Drohnenbasierte, flächenhafte Lasertriangulation für die Geometriemessung lokaler Oberflächendefekte

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Fischer
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541022266

Drohnen können schwer zugängliche Stellen erreichen und bieten freie Traglast für Sensorik. Sie werden daher bereits für Inspektions- und Messaufgaben mit geringen Unsicherheitsanforderungen eingesetzt. Die limitierten Ressourcen hinsichtlich Energie, Masse, Messzeit und Bauraum, sowie die ständigen Bewegungen und Vibrationen stellen jedoch eine Herausforderung für präzise Messungen dar. Deshalb ist das Ziel des Vorhabens, die Messfähigkeiten eines drohnenbasierten flächigen Lasertriangulationsmesssystems für die hochauflösende Geometrieerfassung lokaler Oberflächendefekte mit Ausdehnungen im Millimeter- bis einstelligen Zentimeterbereich zu klären. Entsprechend wird einerseits die Herausforderung verfolgt, simultane flächige Lasertriangulationsmessungen mit einer hohen Punktdichte zu ermöglichen, was mit einem diffraktiven optischen Element zur Erzeugung paralleler Laserlinien bzw. einer Punktmatrix erreicht werden soll. Außerdem erfordert die Messaufgabe eine niedrige Messunsicherheit <1 mm bei einem sicherheitsbedingten Mindestmessabstand von 2 m. Deshalb wird, gemäß der Zielrichtung des Schwerpunktprogramms, das Drohnenmesssystem bestehend aus den drei Elementen Sensor, Signalverarbeitung und Kommunikation ganzheitlich betrachtet, um die Sensitivität und das Signal-Rausch-Verhältnis zu maximieren, und den Energieverbrauch zu minimieren. Außerdem werden verschiedene drohnenbasierte 3D-Registrierungsverfahren für die Single-Shot-Messdaten untersucht, um mit wiederholten Messungen aus unterschiedlichen Drohnenpositionen die Bildauflösung signifikant zu steigern. Mit Experimenten im Labor und im Freifeld sollen darüber hinaus die störenden Einflüsse von der fliegenden Messplattform (Vibration, Bewegung) sowie von den Umweltbedingungen (Wind, Temperatur, Sonne) auf das Messergebnis quantifiziert und wirksame Kompensationsmaßnahmen untersucht werden. Schließlich soll die mit dem Drohnenmesssystem erreichbare Messunsicherheit auch im Kontext der begrenzten Systemressourcen (Raum, Masse, Energie, Zeit) charakterisiert und der messtechnische Wirkungsgrad, d. h. die mit unterschiedlichen Systemressourcen erreichbare Messgüte bestimmt werden. Die zugehörige Modellierung des Messsystems bildet dabei die Grundlage für die Erstellung eines digitalen Zwillings, um die Messfähigkeiten skalierter Systeme vorhersagen zu können. Dies bildet die Grundlage für die zweite Phase, um erweiterte Skalierungsmöglichkeiten der Systemressourcen zu untersuchen, die Messfähigkeiten kooperativ-agierender Schwarmsystemen zu klären, und das inverse Problem (Wieviel und welche Ressourcen sind für eine gegebene Messaufgabe erforderlich?) zu lösen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2433: Messtechnik auf fliegenden Plattformen