Veranstaltungsprogramm

- Aktuelle Sensorik

- Automatisierung

- Praxisbeispiel Schienenfahrzeugbau

Die Erfassung der Geometrie von Rotorblättern großer Windenergieanlagen ist entscheidend für Qualitätskontrollen, den Vergleich mit Designdaten und die Erstellung von Laufzeitverlängerungsgutachten Die großen Dimensionen der Rotorblätter machen die Datenerfassung zu einer technisch herausfordernden Aufgabe. Auch wenn die Windenergieanlage zur Vermessung angehalten wird, kann der Wind dennoch leichte Bewegungen des Messobjekts verursachen, die die Genauigkeit des Messergebnisses beeinflussen.

In dieser Arbeit wird ein Ansatz zur Erfassung der Geometrie eines 88 Meter langen Rotorblattes mittels terrestrischem Laserscanning untersucht. Die Anlage wird für die Messung gestoppt, sodass sich ein Rotorblatt in der 6-Uhr-Position befindet. Trotz des Stillstands bleibt die Anlage anfällig für Windbewegungen, die nicht ausgeschlossen werden können. Um den Einfluss des Windes zu minimieren, werden drei Laserscanner zeitgleich eingesetzt.

Für die Registrierung der Scans werden zwei Ansätze untersucht. Beim ersten Ansatz werden Gymnastikbälle als Verknüpfungspunkte eingesetzt, um große Entfernungen abzudecken und um dadurch die Unsicherheiten in die Höhe zu reduzieren. Der zweite Ansatz basiert auf dem ICP-Algorithmus. Die Ergebnisse der Registrierung werden vorgestellt. Diese werden im Anschluss in das Koordinatensystem des Rotorblattes transformiert, um anschließend Profilsschnitte entlang der Blattlängsachse zu berechnen. Die Profilschnitte werden als Grundlage für den Vergleich mit den Designdaten genutzt. Darüber hinaus ermöglichen die Geometriedaten des Rotorblattes die Ableitung weiterer Kenngrößen wie Profiltiefe, Twist und Spoiler, die beschrieben werden.

Es wird die Realisierung eines optischen Sensornetzwerks zur hochgenauen 3D-Erfassung großer Messvolumina in Echtzeit vorgestellt.

Um den Prozess der Qualitätskontrolle bei der kaltplastischen Umformung großer Bleche von mehreren Quadratmetern quantifiziert nachvollziehbar zu gestalten, ist eine dreidimensionale Erfassung über die gesamte Breite von bis zu 3,5 m erforderlich. Dabei sind verschiedene Herausforderungen zu meistern, wie der Einsatz in rauer Industrieumgebung (Temperaturschwankungen, Staub und Schmutz, Vibrationen), die Kompensation von Fremdlichteinflüssen und die Vermeidung von Abschattungen durch den Pressenstempel. Weiterhin bestehen die Anforderungen an kurze Messzeiten (Echtzeitbetrieb) und die Bereitstellung einer genauen und aufwandarmen prozessintegrierbaren Kalibrierung

Es wird ein Echtzeit-Sensornetzwerk aus zwei optischen 3D-Sensoren mit aktiver Musterprojektion im NIR-Bereich vorgestellt, welche ein Messvolumen von 4,0 x 2,0 x 0,5 m³ im industriellen Umfeld abdecken. Dabei werden laterale Punktabstände von ≤ 2 mm und ein 3D-Absolutfehler von unter 1 mm in Messzeiten von ≤ 0,5 s realisiert.

Die geometrischen Randbedingungen erfordern die Anbringung der beiden Stereo-Sensoren am Portal einer Presse, so dass sie von schräg oben auf das zu vermessende Blech schauen, dabei aber Abschattungen durch den zentral befindlichen Pressstempel vermeiden müssen. Dadurch entsteht bezüglich der Kameras eine sehr große notwendige Messtiefe mit starken Einflüssen für die Messgenauigkeit.

Das darauf abgestimmte Kalibrierverfahren ist mehrstufig ausgelegt, wobei zunächst die beiden Stereo-Sensoren separat durch einen Bündelblockausgleich unter Verwendung von ArUco-Markern kalibriert werden. Die Ausrichtung der beiden Sensoren aufeinander zum Erreichen eines überlappenden großen Messvolumens erfolgt unter Verwendung von Skalier-Normalen, zusätzlichen Markern und simultaner Überprüfung mittels Kugelstäben und Ebenen-Normalen. Die typischerweise auftretenden residualen Oberflächenabstandsfehler im gemeinsamen Bereich des Messvolumens werden mittels abschließendem Feintuning durch Anwendung der Helmert-Transformation minimiert.

Das entwickelte Sensorsystem realisiert die Echtzeit-Erfassung der Blechgeometrie und bietet die Auswertung und visuelle Darstellung der Ergebnisse zur sofortigen Evaluierung durch einen geübten Anwender. Die dadurch ermöglichte quantitative Auswertung von Spanten- und Schnittlinien erleichtert die Arbeit des Pressens von Stahlblechen signifikant. Das Sensorsystem ist auch für andere Anwendungen geeignet, die eine genaue 3D-Erfassung großer Messvolumina erfordern. Es werden das geometrische Design der 3D-Sensoren beschrieben, der Prozess der Sensorkalibrierung dargestellt, Genauigkeitsmessungen dokumentiert sowie verschiedene Messbeispiele gegeben.