktewolke durch die Glasscheibe in eine Schräglage.

Abstract

The number of satellites launched into space is growing from year to year. The amount of defective satellites is increasing as well, as there are only a few proven spare parts available. A specific test of the spare parts could be carried out on Earth with the help of a space simulation chamber. In such a chamber, material testers can generate an ultra-high vacuum and set temperatures between −180 °C and +200 °C. The influence of the temperature and vacuum on the geometry of the components can be evaluated from the outside using an optical 3D measuring system, that measures the component inside the chamber through a sight glass. By feasibility studies it was proven how strong the influence of an additional glass pane is on the measuring accuracy and the measuring error of a 3D scanner. A Zeiss stripe light scanner was used, which measures a 40 mm gauge block through a 20 mm thick borosilicate pane. For a reference scale of the scanner’s measuring accuracy, measurements were initially carried out without the glass pane. The measurements were performed with different angular positions and distances between the glass pane and the scanner. The results showed an expected influence of the glass pane on the accuracy of the measuring procedure, as the bias became steadily larger with larger angles of incidence. A decrease in precision due to the glass pane was not observed for the measurement method. An enlarging statistical error occurred in the evaluation software due to the use of the glass pane. The reason for this is the displacement of the 3D point cloud through the glass pane into an inclined position.

Funding statement: Dieses Projekt wurde durch die europäische Union mit Hilfe des europäischen Fonds für regionale Entwicklung (kurz EFRE) in Höhe von 125.897,40 Euro gefördert. Ebenfalls förderte das Bundesland Rheinland-Pflaz dieses Projekt in Höhe von 31.474,35 Euro.

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Erhalten: 2019-07-22
Angenommen: 2019-12-01
Online erschienen: 2019-12-17
Erschienen im Druck: 2020-07-26

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