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Millimeterwellen Radar-Sensorik zur hochgenauen Positionsmessung in

Die fortschreitendende Miniaturisierung der mechanischen Module zur Reduktion der WZM-Größe im SPP erfordert in vielen Fällen eine angepasste Messtechnik, die nach dem aktuellen Stand der Technik nicht bedient werden kann. Das Forschungsprojekt „Radar-Sensorik“ am IHE bietet mit dem entwickelten hochgenauen Radarsensor für unterschiedliche Anwendungen eine neue Messmöglichkeit an. Neben der flexiblen Integrationsfähigkeit kann mit dem Radar bei einer hohen Messwiederholrate, ein robuster Aufbau in Messumgebungen realisiert werden, die durch das Auftreten von Staub, Öl oder Spänen nicht beeinflusst wird.

Um Entfernungen mit einem Radar zu bestimmen, wird die Zeitdifferenz zwischen gesendetem und empfangenem Signal ermittelt und daraus die Entfernung berechnet. Das verwendete Radarsystem basiert auf dem FMCW-Prinzip (Frequency Modulated Continuous Wave). Bei diesem Verfahren wird die Differenzfrequenz zwischen dem frequenzmodulierten Sende- und Empfangssignal für die Entfernungsbestimmung ausgewertet. Für eine sehr präzise Abstandsbestimmung wird eine zusätzliche Phasenauswertung durchgeführt, um die Vorteile eines großen Eindeutigkeitsbereichs mit einer hohen Genauigkeit zu kombinieren. Mit einer Frequenzauswertung wird zunächst eine Grob- und anschließend mit einer Phasenauswertung die Feinbestimmung der Position durchgeführt. Die notwendige Phasenlinearität über eine längere Strecke wird durch die Führung der elektromagnetischen Welle in einem abgeschlossen Hohlleiter mit verfahrbarer Reflexionsstelle, in Abhängigkeit der zu messenden Position erreicht. Dabei müssen zahlreiche Faktoren berücksichtigt werden. Neben der Algorithmen-Entwicklung spielen vor allem die Eigenschaften der eingesetzten Radarhardware, die Ausbreitungseigenschaften des Radarsignals und Umgebungseinflüsse eine Rolle. Im Rahmen des Projektes wurden spezielle Algorithmen entworfen und der Radar- Ansatz mit Simulationen und Messungen unter realen Testbedingungen verifiziert. Mit einem 24 GHz Radarsystem konnte eine Genauigkeit von 10 Ám erzielt werden. Neben Laborversuchsständen wurden ebenfalls Integrationsmöglichkeiten in WZMModule untersucht und eine Integration bei vergleichbaren Messergebnissen in das hydraulische Antriebsmodul des Projektpartners wbk durchgeführt. Darüber hinaus konnte das Radar-Konzept ebenfalls erfolgreich für eine wirkstellennahe Messung an der Parallelkinematik des ITM erweitert werden, um auf zwei Dimensionen die Position am „Tool Center Point“ zu erfassen. Mit zwei Radarsensoren und einfacher Trigonometrie konnten Messungen im Labor durchgeführt und eine wirkstellennahe Messung mit dem Radar gezeigt werden. Im weiteren Verlauf des Projektes wird ein Radarsystem bei höheren Frequenzen eingesetzt, um zum einen eine weitere Steigerung der Genauigkeit zu erreichen und zum anderen die Anwendungsmöglichkeiten des Sensors im SPP durch eine Größenreduktion zu erweitern. Mit den neu entwickelten Frequenz-Phasenauswertealgorithmen in Verbindung mit einem 80 GHz Breitband-Radar konnte bei einer Messkampagne eine mit einem Radar bisher noch nicht erreichte Genauigkeit von besser als 5 Ám erzielt werden. Das ist ein Rekord für Genauigkeitsmessungen mittels eines Radars über längere Messstrecken.

IHE

Stand dieser Seite: 15.02.2013 - 17:22:34 | Impressum | Datenschutzerklärung | Druckdatum: 19.08.2017 - 11:04:45

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