Optimierung optischer Absolutdrehwinkelmessungen durch verbesserte Codierungen
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Niels Janson
Niels Janson, BSc (*1989) studierte an der Leibniz Universität Hannover Informatik. Studienbegleitend war er als wissenschaftliche Hilfskraft am IPH beschäftigt. Seit August 2020 ist er am IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH als Soft- und Hardwareentwickler im Bereich Produktionsautomatisierung tätig.
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Marvin Abt
Dipl.-Ing. Marvin Abt (*1991) studierte Chemie-Ingenieurswesen an der Technischen Universität Dresden mit den Schwerpunkten Simulation und Optimierung sowie Energietechnik. Während seines Studiums arbeitete er seit 2014 als wissenschaftliche Hilfskraft am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahlentechnik in Dresden in der Drucktechnik. Seit November 2017 ist er am IPH – Institut fär Integrierte Produktion Hannover gGmbH als Projektingenieur im Bereich Produktionsautomatisierung tätig.
Dr.-Ing. Benjamin Küster, MSc (*1988) studierte an der Leibniz Universität Hannover Wirtschaftsingenieurwesen mit den Schwerpunkten Produktionstechnik und Wirtschaftsinformatik. In Forschungs- und Beratungsprojekten beschäftigte sich Herr Küster unter anderem mit der automatisierten Erfassung und Auswertung von 8D-Reports. Seit September 2017 ist er Abteilungsleiter der Produktionsautomatisierung am IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH.
Prof. Dr.-Ing. Ludger Overmeyer, (*1964), studierte Elektrotechnik an der Universität Hannover und arbeitete im Anschluss als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH). Nach seiner Promotion zum Dr.-Ing. war er als Führungskraft im Bereich Forschung und Entwicklung im Maschinen- und Anlagenbau für die Halbleiterindustrie tätig. Seit 2002 leitet er das Institut für Transport- und Automatisierungstechnik (ITA) der Leibniz Universität Hannover. Im Jahr 2007 übernahm er die Funktion eines geschäftsführenden Gesellschafters des IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gemeinnützige GmbH.
Zusammenfassung
Die optische Absolutdrehwinkelmessung ermöglicht die kontaktlose und referenzfreie Messung von Winkelpositionen an rotierenden Wellen, ohne dass zusätzliche Aufbauten oder Verkabelungen an diesen angebracht werden müssen. Neben den klassischen Methoden zur Steigerung der Robustheit und Effizienz des Messverfahrens durch optimierte Hardware, Messdatenverarbeitung oder Fehlerkorrekturen stellt die Auseinandersetzung mit der zugrundeliegenden Codierung einen vielversprechenden und bisher wenig betrachteten Ansatz dar. Im Rahmen dieser Arbeit wird anhand einer realen Welle gezeigt, wie durch die Verwendung geeigneter Suchverfahren und einer angepassten Codierung die erforderliche Codewortlänge um über 40 % verkürzt werden kann. Dadurch wird die Rechenlast und der Speicherbedarf für die Dekodierung deutlich verringert und die Robustheit des Verfahrens gesteigert. Weiterhin wird praktisch gezeigt, wie durch Verkürzung der Codewortlänge eingesparten Stellen genutzt werden können, um Messfehler durch eine zusätzliche Redundanz effektiv zu minimieren.
Abstract
Optical angle measurement enables contactless and reference-free measurement of angle positions on rotating shafts without the use of additional setup or cabling. In addition to the classical methods to improve the measurement process by optimized hardware, data processing or error correction, the investigation of the coding is a promising approach to increase the stability and efficiency of the method. In this work, a real shaft is used to show how the required codeword length can be shortened by more than 40 % by using suitable search algorithms and an adapted encoding. As a result, the processing load and the required memory for decoding are significantly reduced and the stability of the method is improved. Furthermore, it is shown in practice how digits saved by shortening the codeword length can be used to effectively minimize measurement errors by using an additional redundancy.
Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Award Identifier / Grant number: IGF-Vorhaben 20891 N
Über die Autoren
Niels Janson, BSc (*1989) studierte an der Leibniz Universität Hannover Informatik. Studienbegleitend war er als wissenschaftliche Hilfskraft am IPH beschäftigt. Seit August 2020 ist er am IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH als Soft- und Hardwareentwickler im Bereich Produktionsautomatisierung tätig.
Dipl.-Ing. Marvin Abt (*1991) studierte Chemie-Ingenieurswesen an der Technischen Universität Dresden mit den Schwerpunkten Simulation und Optimierung sowie Energietechnik. Während seines Studiums arbeitete er seit 2014 als wissenschaftliche Hilfskraft am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahlentechnik in Dresden in der Drucktechnik. Seit November 2017 ist er am IPH – Institut fär Integrierte Produktion Hannover gGmbH als Projektingenieur im Bereich Produktionsautomatisierung tätig.
Dr.-Ing. Benjamin Küster, MSc (*1988) studierte an der Leibniz Universität Hannover Wirtschaftsingenieurwesen mit den Schwerpunkten Produktionstechnik und Wirtschaftsinformatik. In Forschungs- und Beratungsprojekten beschäftigte sich Herr Küster unter anderem mit der automatisierten Erfassung und Auswertung von 8D-Reports. Seit September 2017 ist er Abteilungsleiter der Produktionsautomatisierung am IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH.
Prof. Dr.-Ing. Ludger Overmeyer, (*1964), studierte Elektrotechnik an der Universität Hannover und arbeitete im Anschluss als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH). Nach seiner Promotion zum Dr.-Ing. war er als Führungskraft im Bereich Forschung und Entwicklung im Maschinen- und Anlagenbau für die Halbleiterindustrie tätig. Seit 2002 leitet er das Institut für Transport- und Automatisierungstechnik (ITA) der Leibniz Universität Hannover. Im Jahr 2007 übernahm er die Funktion eines geschäftsführenden Gesellschafters des IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gemeinnützige GmbH.
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Author contributions: All the authors have accepted responsibility for the entire content of this submitted manuscript and approved submission.
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Research funding: None declared.
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Conflict of interest statement: The authors declare no conflicts of interest regarding this article.
Literaturverzeichnis
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© 2023 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston
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