Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Optisches Ortsfilterverfahren zur 2-D-Geschwindigkeitsmessung

08.04.2005


Die Geschwindigkeitsmessung von Festkörpern, Fluiden oder Gasen hat in der industriellen Messtechnik einen hohen Stellenwert, da oftmals die Geschwindigkeit Aussagen über Länge, Qualität oder andere Zustände eines Prozesses oder Stoffes zulässt. Mit dem vorgestellten System können Geschwindigkeitsmessungen optisch mit CCD- oder CMOS-Sensoren vorgenommen werden können.



Längen und Geschwindigkeiten können unabhängig von den Eigenschaften des Materials mit optischen Verfahren sehr präzise und verschleißfrei gemessen werden. Das optische Ortsfilterverfahren nutzt die Filterwirkung gitterförmiger Strukturen zur Bildung eines Ausgangssignals. Durch die Verwendung strukturierter optischer Sensoren als Ortsfilter eröffnen sich für Qualitätssicherungs- und Automatisierungsprozesse in der Industrie völlig neue Perspektiven.



So kann zum Beispiel über die Geschwindigkeit bzw. die Geschwindigkeitsdifferenz von Walzgut vor und nach dem Walzvorgang auf die resultierende Dicke geschlossen werden. Über die Auswertung der Geschwindigkeit können auch Durchflüsse in Rohren und die resultierenden Kräfte bestimmt werden. Eine weitere häufige industrielle Anwendung ist die Längenbestimmung von Papierbahnen (z. B. Tapeten), Kabeln oder Fäden. Das Institut für Allgemeine Elektrotechnik der Universität Rostock stellt ein System vor, mit dem die Geschwindigkeitsmessungen optisch mit CCD- oder CMOS-Sensoren vorgenommen werden können.

Abrollende Messräder, bei denen die Geschwindigkeit über den Umfang und die Drehzahl des Rades bestimmt wird, sind auf Grund von Schlupf und Abrieb prinzipbedingt fehlerbehaftet. Berührungslose optische Messmethoden dagegen, welche die statistische Rauheit des Messobjektes für die Geschwindigkeitsmessung ausnutzen, haben sich durch hohe Genauigkeit, geringen Wartungsaufwand und Einsetzbarkeit bei heißen, aggressiven oder empfindlichen Stoffen als vorteilhaft erwiesen.

Das Ortsfilterverfahren wurde erstmals 1963 von dem japanischen Forscher Ator beschrieben. Seitdem wurde es ständig weiterentwickelt. In Rostock entstand die Idee, Halbleiterbildsensoren für die Ortsfilterung zu verwenden. Dabei wurden vorrangig CCD-Zeilensensoren (Charge Coupled Device - ladungsgekoppelte Einheiten), wie sie aus Fax-, Scan- und Kopiergeräten bekannt sind, eingesetzt. Mit der Weiterentwicklung von CMOS-Fotosensoren (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) hinsichtlich der Rauschminimierung kommen zunehmend CMOS-Matrixkameras in der Videoelektronik, z. B. als Web-Kamera mit geringer Pixelanzahl, zum Einsatz.

Charakteristische Eigenschaften sind der geringe Platzbedarf, die Robustheit gegenüber Vibration und Temperatur, die hohe Lebensdauer, die geringe Leistungsaufnahme und der geringe Kostenaufwand. CMOS-Sensoren bieten außerdem die Möglichkeit des Auslesens ausgewählter Bildausschnitte, so dass die Auslesezeit wesentlich reduziert wird.

Jede plane Bewegung lässt sich durch zwei einzelne Bewegungskomponenten beschreiben. Aus diesen beiden Geschwindigkeitskomponenten (z. B. in x- und y-Richtung) lassen sich dann der Geschwindigkeitsbetrag, die Bewegungsrichtung sowie die aktuelle Position bestimmen.

Die Bestimmung der Geschwindigkeit erfolgt aus der resultierenden Ortsfrequenz. Die Berechnung erfolgt im Vergleich zu bildverarbeitenden Verfahren (z. B. Korrelation) bedeutend schneller, da anstatt einer 2-D-Rechnung zwei 1-D-Rechnungen realisiert werden. Der Geschwindigkeitsbereich und die Genauigkeit der Messung werden durch den eingesetzten Sensor bestimmt. Mit dem vorgestellten Messaufbau können Fehler kleiner zwei Prozent erzielt werden.

Zusammenfassung der Eigenschaften des Messsystems:

  • 2-D-Geschwindigkeitsmessung in Betrag und Richtung, 2-D-Positionsüberwachung
  • Kostengünstiger, robuster, industrietauglicher Aufbau
  • keine speziellen Anforderungen (z. B. Laserlicht) an die Beleuchtung, in den meisten Fällen Umgebungslicht ausreichend
  • Genauigkeiten kleiner zwei Prozent
  • Hardwareentwicklung (Chipdesign) ermöglicht Echtzeitmessung

Das System wird im Rahmen der Sonderschau "Berührungslose Messtechnik" anlässlich der Control 2005 in Sinsheim, 26. bis 29. April, in Halle 7, Stand 7128, vorgestellt. Die Sonderschau will einen Beitrag zur Verbreiterung der Akzeptanz berührungsloser Messtechnik leisten, indem an einigen ausgewählten Exponaten die Konstruktionsprinzipien, Eigenheiten und Grenzen der neuen Messmöglichkeiten demonstriert werden. Die Sonderschau findet mit Unterstützung der P. E. Schall GmbH, den Mitgliedern des Control-Messebeirats und der Fraunhofer-Allianz Vision statt.

Regina Fischer | idw
Weitere Informationen:
http://www.vision.fraunhofer.de
http://www.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Wärme in Strom: Thermoelektrische Generatoren aus Nanoschichten
16.03.2017 | Universität Duisburg-Essen

nachricht Flüssiger Treibstoff für künftige Computer
15.03.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise