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Multilateration

Anwendung zur Kalibrierung von Präzisionsmaschinen

Hinter den sperrigen Begriff Multilateration verbirgt sich ein einfaches geometrisches Verfahren: Kennt man den Abstand eines Punkte im Raum zu mindestens drei anderen bekannten Punkten, so lassen sich dessen Koordinaten bestimmen.

Das Verfahren wird von uns allen tagtäglich genutzt, denn das Global Positioning System (GPS) basiert genau auf diesem Prinzip. Der Empfänger (z.B. in Ihrem Navigationssystem oder Mobiltelefon) errechnet aus Signallaufzeiten von Mikrowellensignalen zu mindestens drei Satelliten seine Position auf der Erde. Je mehr Satelliten empfangen werden, desto größer ist die Genauigkeit der Ortsbestimmung. Da sich Entfernungen sehr genau messen lassen, kann die Position oft mit einer Genauigkeit von fünf Metern bestimmt werden, und das bei einem Abstand von 20.000 km zu den Satelliten!

Etalon hat dieses Verfahren nun für die Kalibrierung von Präzisionsmaschinen nutzbar gemacht. Statt der Laufzeitmessung über Mikrowellensignale nutzt die Etalon Technologie die hochgenaue Laserinterferometrie, die mit einer Auslösung von einem Nanometer (1 Millionstel Millimeter) Entfernungsänderungen messen kann.

Den Satellit bildet der LaserTRACER mit der patentierten Referenzkugel. Der Empfänger ist hierbei der Reflektor, der an der Spindel oder dem Tastkopf der Maschine eingespannt wird und dem der LaserTRACER mit seinem Messstrahl automatisch folgt.

Echtzeit-Multilateration

Bei der Echtzeit-Multilateration mit vier LaserTRACER-Systemen wird das Multilaterationsprinzip ideal umgesetzt. Vier Messstrahlen folgen dem gleichen Reflektor und messen kontinuierlich die Abstandsänderung. Dadurch, dass vier Abstandsmessungen durchgeführt werden, aber nur drei Koordinaten berechnet werden müssen, kann nach einer bestimmten Anzahl von Messungen auch die Lage der „Satelliten“ zueinander bestimmt werden. Das System ist also selbstkalibrierend!

Die Echtzeit-Multilateration kommt heute insbesondere bei Etalon Kunden in der Forschung zu Einsatz, wo höchste Genauigkeit und gleichzeitig höchste dynamische Auflösung einer Bewegung notwendig sind, z.B. bei der hochpräzisen Analyse von Werkzeugmaschinen oder Roboterbewegungen oder als Referenzsystem für die Messung großer Strukturen. Kunden sind z.B. die Physikalisch-Technische Bundesanstalt, die deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt, die Universität Aachen oder das Chinesische Metrologische Staatsinstitut in Peking.

Sequentielle Multilateration

Viel höhere Bedeutung für die industrielle Praxis hat eine Abwandlung des Verfahrens, die sequentielle Multilateration. Hierbei wird nur ein LaserTRACER verwendet, der die Entfernungsänderung zum Reflektor für eine vorgegebene Menge von Punkten zunächst aus einer Position misst und dann manuell umgestellt wird. Nach mindestens drei Positionen lassen sich auch so hochgenaue räumliche In Informationen ableiten, die dann z.B. zur Maschinenkalibrierung verwendet werden. Die Etalon-Software ist für diesen Einsatzzweck optimiert, leitet den Benutzer durch den Messprozess und kann direkt die geometrischen Abweichungen unterschiedlichster Achskonfigurationen berechnen. Dadurch, das auch hier ausschließlich die Längeninformation verwendet wird, die durch das hochgenaue Laserinterferometer mit Nanometer-Auflösung verfügbar ist, lassen sich mit diesem Verfahren extreme Genauigkeiten erzielen, die auch ausreichen, um als Referenz für die genausten Koordinatenmessgeräte der Welt zu dienen.

Deshalb ist dieses Verfahren heute bei vielen metrologischen Staatsinstituten, Herstellern und Anwendern von Koordinatenmessgeräten und Werkzeugmaschinen im Einsatz.

Informieren Sie sich bei uns über die Möglichkeiten des Verfahrens.

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