StudiumAbschlussarbeiten
Erweiterung des Kalibrierprozesses eines k-TLS basierten Multi-Sensor-Systems

Erweiterung des Kalibrierprozesses eines k-TLS basierten Multi-Sensor-Systems

Betreuung:  Jens Hartmann, Jens-André Paffenholz
Bearbeitung:  Lars Marschel
Jahr:  2015
Laufzeit:  05/2015 - 11/2015
Ist abgeschlossen:  ja

Das kinematische terrestrische Laserscanning (k-TLS) ist in optimaler Weise dazu geeignet komplexe Objekte flächenhaft und hochgenau zu erfassen. Als Voraussetzung muss die Position und Orientierung des Systems im Raum zu jeder Zeit mit einer der Aufgabe entsprechenden Genauigkeit bekannt sein. Die Bestimmung von Position und Orientierung mittels Zusatzsensorik (i.d.R. Navigationssensoren) wird als (Geo-)Referenzierung bezeichnet.
Bei dem vorgestellten k-TLS basierten Multi-Sensor-System (MSS) kommen ein Lasertracker und ein Tracker-Maschine control Sensor (T-Mac) zum Einsatz, wodurch eine hochfrequente und genaue räumliche six Degrees of Freedom (6 DoF) Positionierung mit bis zu 1kHz ermöglicht wird. Mit dem Lasertracker wird das Referenzpunktfeld der T-Mac, welche am Laserscanner adaptiert ist, angemessen. Das Koordinatensystem der T-Mac ist gegenüber dem Koordinatensystem des Laserscanners dreidimensional verschoben und verdreht. Der Prozess zur Bestimmung dieser relativen Orientierung wird (6 DoF) Kalibrierung genannt. Eine Möglichkeit die 6 DoF (drei Translationen und drei Rotationen) hochgenau zu bestimmen besteht in der gemeinsamen Erfassung von Referenzgeometrien, durch den Lasertracker und den Laserscanner.
In dieser Arbeit wurde das zuvor beschriebenen etablierte Kalibrierungsverfahren dahingehend optimiert, dass vier (zwei Translationen + zwei Rotationen) der 6 DoF ohne die Verwendung von Referenzgeometrien bestimmt werden können. Als Zwangsbedingung für die Bestimmung der 4 DoF wird eine Kreisbahn eingeführt, auf der sich die am Laserscanner montierte T-Mac bewegt. Der Vorteil hierbei ist, dass nur die hochgenauen Lasertrackermessungen in das Ausgleichungsmodell einfließen. Des Weiteren wurden die bisher auf Eulerwinkel basierten Rotationsmatrizen auf Quaternionen umgestellt, wodurch das in dieser Arbeit aufgetretene numerische Problem des Gimbal Lock vermieden wird. Damit konnte der aktuell sehr hohe Arbeitsaufwand (i.d.R. 4-5 Stunden) für die Anordnung der Referenzgeometrien verringert und der Kalibrierprozess effizienter gestaltet werden. Die erzielten Genauigkeiten der 6 DoF liegen für die Translationen im sub-mm bzw. für die Rotationen im mgon Bereich.