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Als Präzisionsmessgerät im Mikrometerbereich (μm) wird die Messgenauigkeit des Laser Trackers von vielen fortschrittlichen Fertigungsindustrien und Forschungsinstituten anerkannt, deren Präsenz sich über die ganze Welt erstreckt. Ein einziger Laser Tracker ist in der Lage, ultrahochpräzise Messungen zu erzielen.

Es gibt jedoch einige feinmechanische Projekte mit strengeren Anforderungen an die Messgenauigkeit. Manchmal liegt dies an beweglichen Teilen an einem Roboter oder einer dynamischen Messumgebung oder an der Notwendigkeit, Messwinkelfehler in Echtzeit zu reduzieren. Für solche Anwendungen hat API eine Messlösung entwickelt, die mehrere Radian Laser Tracker verwendet, die gleichzeitig Daten erfassen, um eine dynamische Datenabbildung für die Messumgebung zu erstellen. Diese Lösung realisiert dynamische und hochpräzise 6DoF-Messungen und verbessert die Zielmessgenauigkeit erheblich.

Die folgenden Abschnitte beschreiben die Komponenten dieser Multi-Tracker-Lösung und zeigen drei Anwendungen, bei denen sie die Messgenauigkeit weiter verbessern kann.

Komponenten des Systems

1. API Radian Pro Laser Tracker

Der Radian Pro Laser Tracker von API ist mit ADM- (Absolutdistanz) und IFM- (Interferometer) Lasern ausgestattet. Der IFM-Laser ist der Standard für die Längenmessung, der eine hohe Präzision und Rückverfolgbarkeit der Daten für das gesamte System garantiert.

2. TTL (oder anderes) Daten-Synchronisations-System

Ein Daten-Synchronisations-System ist ein Gerät, das mehrere Laser Tracker dazu veranlassen kann, gleichzeitig Daten zu sammeln. In diesem System befindet sich ein spezieller Signalgenerator, der mit einem Impulssignal den mehreren Trackern befiehlt, gleichzeitig Daten zu sammeln. Der Benutzer kann die Reihenfolge festlegen, in der die Tracker ausgelöst werden.

3. API-Software für die synchrone Signalverarbeitung

Diese Software ist API-eigen und wird zur Analyse, der von mehreren Trackern gesammelten Daten verwendet. Die Software kann verschiedene Anforderungen erfüllen, einschließlich der Vereinheitlichung der Koordinaten mehrerer Tracker, der Definition der Koordinaten des Ziels und der synchronen Analyse der gesammelten Daten.

Anwendungsbeispiele

Bild 1: Schematisches Diagramm des Raumfahrzeug-Landemoduls 6 DoF-Messung mit API Multi-Tracker Messlösung

1. 6 DoF-Messung, -Überwachung, -Steuerung und -Echtzeiteinstellung des Raumfahrzeug-Landemoduls

Ziel der Messung

Das Landemodul des Raumfahrzeugs wird beim Landevorgang von der Schwerkraft, der Luftströmung und vielen anderen Faktoren beeinflusst, die allesamt Erschütterungen verursachen. In dieser Anwendung wird der Streckmechanismus verwendet, um diese Kräfte zu simulieren, wodurch das Landemodul erschüttert wird, während mehrere Laser Tracker verwendet werden, um die mathematische Beziehung zwischen den Referenzpunkten synchron zu überwachen, um so wissenschaftliche Daten zu erhalten. Anhand der Daten können die Kraft und die Richtung des Booster-Raketenstrahls an der Unterseite des Landemoduls angepasst werden, so dass das Landemodul stabil landen kann.

Ablauf der Messung

Drei Punkte, P1, P2 und P3, befinden sich auf dem Landemodul, und drei Radian Pro Laser Tracker werden für die dynamische Tracking-Messung in Echtzeit und die Überwachung ihrer 6 DoF-Daten verwendet. Weitere drei Radian Pro Laser Tracker werden für die Echtzeit-Nachführung und Überwachung der Punkte P4, P5 und P6 eingesetzt, die sich auf dem Streckmechanismus befinden. Die 6 Laser Tracker werden durch den Synchronisator zur gleichen Zeit zur Messung ausgelöst, und die aufgezeichneten Daten werden dann an den PC oder Laptop gesendet. Die Synchronverarbeitungssoftware wird verwendet, um die Daten und die mathematische Beziehung zwischen den Referenzpunkten zu analysieren, und dann werden die Schubkraft und die Richtung der Rakete entsprechend den Daten angepasst.

Bild 2: Industrieroboter und dynamische 6-DoF-Messung mit Multi-Trackern

2. Industrieroboter und dynamische 6-DoF-Messung

Ziel der Messung

Zur Messung der dynamischen 6-DoF-Präzision von Industrierobotern, um die räumliche Genauigkeit jeder Position des Roboters in seiner Bewegungsbahn besser beurteilen zu können, und entsprechend der Daten werden die entsprechende Datenkompensation und die Arbeitswegoptimierung des Roboters durchgeführt.

Ablauf der Messung

Die Halterung für den sphärisch montierten Retroreflektor (SMR) ist am Ende des Industrieroboters angeordnet und drei SMRs sind auf der Halterung angeordnet. Drei Laser Tracker verfolgen jeweils einen SMR, und die Positionsdaten jedes SMR während des gesamten Bewegungsvorgangs werden dynamisch in Echtzeit erfasst und gemessen. Die gesammelten Daten werden zur Berechnung an einen PC oder Laptop zurückgespielt und dienen als Datenunterstützung für die Roboterkalibrierung und -kompensation.

Bild 3: Vier Laser Tracker werden eingesetzt, um große asphärische Spiegel mit hoher Präzision zu vermessen

3. Extrem hochpräzise Messung des Messobjekts

Ziel der Messung

Signifikante Verbesserung der Messgenauigkeit der gemessenen Objekte. Mit der rasanten Entwicklung wurden großflächige asphärische optische Systeme immer häufiger in den Bereichen der astronomischen Beobachtung und der Weltraumoptik eingesetzt und haben sich zum Mainstream der optischen Systementwicklung entwickelt. Allerdings ist die In-Position-Erkennung von großen asphärischen Oberflächen (insbesondere konvexen asphärischen Oberflächen) sehr schwierig, was einer der technischen Engpässe ist, die die Entwicklung solcher optischen Systeme einschränken. Um dieses Problem zu lösen, ist ein beliebtes Forschungsthema die Anwendung der Schwenkarm-Konturerkennungstechnologie für die hochpräzise In-Position-Erkennung.

Ablauf der Messung

90 % des Messfehlers eines einzelnen Laser Trackers sind auf Winkelfehler zurückzuführen. Bei der Multiple-Tracker-Lösung von API messen mehrere Tracker gleichzeitig einen Punkt und berechnen dessen Position anhand der mehreren gesammelten Datenpunkte auf der Grundlage der eigenen Position des Trackers sowie der Position des Punktes, um den Winkelfehler des Trackers maximal zu vermeiden.

Zusammenfassung

Die obigen Anwendungsfälle unterstreichen die Fähigkeit und Funktionsfähigkeit der Multi-Tracker-Messlösung bei der Realisierung einer dynamischen, hochpräzisen 6-DoF-Messung und Überwachung eines Ziels und der deutlichen Verbesserung der Messgenauigkeit der Zielposition. Um mehr über die Radian Laser Tracker von API zu erfahren und darüber, wie sie einzeln oder in einer Gruppe eingesetzt werden können, um die höchsten Toleranzanforderungen in jeder Branche zu erfüllen, klicken Sie hier.

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