In hochpräzisen optischen Messsystemen können bereits kleinste optische Elemente im Strahlengang zu systematischen Fehlern führen. Dies zeigte sich auch bei der Entwicklung des Multi-Aperture-Positioning-Systems (MAPS). Bei Messreihen mit Deckglas auf dem Sensor wurden systematische Messabweichungen in Abhängigkeit des Messwinkels festgestellt, was auf Refraktionseffekte durch das Deckglas der Kamera hinweist.

Um diesen Effekt zu eliminieren, wurde das Deckglas einer Industriekamera entfernt und Vergleichsmessungen vor und nach der Modifikation durchgeführt. Die Messergebnisse bestätigten, dass durch die Entfernung des Deckglases die unerwünschten Refraktionseffekte beseitigt werden konnten, wodurch die Genauigkeit des Messinstruments verbessert wurde.

Infos zu MAPS

Beim Multi-Aperture-Positioning-System (MAPS) handelt es sich um einen Ansatz zur Positionsvorhersage einer LED mittels maschinellen Lernens in einem neuartigen Mess-System. MAPS nutzt einen photogrammetrischen Ansatz mit Aperturmaske und einer einzelnen Kamera, wobei bisher komplexe, rechenintensive Algorithmen eingesetzt wurden. Ziel ist es, diese Algorithmen durch ein neuronales Netzwerk zu ersetzen, um die Messfrequenz bei vergleichbarer Genauigkeit zu erhöhen.

Das neuronale Netzwerk wurde mit simulierten Bildern trainiert und mit realen Bildern getestet. Es lieferte ähnliche Ergebnisse wie bisher genutzte Gauß-Algorithmen, arbeitete jedoch schneller, da keine aufwändige Bildvorverarbeitung nötig ist – was zu einer subpixel-genauen Bestimmung des Lichtpunktzentrums ohne systematische Fehler führte.

Eine Auswahl an durchgeführten Arbeiten zu diesem Thema finden Sie hier:

Online position correction approach of an industrial robot by using a new photogrammetric measurement system – Luis Garcia, Uwe Bielke, Cornelius Neumann, Theo Hageney, Klaus Banzhaf, Ernst Wiedenmann, Rainer Börret, 2023

Solution to preserve correspondence of measurement and light source using multiple simultaneously with MAPS | IEEE Conference Publication | IEEE Xplore

Machine Learning Based Position Prediction of a Target Tracked by Multi-Aperture Positioning System

Online 6DOF metrology with MAPS utilizing a unique aperture pattern mask

Accuracy evaluation of a new 3D photogrammetric position measurement system for 6D printing

OPUS 4 | Simulation and accuracy evaluation of a new 3D photogrammetric position measurement system

OPUS 4 | Entwicklung einer Simulationsmethodik für das Multi-Aperture-Positioning-System

Infos zur Forschergruppe

Das Multi-Aperture-Positioning-System (MAPS) wurde im Rahmen eines Forschungsprojekts am Zentrum für Optische Technologien (ZOT) der Hochschule Aalen entwickelt. Das ZOT ist ein interdisziplinäres Forschungszentrum, das sich auf innovative Anwendungen der optischen Messtechnik spezialisiert hat.

Die am Projekt beteiligte Arbeitsgruppe Börret kombiniert Expertise aus den Bereichen geometrische Optik, Bildverarbeitung und Sensorsysteme, um neuartige optische Instrumente für industrielle und wissenschaftliche Anwendungen zu realisieren.

Weitere Informationen zum Zentrum für Optische Technologien (ZOT) und dessen Forschungsprojekten finden Sie auf der Webseite des ZOT.