Verfahren zur berührungslosen, optischen Positions- und Geschwindigkeitsmessung

Bei einer Verschiebung werden die Änderungen in den Vektoren festgestellt, und dementsprechend Berechnungen zur Feststellung verschiedener Parameter angestellt. Der wesentliche Unterschied dieses Verfahrens gegenüber den bekannten Verfahren wie der optischen Maus oder der Korrelations-Geschwindigkeitsmessung liegt in der Art der Merkmalsgewinnung und dem Algorithmus zum Merkmalsvergleich.

Einführung
Im neu gegründeten Kompetenzzentrum Nanotechnik und Photonik der FH Giessen-Friedberg wurde im Rahmen von Diplom- und Studienarbeiten ein optisches Verfahren zur berührungslosen, optischen Positions- und Geschwindigkeitsmessung entwickelt. Bei diesem Verfahren wird ein Ausschnitt einer Oberfläche, relativ zu der die relative Positionierung stattfindet, auf einen Zeilensensor abgebildet. Die Oberfläche sollte im Wesentlichen zufällig strukturiert sein. Die detektierte Helligkeitsverteilung wird genutzt, um Merkmalsvektoren zu ermitteln. Die Änderung der Vektoren bei einer Verschiebung wird ermittelt. Dazu können die Merkmalsvektoren nach unterschiedlichen Verfahren miteinander verglichen werden.
Unterschied zu bekannten Verfahren
Der wesentliche Unterschied dieses Verfahrens gegenüber den bekannten Verfahren wie der optischen Maus oder der Korrelations-Geschwindigkeitsmessung liegt in der Art der Merkmalsgewinnung und dem Algorithmus zum Merkmalsvergleich. Der Algorithmus lässt sich relativ einfach in eine entsprechende Hardware integrieren.

Werden – wie z. B. bei optischen Gebern – immer dieselben Flächen zur Merkmalsgewinnung verwendet, dann sollte auch eine Absolutcodierung der Positionen über die gewonnenen Merkmalsvektoren möglich sein.

Demonstration
Das Verfahren wird an einem Testaufbau demonstriert, bei dem der Sensor durch eine Kamera mit MatLab®-Simulationsumgebung nachgebildet wird. Die Simulationsumgebung dient zur Optimierung des Algorithmus und der Sensorgeometrie.

Zu dem Verfahren wurde ein Patentantrag gestellt. Der Sensor könnte in einem opto-ASIC umgesetzt werden. Erfahrungen im Bereich der Entwicklung von CMOS-opto-ASICs sind ebenso vorhanden wie Erfahrungen im Design optischer Komponenten und Systeme.

Das System wird im Rahmen der Sonderschau „Berührungslose Messtechnik“ anlässlich der Control 2009 in Stuttgart, 5. bis 8. Mai, in Halle 1, Stand 1612, 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 & Co. KG und der Fraunhofer-Allianz Vision statt.

Fachkontakt:
FH Gießen-Friedberg, KOZ Nanotechnik und Photonik
Prof. Dr. Ubbo Ricklefs
Wiesenstraße 14
35390 Gießen
Telefon: +49 641 309-1914
Fax: +49 641 309-2916
E-Mail: ubbo.ricklefs@ei.fh-giessen.de
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Die Fraunhofer-Allianz Vision ist ein Zusammenschluss von Fraunhofer-Instituten zu den Themen Bildverarbeitung, optische Inspektion und 3-D-Messtechnik, Röntgenmesstechnik und zerstörungsfreie Prüfung.