Evaluierung der Orientierungs- und Kalibrierungsergebnisse

Zur Evaluierung der Orientierung und Kalibrierung werden Prüfkörper herangezogen, deren Geometrieparameter bekannt sind. Ein Vergleich dieser mit den aus der Streifenprojektionserfassung abgeleiteten Geometrieparameter zeigt das Verhalten eines Sensors im kalibrierten Meßvolumen (hier etwa 500mm x 500mm x 300mm). Die abgetasteten Prüfkörper sind in den Abbildungen 8 (Ebene), 9 (Kugelleiste) und 10 (Halbzylinderprüfkörper) dargestellt. Beim eingesetzten Streifenprojektor handelt es sich um einen Projektor vom Typ LCD320 der Firma ABW, mit dem nur Streifen in einer Richtung projiziert werden können. Die Kamera ist mit einem Strandardchip der Firma Sony (XC-77CE) mit einer Auflösung von 756 x 581 Pixeln ausgestattet. Eine ausführliche Darstellung der Ergebnisse befindet sich in (Hau 1999).


Abb. 8: Ebenenprüfkörper	Abb. 9: Kugelleiste	Abb. 10: Halbzylinderprüfkörper

Die Analyse der Abtastungen erfolgte in Anlehnung an VDI-Richtlinie 2634 (VDI 1999). Kenngrößen, die nach dieser Richtlinie analysiert werden, sind die Ebenheitsabweichung, die die Spanne der vorzeichenbehafteten Abstände der Meßpunkte von der Ausgleichseben angibt, die Längenabweichungen einer kalibrierten Strecke in einem definierten Meßvolumen, die Antastabweichung, die die Spanne der vorzeichenbehafteten Abstände der 3D-Punkte von der jeweiligen Ausgleichsfläche angibt, und die Streuungen der senkrechten Abstände der 3D-Punkte von ihren Ausgleichsflächen. Zusätzlich werden hier noch die abgeleiteten Radien der Halbzylinder mit den kalibrierten Werten verglichen. Ein weiteres Kriterium zur Evaluierung ist der Winkel zwischen den Richtungen der Zylinderachsen.

Die Ebenheitsabweichungen, die aus den Abtastungen des Ebenenprüfkörpers bestimmt wurden, lagen im Mittel im Bereich von -0.5mm bis 0.5mm. Abbildung 11 zeigt die Verteilung einer Ebenenabtastung.
Die Längenabweichungen zwischen dem kalibrierten Sollabstand (300.000mm) und der aus der Kugelabtastung ermittelten Distanz der beiden Kugelzentren, die in einer Ausgleichung bestimmt wurden, lagen im Mittel bei 0.792mm. Die zugehörige Standardabweichung betrug 0.087mm.
Die Antastabweichungen lagen bei den Kugelabtastungen wie schon bei der Ebenheitsabweichung im Bereich von -0.5mm bis 0.5mm. Abbildung 12 zeigt die Verteilung der Abweichungen einer Kugelabtastung.


Abb. 11: Ebenheitsabweichung einer Ebenenabtastung	Abb. 12: Antastabweichung einer Kugelabtastung

Abbildung 13 zeigt das Höhenlinienbild der abgetasteten Kugelleiste.
Die Streuungen der senkrechten Abstände der 3D-Punkte von ihren Ausgleichsflächen lagen bei der Ebene im Bereich von +/-0.136mm, bei den Kugeln im Bereich von +/-0.073 und beim Halbzylinderprüfkörper bei +/-0.077mm.
Die Sollradien der beiden Halbzylinder betragen 199.810mm und 125.070mm. Die entsprechenden abgeleiteten Größen aus der Abtastung ergaben 200.541mm und 125.447mm. Die Winkel zwischen den Zylinderrichtungen lagen im Bereich von 0.053gon bis 0.084gon.


Abb. 13: Höhenlinienbild der Kugelleiste

Bewertung:

Insgesamt zeigen die Ergebnisse der Abtastungen ein sehr gutes Genauigkeitsniveau auf. Die Ebenheitsabweichung und auch die Antastabweichungen fallen in Bezug auf das Meßvolumen relativ klein aus. Auch die Streuung der Längenabweichungen zeigt dieses Niveau. Nur die absoluten Längenabweichungen sind sehr groß. Dies hat folgenden Grund: In der Ausgleichung zur Orientierung und Kalibrierung konnte kein sehr präziser Maßstab genutzt werden. Lediglich mechanisch abgegriffene Kugeldistanzen wurden zur Maßverkörperung eingesetzt. Bestätigt wird dieses Maßstabsproblem durch die Maßstabsberechnungen zwischen Sollwerten und abgeleiteten Werten der Kugeldistanzen und der Zylinderradien. Die Maßstäbe lagen bei allen Abtastungen einheitlich zwischen 0.96 und 0.97.
Die Ergebnisse zeigen auch, daß keine großen globalen Modelldeformationen vorliegen. So liegen die Streuungen der Längenabweichungen bei nur 0.087mm und auch die Abweichungen der Richtungsvektoren der Halbzylinderachsen fallen mit 0.053gon bis 0.084gon sehr klein aus. Die Höhenliniendarstellung der abgetasteten Kugelleiste visualisiert die geringen Modelldeformationen: Die Höhenlinien der Grundebene liegen parallel zueinander, die Höhenlinien der Kugeloberflächen zeigen konzentrische Kreise.
Zum Vergleich mit anderen Veröffentlichungen wurde noch die Relation zwischen der mittleren Streuung der senkrechten Abstände von der Ausgleichsfläche und dem Meßvolumen berechnet. Sie lag im Bereich von 1:5000, was ebenfalls das hohe Genauigkeitsniveau zeigt.

Thomas Hau