Promotionsthema - Photogrammetrie und Fernerkundung

Photogrammetrie
& Fernerkundung
Prof. Dr.-Ing. U. Stilla
Promotionsthema
2013-06-22
Carsten Götz
Indoor-Positionsbestimmung durch ein Mehrfachkamerasystem für automatisierte photogrammetrische Messungen.
Heutzutage werden hohe Anforderungen an industriell gefertigte Produkte auch bezüglich deren geometrischer Maßhaltigkeit und der Oberflächenqualität gestellt. Selbst kleinste Abweichungen von den
durch das Design vorgegebenen Maßen und Formen können im weiteren Verlauf der Produktmontage
zu großen Schwierigkeiten führen. Die Beseitigung dieser Abweichungen ist zeit- und arbeitsaufwendig
und führt zu höheren Kosten, je später die Mängel innerhalb des Produktionsprozesses aufgedeckt
werden. Um die Produktqualität und den Produktionsprozess überwachen zu können, kommen in der
Regel verschiedene Messsysteme Einsatz.
Zum Beispiel werden in der Automobilindustrie Streifenlichtprojektionsmesssysteme eingesetzt, um
größere Objekte wie Karosserieteile dreidimensional zu digitalisieren und so zu überprüfen. Das Messvolumen dieser Sensoren ist normalerweise deutlich kleiner als das zu vermessende Objekt, so dass für
eine komplette Erfassung mehrere Aufnahmen von unterschiedlichen Standpunkten aus gemacht werden müssen. Aber auch Verdeckungen am Objekt können mehrere Aufnahmestandpunkte notwendig
machen. Die Transformation der aus diesen Einzelmessungen gewonnenen Punktkoordinaten in ein
gemeinsames Koordinatensystem wird als globale Registrierung bezeichnet.
Ein bestehender Ansatz, die Ergebnisse aus den Einzelaufnahmen zusammenzuführen, erfordert die
Anbringung von photogrammetrischen Zielmarken an der Oberfläche des Messobjekts als Passpunkte
für die anschließende Transformation. Diese Vorgehensweise ist jedoch sehr zeitintensiv und hinsichtlich des weiteren Mess- und Produktionsablaufs nicht unproblematisch. Daher werden zum Teil auch
markante Formen auf der Oberfläche des Messobjekts verwendet, um diese anstelle der aufgeklebten
Passmarken zu verwenden. Die ausgedehnte und meist gleichmäßige Oberfläche von Karosserieteilen
schränkt die Anwendung der letztgenannten Methode aber sehr stark ein.
Ein Lösungsansatz ist die Bestimmung der Position und der Ausrichtung des Messsystems, also zum
Beispiel eines Steifenlichtprojektionssystems, unter Zuhilfenahme von Kameras, die starr am Messsystem montiert sind und ihre eigene äußere Orientierung anhand von präzise vermessenen Passmarken in
der Umgebung bestimmen. Dieser Lösungsansatz wäre für verschiedene Messsysteme anwendbar und
sehr flexibel auf das jeweils gegebene Umfeld anpassbar. Zeitintensive Vorbereitungen von Messungen,
wie das Anbringen von Passmarken am Messobjekt oder die Installation von spezifischen Kulissenrahmen um das Messobjekt herum, könnten entfallen.
Ziel der Arbeit ist die Untersuchung dieses Ansatzes hinsichtlich der dadurch erreichbaren Genauigkeit
und der Anwendbarkeit der Methode im industriellen Umfeld. Es soll gezeigt werden, welchen Einfluss
die Wahl der Komponenten für das Kamerasystem auf die Genauigkeit des Ergebnisses hat. Zudem ist
zu erwarten, dass die Verwendung von mehreren Kameras die Genauigkeit der Bestimmung von Position und Orientierung steigert. Es werden daher verschiedene Ansätze zur Ausnutzung der Redundanz
bei einem Mehrkamerasystem untersucht und die Ergebnisse daraus verglichen. Die Untersuchung wird
zunächst anhand einer Simulation durchgeführt. Die Ergebnisse daraus sollen durch Messungen in einem realen Versuchsszenario im industriellen Umfeld validiert werden. Das Ergebnis der systematischen Untersuchung soll eine Aussage darüber ermöglichen, inwiefern dieser Ansatz dazu geeignet ist,
die bisherigen Verfahren zu ersetzen beziehungsweise zu ergänzen.