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 Mit unkonfektionierten Kabeln durch die Schaltschrankwand
26.06.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

nachricht Gehäuse für schwere Steckverbinder in platzsparender Ausführung
26.06.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

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: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zu aktuellen Fragen der Stammzellforschung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Fraunhofer FKIE ist Gastgeber für internationale Experten Digitaler Mensch-Modelle

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Immunabwehr: Wie Proteine Membranbläschen zusammenbringen

28.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Das Auto lernt vorauszudenken

28.06.2017 | Maschinenbau

Der Satellitenblick auf die Dürre in Kenia

28.06.2017 | Geowissenschaften