Interferometrische, direkte faseroptische Formmessung mit sechs Freiheitsgraden

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Kissinger
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536023270

Die direkte faseroptische Formmessung (DFOFM) ist eine neue Technologie, bei der die Form eines Messkabels direkt gemessen wird um aus dieser auf die Form/Verformung von Trägerstrukturen schließen zu können. Die neuartige Fähigkeit Formen ohne externen Beobachter zu vermessen führt zu vielen interessanten Forschungsperspektiven, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, Robotik oder Medizin. Die vom Antragsteller entwickelte Fasersegmentinterferometrie (FSI)-Technologie hat bereits in zahlreichen anspruchsvollen Anwendungen stark verbesserte Messauflösungen im Vergleich zu konkurrierenden Ansätzen gezeigt. Auch für die DFOFM verspricht das FSI-Konzept höhere Genauigkeiten, da die Dehnung theoretisch exakt über definierte Fasersegmente integriert wird und Immunität gegenüber Dehnungsgradienten besteht. Ein Meilenstein zur Implementierung des FSI-Ansatzes für komplexere DFOFM-Aufgaben ist die Realisierung einer zusätzlichen Torsionsmessung im Messkabel. Diese Fähigkeit ist in vielen praktischen Anwendungen sehr wichtig, da die Torsion des Messkabels im Betrieb oft nicht ausgeschlossen werden kann. Weiterhin verhindert die typischerweise sehr hohe Steifigkeit von DFOFM-Kabeln den Einsatz in Situationen in denen eine flexible Ausdehnung des Messkabels nötig ist. Außerdem ist die direkte Messung der Kabelausdehnung erforderlich um DFOFM mit allen 6 Freiheitsgraden zu ermöglichen. Solche Messungen wurden in der Literatur noch nicht gezeigt, haben aber großes Potential für die Lösung zahlreicher Messaufgaben z.B. in der Soft- und Kontinuumsrobotik. In diesem Vorhaben wird Grundlagenforschung zu neuen Messkabelstrukturen durchgeführt um den interferometrischen DFOFM-Ansatz zum ersten Mal auf fünf (mit Torsion) und sechs (mit Torsion und Ausdehnung) Freiheitsgrade zu erweitern. Hierfür wird zunächst ein Verständnis der Konfigurationsparameter mittels theoretischer Modellierung aufgebaut. Darauf folgt eine eingehende statische und dynamische Charakterisierung der erreichbaren Auflösung und Genauigkeiten der hergestellten Messkabel. Zum Abschluss des Vorhabens wird für diesen Ansatz ein dediziertes Demonstrator-System aufgebaut, welches die neuartigen Fähigkeiten dieses Ansatzes anhand der Messung der Position und Orientierung einer parallel-kinematischen Plattform mit sechs Freiheitsgraden aufzeigen soll. Insbesondere sind in diesem Vorhaben die folgenden neuartigen wissenschaftlichen Beiträge geplant: 1) Die erste Demonstration der Kombination von interferometrischem DFOFM und Torsionsmessung mittels eines Messkabels mit helikaler Faseranordnung. 2) Die erste Demonstration von DFOFM mit sechs Freiheitsgraden mittels gewundenen Messkabeln, wobei die gewundene Struktur eine sehr geringe axiale Steifigkeit aufweist um sicher über große Ausdehnungen betrieben werden zu können sowie um Messung der Ausdehnung selbst zu ermöglichen. 3) Die erste Demonstration eines DFOFM-Systems als Positions- und Orientierungsencoder mit sechs Freiheitsgraden.+

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen