Abstandsmessung mit Laser Radar mit einer Genauigkeit von einem Mikrometer

Eine Genauigkeit von einem millionstel Meter: Ein Radarsystem mit solch einer Präzision soll künftig nicht nur Roboter steuern können.

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Einen gemeinsamen Rekord haben Wissenschaftler des KIT und der Ruhr-Universiät Bochum aufgestellt: Ein Radarsystem misst mit einer Genauigkeit von einem Mikrometer. Damit sollen sich neue Möglichkeiten in der Produktions- und Anlagentechnik eröffnen lassen.

Abstände präzise zu bestimmen, wird in der Fertigungstechnik immer wichtiger – beispielsweise für die genaue Ansteuerung von Robotern, die Produktion von mikromechanischen Bauteilen oder die Steuerung von Werkzeugmaschinen. Dabei werden häufig Glasmaßstäbe, induktive Sensoren oder Lasermesssysteme zur Abstandsmessung eingesetzt. Maßstäbe aus Glas sind sehr präzise und ermöglichen eine mikrometergenaue Messung, sind aber für den täglichen Einsatz zu unflexibel und zu kostenaufwendig.

Radar dient der genauen Abstandsmessung

Induktive Sensoren, die Abstände mit Spule, Magnetfeld und Bewegung messen, arbeiten berührungslos und damit verschleißfrei, sind jedoch in ihrer Messwiederholrate beschränkt. Laser ermöglichen ebenfalls eine hochgenaue Messung, eignen sich aber nicht für Umgebungen mit Staub, Feuchtigkeit oder stark veränderlichen Lichtverhältnissen. Demgegenüber können Radarsignale sowohl Staub als auch Nebel gut durchdringen. Radarsysteme werden bis jetzt allerdings vornehmlich zur Wetterbeobachtung, Luftüberwachung oder Abstandsmessung in Automobilen eingesetzt.

Wissenschaftler am Institut für Hochfrequenztechnik und Elektronik (IHE) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) um Prof. Thomas Zwick und am Lehrstuhl für Integrierte Systeme der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Prof. Nils Pohl haben nun ein Radarsystem zur Abstandsmessung entwickelt und erfolgreich eingesetzt.

Lasersystem mit hoher Präzision

Dieses Radarsystem zeichnet sich durch eine zuvor nicht erreichte Präzision aus: Bei einem gemeinsamen Versuch im Juli dieses Jahres erreichten die Karlsruher und Bochumer Forscher mit einer Genauigkeit von einem Mikrometer einen neuen Rekordwert für Radarabstandsmessungen. Ein Mikrometer entspricht einem millionstel Meter. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 40 bis 60 µm dick.

Zur Messung setzen die Wissenschaftler ein Dauerstrichradar (FMCW-Radar – Frequency Modulated Continuous Wave Radar) ein, dessen Sender während der Dauer des Messvorgangs ununterbrochen arbeitet. Die RUB-Forscher entwickelten die Hardware, die Wissenschaftler des KIT die Algorithmik. Das Radarsystem mit speziellem Messaufbau erlaubt die mikrometergenaue Messung von Abständen bis zu mehreren Metern im Freiraum.

Im Vergleich zu Lasersystemen sind diese nicht nur kostengünstiger, sondern bieten auch die Möglichkeit, selbst absolute Positionen eindeutig zu messen. Durch den quasi unbegrenzten Eindeutigkeitsbereich ist das Radar dem Laser weit überlegen.

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