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Sitzungsübersicht
Sitzung
Photogrammetrische Anwendungen
Zeit:
Donnerstag, 06.02.2020:
11:00 - 12:30

Chair der Sitzung: Manfred Wiggenhagen, Leibniz Universität Hannover
Ort: Raum E7

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Präsentationen

Targetless Measurements of Holes with Close-Range-Photogrammetry in Industrial Assembly

Andreas Kämpgen, Adrian Callies, Simon Weinmüller, Guillermo Cervero Badía, Pablo Cádiz Monteagudo, Klaus Pottler

CSP Services España S.L., Almería, Spain

Automatic 3D photogrammetry measurement of natural features like holes in assembly components is a non-trivial task. In usual oblique observations of the through holes in structural sheets of a finite thickness, the visible elliptic hole contour is formed partly by the hole edge at the top surface and partly by the hole edge at the bottom surface. Obtained centers of fitted ellipses thus have systematic errors if the top surface hole center is the measurement objective. We demonstrate that image coordinates of these hole centers can be corrected using approximately known hole and camera poses in a fully automatic photogrammetry measurement system with well-defined lighting. The bundle-adjusted 3D hole coordinates of the corrected image coordinates are compared against 3D reference results from indirect photogrammetry measurements using adapters with artificial targets.

Kämpgen-Targetless Measurements of Holes with Close-Range-Photogrammetry_b.pdf


Inbetriebnahme und Optimierung eines aktiven Einkamera-3D-Messsystems mit 3D-Videobildraten im Kilohertzbereich

Andreas Breitbarth1, Isabell Wagner1, Matthias Heinze2, Kevin Srokos2, Gunther Notni1,2

1Technische Universität Ilmenau, Fachgebiet für Qualitätssicherung und Industrielle Bildverarbeitung, Deutschland; 2Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik, Deutschland

Messsysteme mit aktiver Musterprojektion zur dreidimensionalen Oberflächenerfassung benötigen eine Mehrzahl an Aufnahmen mit paarweise signifikant verschiedener Intensitätsverteilung im Messbereich. Über diesen Zeitraum der simultanen Projektion einer Mustersequenz und der Bildaufnahme ist eine statische Anordnung des Messsystems und der Messobjekte relativ zueinander unabdingbar. Ebenso sollten die Messobjekte innerhalb dieses Zeitraums keiner Deformation ausgesetzt sein. Diese zwei Grundannahmen sind für eine zunehmende Anzahl von Messsituationen nicht gegeben, so dass entweder softwareseitig eine Bewegungskompensation stattfinden oder von Seiten der Hardware eine quasistatische Situation geschaffen werden muss. Letzterer Ansatz wird in den vorliegenden Untersuchungen verfolgt.

Das zugrundeliegende 3D-Messsystem besteht aus einem analogen GOBO-Projektionssystem sowie der Hochgeschwindigkeitskamera Photron FASTCAM SA-Z. Dabei wird innerhalb des Projektionssystems eine 575 W Metalldampflampe zur Bereitstellung einer ausreichenden Beleuchtungsstärke verwendet. Die temporäre Mustervariation auf der Objektoberfläche erfolgt nach dem GOBO-Prinzip, indem sich zwischen der Lichtquelle und den Projektionslinsen eine kontinuierlich rotierende Stahlmaske mit binären Streifen befindet. Die Erzeugung von Intensitätsverteilungen in trigonometrischer Form wird durch eine geeignete Defokussierung dieser aperiodischen Hell-Dunkel-Streifen realisiert. Da aperiodischen Mustern eine statistische Intensitätsverteilung zugrunde liegt, ist ein stereoskopischer Ansatz der Bildaufnahme für die dreidimensionale Datenbestimmung unumgänglich. Ressourceneffizient hinsichtlich Bauraumbedarf und Kosten des Gesamtsystems wird unter Zuhilfenahme eines 4-Spiegel-Systems die ausschließlich eine reale Hochgeschwindigkeitskamera mit ihren zwei Sensorhälften als stereoskopische Bildaufnahmeeinheit genutzt. Dies ermöglicht des Weiteren das Umgehen einer aufwändigen Synchronisation mehrerer Kamerasysteme im Mikrosekundenbereich.

Nichtsdestotrotz bestehen für ein Einkamerasystem zur Umsetzung eines stereoskopischen Messansatzes zusätzliche Herausforderungen, die im Rahmen der vorliegenden Arbeit detailliert untersucht wurden. So spielt die Justierung des 4-Spiegel-Systems, bestehend aus einem Spiegelprisma im direkten Strahlengang der realen Kamera und zwei außenliegenden Ablenkspiegeln, sowohl für die Bildaufnahme als auch die Systemkalibrierung eine entscheidende Rolle hinsichtlich der erzielbaren 3D-Messgenauigkeit. Weiteren Einfluss auf die Genauigkeitskomponente stellt die gegenseitige Abstimmung der Parameter Messabstand, Rotationsgeschwindigkeit des GOBO-Rades, Bildaufnahmerate und Verschlusszeit der Hochgeschwindigkeitskamera, sowie Blendeneinstellung dar. Diese Parameterabstimmung wurde mithilfe eines mehrstufigen Optimierungsverfahrens durchgeführt, wobei die Zielgrößen der VDI-Richtlinie 2634 Blatt 2 entnommen wurden. Die Versuchsplanung erfolgte in der Methodik nach Kleppmann. Durch die getrennte Nutzung der zwei Sensorhälften der Hochgeschwindigkeitskamera für verschiedene Strahlengänge ergaben sich neu zu definierende Grenzen des Gesamtmesssystems, welche in Abhängigkeit der Entfernung zwischen Messsystem und den Messobjekten Variationen in der optimalen Parameterbelegung ergaben.

Die erzielten Resultate ermöglichen eine Bildaufnahmerate von 20.000 Bildern pro Sekunde, die bei Zugrundelegung einer Sequenzlänge von 15 Bildern für eine 3D-Rekonstruktion eine 3D-Videobildrate von mehr als 1.300 Bildern pro Sekunde ermöglicht. Damit ist eine quasistatische Messsituation auf weniger als eine Millisekunde begrenzt, womit neue Messaufgaben ermöglicht werden. Die realisierten 3D-Messgenauigkeiten liegen in der Größenordnung von 1/1000 bei einem untersuchten Messbereich von etwa 300 x 300 mm.

Breitbarth-Inbetriebnahme und Optimierung eines aktiven Einkamera-3D-Messsystems_b.pdf


Validierung unterschiedlicher Methoden zur Holzpoltervermessung

Artur Fischer, Timo Rauchhaus, Adrian Przybylski, Bernd Stock

HAWK-HHG Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen, Fakultät Naturwissenschaften und Technik

Die fotooptische Vermessung von Holzpoltern wurde bereits in mehreren Forschungsprojekten thematisiert. Während sich das Projekt Fairlog 2020 mit der effizienteren und gerechteren Gestaltung der Holzlogistik beschäftigt, befasst sich das, durch die niedersächsische NBank geförderte, Forschungsprojekt Konformitätsbewertete mobile Messgeräte 4.0 (KmM 4.0) mit der Bestimmung von Längen und Flächen zur Vermessung von Holzpoltern mit mobilen Geräten. Die Ziele dieses Forschungsvorhabens sind, zum einen das bestehende System des Industriepartners (FOVEA GmbH) zu verbessern und zum anderen einen Prototypen für ein neues eigenständiges System zu entwickeln.

Poltervermessungs-Apps wie iFOVEA des Industriepartners setzen auf die monokularen Kameras von Smartphones bzw. Tablets, während der neue Prototyp eine Low-Cost-Stereokamera (Stereolabs, ZED) verwendet, um die Datenvielfalt zu erhöhen und die Kosten für ein Alternativsystem gering zu halten. Monokulare Verfahren benötigen Referenzmaße, um metrische Größen, wie z.B. Flächen in m², zu berechnen. Im Gegensatz dazu ist die Stereokamera in der Lage ohne zusätzliche Einbringung eines Referenzmaßes Punktwolken im Weltkoordinatensystem zur Verfügung zu stellen. Dabei stellt sich auch die Frage, ob die derzeit im Einsatz befindlichen monokularen Verfahren, sowie wie der neu entwickelte Prototyp einer Konformitätsüberprüfung durch die Physikalisch-Technische Bundesanstalt standhalten können. Diese überprüft hauptsächlich die Genauigkeit der gemessenen Polterfrontflächen und die Wiederholgenauigkeit der Messsysteme.

Im eingereichten Beitrag werden sowohl das an der HAWK entwickelte Messsystem vorgestellt, als auch das Konzept der monokularen Messverfahren. Darüber hinaus werden die Ergebnisse unseres Systems mit der iFOVEA-App verglichen und vor Ort durchführbare Tests der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt durchgeführt und bewertet.

Um die Güte beider Systeme selbst zu ermitteln, wird ein mit dem Institut für Angewandte Photogrammetrie und Geoinformatik (IAPG) der Jade-Hochschule Oldenburg erstellter Goldstandard verwendet. Dafür wurden drei Holzpolter mit unterschiedlicher Stammzahl und Stammanordnung durch das IAPG photogrammetrisch vermessen und die 3D-Koordinaten der Stammumrisse ermittelt. Diese ermöglichen einen objektiven Vergleich der relevanten Messgrößen aus allen Systemen.

Fischer-Validierung unterschiedlicher Methoden zur Holzpoltervermessung_b.pptx


Erfassung von Fluid-Struktur-Kopplung einer Modell-Windenergieanlage in Windkanal-Experimenten

Simon Nietiedt1, Martina Göring1, Thomas Willemsen2, Tom Wester3, Lars Kröger3, Gerd Gülker3

1Jade Hochschule, Deutschland; 2Hochschule Brandenburg; 3Carl von Ossietzky Universität

Informationen über die Fluid-Struktur Kopplung bilden eine Grundlage für das Design der Rotorblätter. Bisher werden die wechselseitigen Interaktionen zwischen Rotorblättern und turbulenten Windströmungen durch komplexe Simulationen geschätzt oder an einzelnen diskreten Punkten beobachtet. In diesem Beitrag wird ein Messkonzept vorgestellt, mit dem flächenhafte Informationen der Bewegung/Deformation einer rotierenden Modell Windenergieanlage sowie die Windströmung in Windkanalversuchen erfasst werden. Die Erfassung von Windströmung und Bewegungsverhalten erfolgt simultan und berührungslos. Es werden Techniken aus dem Bereich der Photogrammetrie und der Strömungsmesstechnik kombiniert, wodurch hohe Anforderungen an das Messkonzept entstehen. Weiterhin werden Lösungsansätze für die Realisierung eines gemeinsamen Koordinatensystems sowie zur Synchronisierung beider Messsysteme vorgestellt. Die Validierung des gesamten Messkonzeptes erfolgt anhand mehrerer Windkanalversuche, in denen vorerst ein einzelnes Rotorblatt Verwendung findet. Die Erkenntnisse daraus zeigen, dass das Messkonzept und die vorgeschlagenen Lösungen für die simultane Erfassung von Windströmungen und Rotorblattbewegungen prinzipiell geeignet sind und Bewegungen mit einer hohen Genauigkeit erfasst und rekonstruiert werden können.

Nietiedt-Erfassung von Fluid-Struktur-Kopplung einer Modell-Windenergieanlage_b.pdf


 
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