Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion

Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag 28.03.2025Matthias Bodenbenner Erstellt mit generativer KI Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion [1] Olympia-Verlag GmbH, „Wembley-Tor“, kicker. Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://www.kicker.de/wembley-tor-961948/artikel [2] S. Würz, „Kein Tag wie jeder andere: Das Wembley-Tor“, Eurosport Deutschland. Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://www.eurosport.de/allesportarten/special/2021/kein-tag-wie-jeder-andere-das-wembley-tor_sto8426876/story.shtml [3] J. Aumüller, „Kein Tor, eindeutig kein Tor“, Süddeutsche.de, 28. Juni 2010. Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://www.sueddeutsche.de/sport/wm-2010fehlentscheidungen-kein-tor-eindeutig-kein-tor-1.966461 [4] J. Reschke und B. Knaack, „4:1-Sieg: Deutschland müllert England weg“, Der Spiegel, 27. Juni 2010. Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://www.spiegel.de/sport/fussball/4-1-sieg-deutschland-muellert-england-weg-a703156.html [B1] M. Schneider, „Das Wembley-Tor in Bildern“, Süddeutsche.de. Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://www.sueddeutsche.de/sport/50-jahre-wm-finale-1966-undewig-faellt-das-wembley-tor-1.3101475 [B2] C. Spencer, „Deutsche Torlinientechnik feiert WM-Premiere - Fürth“, Marktspiegel. Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://www.marktspiegel.de/fuerth/c-freizeit-undsport/deutsche-torlinientechnik-feiert-wm-premiere_a6937 Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion [B2] [B1] [B2] 2 Tor Kein Tor Entwicklung der Torlinientechnologie Geschichtsträchtige Torentscheidungen im Fußball [1-4] Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion [5] T. N. Uzor, D. C. Ikwuka, und N. A. Ujuagu, „Hawkeye Technological Innovation: Challenges and Intervention Strategies in Sports“, https://article.innovationforever.com/JMER/20220217.html, Bd. 2, Feb. 2023, Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://article.innovationforever.com/JMER/20220217.html [6] P. Spagnolo, P. L. Mazzeo, M. Leo, M. Nitti, E. Stella, und A. Distante, „On-Field Testing and Evaluation of a Goal-Line Technology System“, in Computer Vision in Sports, T. B. Moeslund, G. Thomas, und A. Hilton, Hrsg., Cham: Springer International Publishing, 2014, S. 67–90. doi: 10.1007/978-3-319-09396-3_4. [7] L. Reader und S. Carter, „Hawk-Eye Goal Line Technology“. Sony, 12. Dezember 2012. Zugegriffen: 28. Februar 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://s3.amazonaws.com/hawkeyestatic/GLT_HowItWorks3.pdf [8] Vieww GmbH, „GLT“, GLT. Zugegriffen: 28. Februar 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://vieww.com/products/glt/ [B3] Vieww GmbH, „video solutions“, vieww GmbH. Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://vieww.com/ Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Torlinientechnik [5-8] 3 GOAL Großvolumiges Photogrammetriesystem [B3] Standard im (inter-) nationalen Profifußball Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Vom Sport in die Produktionstechnik 4 ©WZL-IQS [B4] [B4] Olympia-Verlag GmbH, „Sieg gegen Bochum: Gladbach kommt im Jahr 2025 an“, kicker. Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://www.kicker.de/mgladbach-gegenbochum-2025-bundesliga-4936954/ticker Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Automatisierte Demontage von Autobatterien 5 [B5] Roboter mit Vakuumgreifer Autobatterie Ablage für Deckel [B5] Comau, Flexible Automation for Battery Dismantling, (5. Juli 2023). Zugegriffen: 19. März 2025. [Online Video]. Verfügbar unter: https://www.youtube.com/watch?v=50-7Hcw0tr8 Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion [9] S. Kluge, „Methodik zur fähigkeitsbasierten Planung modularer Montagesysteme“, Jost-Jetter, Heimsheim, 2011. [Online]. Verfügbar unter: http://dx.doi.org/10.18419/opus-4444 [10] A. C. Kluge-Wilkes, „Formation planning of mobile robots in changeable assembly systems“, 2024. doi: 10.18154/RWTH-2024-11158. [11] G. Huettemann, C. Gaffry, und R. H. Schmitt, „Adaptation of Reconfigurable Manufacturing Systems for Industrial Assembly – Review of Flexibility Paradigms, Concepts, and Outlook“, Procedia CIRP, Bd. 52, S. 112–117, Jan. 2016, doi: 10.1016/j.procir.2016.07.021. [12] A. F. Buckhorst, R. H. Schmitt, und M. Hüsing, „Planung und Steuerung von Abläufen in linienlosen mobilen Montagesystemen“, Apprimus-Verl., 2023. Zugegriffen: 11. Februar 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://publications.rwth-aachen.de/record/969204 Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Automatisierte mobile Demontage von Autobatterien [9-12] 6 Mobilisierung aller Einheiten zur Steigerung der Produktivität, Adaptivität und Flexibilität Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Automatisierte mobile Demontage von Autobatterien 7 Sichere, autonome Kollaboration mobiler Robotik erfordert genaue Lokalisierung Zu nah → Kollision Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Anwendungsszenarien 8 Erstellt mit generativer KI [B7] [B6] Ein- & Ausräumen in Hochregallagern 𝝈<𝟓𝟎 𝐦𝐦 Handhabung mit Matrixgreifern 𝝈<𝟓 𝐦𝐦 Handhabung mit Vakuumgreifern 𝝈<𝟏𝟎 𝐦𝐦 [B6] Unchained Robotics, „FORMHAND Greifmodul FH-E3020“, Unchained Robotics. Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://unchainedrobotics.deen//produkte/end-of-armeffektor/greifer/vakuum-greifer/formhand-greifmodul-fh-e3020 [B7] MATRIX GmbH, MATRIX GmbH. Marktführend mit Spanntechnik & Spannsystemen, (21. Juli 2021). Zugegriffen: 19. März 2025. [Online Video]. Verfügbar unter: https://www.youtube.com/watch?v=Z0HgwNhiIdk Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion [13] V. Pudlovskiy, A. Chugunov, und R. Kulikov, „Investigation of Impact of UWB RTLS Errors on AGV Positioning Accuracy“, in 2019 International Russian Automation Conference (RusAutoCon), Sep. 2019, S. 1–5. doi: 10.1109/RUSAUTOCON.2019.8867677. [14] I. V. Korogodin und V. V. Dneprov, „Impact of antenna mutual coupling on WiFi positioning and angle of arrival estimation“, in 2018 Moscow Workshop on Electronic and Networking Technologies (MWENT), März 2018, S. 1–6. doi: 10.1109/MWENT.2018.8337288. [15] M. B. Alatise und G. P. Hancke, „A Review on Challenges of Autonomous Mobile Robot and Sensor Fusion Methods“, IEEE Access, Bd. 8, S. 39830–39846, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.2975643. [16] T. Guadagnino u. a., „Kinematic-ICP: Enhancing LiDAR Odometry with Kinematic Constraints for Wheeled Mobile Robots Moving on Planar Surfaces“, 7. Februar 2025, arXiv: arXiv:2410.10277. doi: 10.48550/arXiv.2410.10277. [17] P. K. Panigrahi und S. K. Bisoy, „Localization strategies for autonomous mobile robots: A review“, J. King Saud Univ. - Comput. Inf. Sci., Bd. 34, Nr. 8, Part B, S. 6019–6039, Sep. 2022, doi: 10.1016/j.jksuci.2021.02.015. Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Lokale Sensorik zur Lokalisierung mobiler Robotik [13-17] Unsicherheit im Zentimeterbereich LiDAR Tiefenkamera eigene Aufnahme 9 •Aktive Sensorik am Roboter notwendig •Lokalisierung mehrere Roboter ggf. nicht möglich •Häufig aufwändig zu kalibrieren •Separate Koordinatensysteme •Teils geringe Reichweite lokaler Systeme Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Terminologie gemäß dem Wörterbuch der Metrologie (VIM) [28] 16 Messwert Größenwert der ein Messergebnis repräsentiert Messung Prozess, bei dem einer oder mehrere Größenwerte […] experimentell ermittelt werden [B9] Maßeinheit Reeller, skalarer Größenwert […] mit der jeder andere Größenwert gleicher Art verglichen werden kann, um das Verhältnis der beiden Größenwerte als Zahl auszudrücken Millimeter Schlüsselweite =𝟏𝟐,𝟗 𝐦𝐦 𝟏𝟐,𝟗 [28] BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO, IUPAC, IUPAP, and OIML. International Vocabulary of Metrology — Basic and general concepts and associated terms (VIM). Joint Committee for Guides in Metrology, JCGM 200:2012. (3rd edition). doi:10.59161/JCGM200-2012. [B9] falconp4, „Tool Repair Work - Free photo on Pixabay“, Pixabay. Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://pixabay.com/photos/tool-repair-work-metal-roulette-2820951/ Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Kenngrößen gemäß dem Wörterbuch der Metrologie (VIM) [28] 17 (Mess-) Genauigkeit Ausmaß der Annäherung eines Messwerts an einen wahren Wert einer Größe (Mess-) Präzision Ausmaß der Übereinstimmung von Anzeigen oder Messwerten, die durch wiederholte Messungen an denselben oder ähnlichen Objekten unter vorgegebenen Bedingungen erhalten wurden (Mess-) Richtigkeit Ausmaß der Annäherung des Mittelwerts einer unendlichen Anzahl wiederholter Messwerte an einen Referenzwert Maß für systematische Abweichungen Maß für statistische Abweichungen [28] BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO, IUPAC, IUPAP, and OIML. International Vocabulary of Metrology — Basic and general concepts and associated terms (VIM). Joint Committee for Guides in Metrology, JCGM 200:2012. (3rd edition). doi:10.59161/JCGM200-2012. Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Berechnung der Kenngrößen [28,29] 18 Präzision 𝑠 ҧ𝑝 Richtigkeit d ҧ𝑝 MittelwertReferenzwert (Mess-) Präzision (Mess-) Richtigkeit ҧ𝑝 = 1 𝑛෍ 𝑖=1 𝑛𝑝𝑖 Mittelwert 𝑑 ҧ𝑝 = 𝑝∗− ҧ𝑝 n →∞ 𝑠 ҧ𝑝 = 1 𝑛(𝑛−1)෍ 𝑖=1 𝑛𝑝𝑖− ҧ𝑝 2 (Mess-) Genauigkeit kann mangels der Kenntnis des wahren Wertes nicht quantifiziert werden [28] BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO, IUPAC, IUPAP, and OIML. International Vocabulary of Metrology — Basic and general concepts and associated terms (VIM). Joint Committee for Guides in Metrology, JCGM 200:2012. (3rd edition). doi:10.59161/JCGM200-2012. [29] BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO, IUPAC, IUPAP, and OIML. Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement. Joint Committee for Guides in Metrology, JCGM 100:2008. doi:10.59161/JCGM100-2008E. Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Messunsicherheit nach VIM [28] und GUM [29] 19 Messunsicherheit nicht-negativer Parameter, der die Streuung der Werte kennzeichnet die der Messgröße auf der Grundlage der benutzten Informationen beigeordnet ist […] die experimentelle Standardabweichung des Mittelwertes 𝒔(ഥ 𝒑) […], quantifizier[t], wie gut ҧ𝑝 den Erwartungswert 𝜇 ҧ𝑝 von 𝑝 schätzt, und […] [kann] als Maß für die Unsicherheit von ഥ 𝒑 verwendet werden 𝜎ҧ 𝑝=𝑠 ҧ𝑝 = 1 𝑛(𝑛−1)෍ 𝑖=1 𝑛𝑝𝑖− ҧ𝑝 2 Voraussetzung: alle signifikanten, systematischen Effekte wurden im Vorfeld korrigiert Schlüsselweite =12,9 mm± 0,1 mm [28] BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO, IUPAC, IUPAP, and OIML. International Vocabulary of Metrology — Basic and general concepts and associated terms (VIM). Joint Committee for Guides in Metrology, JCGM 200:2012. (3rd edition). doi:10.59161/JCGM200-2012. [29] BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO, IUPAC, IUPAP, and OIML. Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement. Joint Committee for Guides in Metrology, JCGM 100:2008. doi:10.59161/JCGM100-2008E. Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion [28] BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO, IUPAC, IUPAP, and OIML. International Vocabulary of Metrology — Basic and general concepts and associated terms (VIM). Joint Committee for Guides in Metrology, JCGM 200:2012. (3rd edition). doi:10.59161/JCGM200-2012. [29] BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO, IUPAC, IUPAP, and OIML. Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement. Joint Committee for Guides in Metrology, JCGM 100:2008. doi:10.59161/JCGM100-2008E. [30] M. S. Gadelrab und R. A. Abouhogail, „Towards a new generation of digital calibration certificate: Analysis and survey“, Measurement, Bd. 181, S. 109611, Aug. 2021, doi: 10.1016/j.measurement.2021.109611. [31] S. Carmignato, L. De Chiffre, H. Bosse, R. K. Leach, A. Balsamo, und W. T. Estler, „Dimensional artefacts to achieve metrological traceability in advanced manufacturing“, CIRP Ann., Bd. 69, Nr. 2, S. 693–716, Jan. 2020, doi: 10.1016/j.cirp.2020.05.009. [B10] Agency for Science, Technology and Research, „REDEFINING THE KILOGRAM: 3 IMPORTANT FAQS“, 00. A*STAR HQ Corporate Website. Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://www.a-star.edu.sg/News/faces-of-a-star/faces/faces/redefining-the-kilogram--3important-faqs [B11] Waagenet, „Gram AH-V | Eichfähige Präzisionsund Laborwaage“. Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://waagenet.de/gram-ah-v/ [B12]„Etiketten Waage“. Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://www.tpos.de/wp-content/uploads/2021/05/etiketten-waage.jpg [B13] A. Bosche, D. Crawford, M. Schallehn, und P. Smith, „How Providers Can Succeed in the Internet of Things“, Bain & Company. Zugegriffen: 31. Oktober 2023. [Online]. Verfügbar unter: https://www.bain.com/insights/how-providers-can-succeed-in-the-internet-of-things/ Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Akkreditierte Kalibrierlabore Referenzstandards Gesetz der Unsicherheitsfortpflanzung •Unabhängige Größen •Abhängige Größen Metrologische Rückführbarkeit [28-31] Metrologische Rückführbarkeit Eigenschaft eines Messergebnisses, wobei das Ergebnis durch eine dokumentierte, ununterbrochene Kette von Kalibrierungen, von denen jede zur Messunsicherheit beiträgt, auf eine Referenz bezogen werden kann Rückführbare Ermittlung der Messunsicherheit des Motion Capture Systems 𝜎𝐹 𝑥1,…,𝑥𝑛=෍ 𝑖=1 𝑛𝜕𝐹 𝜕𝑥𝑖𝜎𝑥𝑖 2 𝜎𝐹 𝑥1,…,𝑥𝑛= Var 𝐹 = 𝐉𝑇⋅𝐂𝐨𝐯 𝐹 ⋅𝐉 Rückführbarkeit ➔ 20 Standards NMI Primäre SI BIPM [B12] [B13] [B11] [B10] Firmen-interne Kalibrierlabore Kalibriernormale Prozess- & Produktüberwachung Mess- & Prüfinstrumente Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Messunsicherheit inklusive systematischer Abweichungen [29,32,33] 21 Eingangsgrößen 𝑥1,…,𝑥𝑛 Korrektur 𝑘 Ohne Korrektur systematischer Effekte Erstellt mit generativer KI Präzision 𝑠 ҧ𝑝 Richtigkeit d ҧ𝑝 MittelwertReferenzwert 𝜎𝑝=𝑠 ҧ𝑝 2+𝑑 ҧ𝑝 2 𝜎𝐹 𝑥1,…,𝑥𝑛,𝑘 =෍ 𝑖=1 𝑛𝜕𝐹 𝜕𝑥𝑖𝜎𝑥𝑖 2+𝑘2 [29] BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO, IUPAC, IUPAP, and OIML. Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement. Joint Committee for Guides in Metrology, JCGM 100:2008. doi:10.59161/JCGM100-2008E. [32] G. Wübbeler, „Behandlung systematischer Abweichungen im GUM“, gehalten auf der 308. PTBSeminar Berechnung der Messunsicherheit –Empfehlungen für die Praxis, Berlin, 15. März 2018. Zugegriffen: 1. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_8/8.4_mathematische_mod ellierung/308._PTB_Seminar/Vortraege/2SystemAbweichung/Wuebbeler_System_Abweichung.pdf [33] I. H. Lira und W. Wöger, „Evaluation of the uncertainty associated with a measurement result not corrected for systematic effects“, Meas. Sci. Technol., Bd. 9, Nr. 6, S. 1010, Juni 1998, doi: 10.1088/0957-0233/9/6/019. Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Messunsicherheit inklusive systematischer Abweichungen [29,32,33] 22 Eingangsgrößen 𝑥1,…,𝑥𝑛 Korrektur 𝑘 Ohne Korrektur systematischer Effekte Quantifizierbares Maß zur Bestimmung der metrologischen Leistungsfähigkeit Erstellt mit generativer KI Präzision 𝑠 ҧ𝑝 Richtigkeit d ҧ𝑝 Messunsicherheit 𝝈𝒑 Messunsicherheit² = Präzision² + Richtigkeit² 𝜎𝑝=𝑠 ҧ𝑝 2+𝑑 ҧ𝑝 2 𝜎𝐹 𝑥1,…,𝑥𝑛,𝑘 =෍ 𝑖=1 𝑛𝜕𝐹 𝜕𝑥𝑖𝜎𝑥𝑖 2+𝑘2 [29] BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO, IUPAC, IUPAP, and OIML. Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement. Joint Committee for Guides in Metrology, JCGM 100:2008. doi:10.59161/JCGM100-2008E. [32] G. Wübbeler, „Behandlung systematischer Abweichungen im GUM“, gehalten auf der 308. PTBSeminar Berechnung der Messunsicherheit –Empfehlungen für die Praxis, Berlin, 15. März 2018. Zugegriffen: 1. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_8/8.4_mathematische_mod ellierung/308._PTB_Seminar/Vortraege/2SystemAbweichung/Wuebbeler_System_Abweichung.pdf [33] I. H. Lira und W. Wöger, „Evaluation of the uncertainty associated with a measurement result not corrected for systematic effects“, Meas. Sci. Technol., Bd. 9, Nr. 6, S. 1010, Juni 1998, doi: 10.1088/0957-0233/9/6/019. Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Richtlinien-konforme Bestimmung der Messunsicherheit [24,34] 23 VDI/VDE 2634 •Richtlinie für mobile, flexible optische 3D-Messsysteme •Abnahme großvolumiger Photogrammetriesysteme •Einsatz von Prüfkörpern mit optisch oder taktil antastbaren Formelementen •Bestimmung der Längenmessabweichung Erstellt mit generativer KI [24] P. Puerto, D. Heißelmann, S. Müller, und A. Mendikute, „Methodology to Evaluate the Performance of Portable Photogrammetry for Large-Volume Metrology“, Metrology, Bd. 2, Nr. 3, Art. Nr. 3, Sep. 2022, doi: 10.3390/metrology2030020. [34] Verein deutscher Ingenieure und Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik, VDI/VDE 2634 - Optische 3D-Messsysteme Bildgebende Systeme mit punktförmiger Antastung, 2634, Mai 2002. Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Metrologische Grundlagen Empirische Untersuchung Schlussfolgerungen & Ausblick Motivation & Problemstellung Agenda 24 Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Versuchsplanung & Durchführung 25 Setup des Motion Capture Systems Prüfung der Anforderungen der VDI/VDE 2634 Konstruktion & Einmessen des Richtlinien-konformen Prüfkörpers Durchführung der Messung Berechnung der Längenabweichung Bestimmung der Messunsicherheit Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Messunsicherheit bei Längen > 1m 32 𝒑2 𝑂𝑇 𝒑2 𝐿𝑇 𝒑1 𝑂𝑇 𝒑1 𝐿𝑇 Längenmessung Lasertracker: Längenmessung OptiTrack: 𝑙𝐿𝑇 = Δ𝒑𝐿𝑇 = 𝒑1 𝐿𝑇 −𝒑2 𝐿𝑇 𝑙𝑂𝑇 = Δ𝒑𝑂𝑇 = 𝒑1 𝑂𝑇 −𝒑2 𝑂𝑇 Korrektur der Längenmessung OptiTrack: 𝑙𝑂𝑇′= (𝒑1 𝑂𝑇 −𝑹𝟏𝒅)−(𝒑2 𝑂𝑇 −𝑹𝟐𝒅) Längenmessabweichung: Δ𝑙 =𝑙𝑂𝑇′−𝑙𝐿𝑇 𝒑1 𝐿𝑇,𝒑2 𝐿𝑇 𝜎𝒑1 𝐿𝑇,𝜎𝒑2 𝐿𝑇 𝒑1 𝑂𝑇,𝒑2 𝑂𝑇 𝜎𝒑1 𝑂𝑇,𝜎𝒑2 𝑂𝑇 𝒅,𝜃1,𝜃2𝜎𝒅 ,𝜎𝜃1,𝜎𝜃2 Größen Unsicherheit 𝜎Δ𝑙 = Var Δ𝒑𝐿𝑇 +Var Δ𝒑𝑂𝑇 +𝒅2𝜎𝜃1 2+𝜎𝜃2 2 Details zu den physikalischen Approximationen sind im Anhang. Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Verteilung der Messpunkte im Messvolumen 33 Messunsicherheit des Messprozesses 𝜎Δ𝑙 ≤ 0,15 mm Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Konservative Abschätzung der Messunsicherheit 34 Abweichung von der Längenmessung mittels Lasertracker Längenmessabweichung Δ𝑙 [mm] Relative Häufigkeit Präzision 𝑠ഥ 𝛥𝑙 =1,76 mm Richtigkeit 𝑑ഥ 𝛥𝑙 =0,913 mm Messunsicherheit 𝜎Δ𝑙 = 𝑠 ഥ 𝛥𝑙 2+𝑑 ഥ 𝛥𝑙 2=1,98 mm 𝒑2 𝐿𝑇 𝒑2 𝑂𝑇 𝒑1 𝐿𝑇 𝒑1 𝑂𝑇 Δ𝑙 Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Konservative Abschätzung der Messunsicherheit 35 Konservative Abschätzung der Messunsicherheit 𝝈𝒍𝑶𝑻 ≤ 𝟎,𝟖𝟏𝟖 𝐦𝐦 + 𝟎,𝟏𝟎𝟑𝐦𝐦 𝐦 Längenmessung 𝑙𝑂𝑇 [m] Längenmessabweichung Δ𝑙 [mm] 𝒑2 𝐿𝑇 𝒑2 𝑂𝑇 𝒑1 𝐿𝑇 𝒑1 𝑂𝑇 Abweichung von der Längenmessung mittels Lasertracker Δ𝑙 Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Metrologische Grundlagen Empirische Untersuchung Motivation & Problemstellung Agenda 36 Schlussfolgerungen & Ausblick Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Beantwortung der Leitfrage Welche Messunsicherheit kann bei der Lokalisierung mobiler Robotik in der Montage mittels Motion Capture Systemen erreicht werden? Fernbereich bis 𝟐𝟓 𝐦 𝝈𝑴𝑪𝑺 <𝟏,𝟓 𝐦𝐦 𝝈𝑴𝑪𝑺 < 𝟑,𝟓 𝐦𝐦 Nahbereich <𝟏 𝐦 37 Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Fazit zu den Anwendungsszenarien 38 Erstellt mit generativer KI [B7] [B6] Ein- & Ausräumen in Hochregallagern 𝝈<𝟓𝟎 𝐦𝐦 Handhabung mit Matrixgreifern 𝝈<𝟓 𝐦𝐦 Handhabung mit Vakuumgreifern 𝝈<𝟏𝟎 𝐦𝐦 [B6] Unchained Robotics, „FORMHAND Greifmodul FH-E3020“, Unchained Robotics. Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://unchainedrobotics.deen//produkte/end-of-armeffektor/greifer/vakuum-greifer/formhand-greifmodul-fh-e3020 [B7] MATRIX GmbH, MATRIX GmbH. Marktführend mit Spanntechnik & Spannsystemen, (21. Juli 2021). Zugegriffen: 19. März 2025. [Online Video]. Verfügbar unter: https://www.youtube.com/watch?v=Z0HgwNhiIdk Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Automatisierte mobile Demontage von Autobatterien 39 Beginn des nächten DemontagezyklusIntegration in die mobile (De-)Montage ist konzeptionell möglich Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Mögliche zukünftige Anwendungsszenarien 40 Erstellt mit generativer KI RoboterkalibrierungDigitale SchattenImitation Learning Erstellt mit generativer KI Erstellt mit generativer KI Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Ausblick Steigende Leistungsfähigkeit der Kameratechnik zu erwarten Quantifizierung ökonomischer Skalierungseffekte Berücksichtigung von Umwelteinflüssen (Staub, Dreck, …) Tracking und Lokalisierung ohne Marker 41 ©Nils Bender [B8] [B14] [B8] NaturalPoint Inc., „Primex41 -In Depth“, OptiTrack. Zugegriffen: 13. Februar 2025. [Online]. Verfügbar unter: http://www.optitrack.com/cameras/primex-41/index.html [B14] NaturalPoint Inc., „Primex 120 - In Depth“, OptiTrack. Zugegriffen: 19. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: http://www.optitrack.com/cameras/primex-120/index.html Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion [16] T. Guadagnino u. a., „Kinematic-ICP: Enhancing LiDAR Odometry with Kinematic Constraints for Wheeled Mobile Robots Moving on Planar Surfaces“, 7. Februar 2025, arXiv: arXiv:2410.10277. doi: 10.48550/arXiv.2410.10277. [17] P. K. Panigrahi und S. K. Bisoy, „Localization strategies for autonomous mobile robots: A review“, J. King Saud Univ. - Comput. Inf. Sci., Bd. 34, Nr. 8, Part B, S. 6019–6039, Sep. 2022, doi: 10.1016/j.jksuci.2021.02.015. Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Lokalisierung autonomer, mobiler Robotik [16,17] 48 ©WZL-IQS Lokalisierung Pfadplanung HindernisvermeidungNavigation Position und Orientierung eines Roboters müssen mit hoher Genauigkeit bestimmt werden •Sichere, autonome Kollaboration erfordert genaue Lokalisierung •Lokalisierung typischerweise im einstelligen Zentimeterbereich •Wissenschaftliche, prototypische Systeme ermöglichen Lokalisierung bis zu 5 mm Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion [18] R. H. Schmitt u. a., „Advances in Large-Scale Metrology – Review and future trends“, CIRP Ann., Bd. 65, Nr. 2, S. 643–665, Jan. 2016, doi: 10.1016/j.cirp.2016.05.002. [19] B. Montavon, „Virtual Reference Frame Based on Distributed Large-Scale Metrology Providing Coordinates as a Service“, Apprimus Verlag, Aachen, 2021. [42] W. T. Estler, K. L. Edmundson, G. N. Peggs, und D. H. Parker, „Large-Scale Metrology –An Update“, CIRP Ann., Bd. 51, Nr. 2, S. 587–609, Jan. 2002, doi: 10.1016/S0007-8506(07)61702-8. [43] G. N. Peggs u. a., „Recent developments in large-scale dimensional metrology“, Proc. Inst. Mech. Eng. Part B J. Eng. Manuf., Bd. 223, Nr. 6, S. 571–595, Juni 2009, doi: 10.1243/09544054JEM1284. [B17] „Gollum, Caesar, Thanos: The Algorithmic Body Across Twenty Years of Motion Capture – Senses of Cinema“. Zugegriffen: 20. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://www.sensesofcinema.com/2023/the-geometry-of-movement-computer-generatedimagery-in-film/gollum-caesar-thanos-the-algorithmic-body-across-twenty-years-of-motioncapture/ [B18] „How ‚The Mandalorian‘ and ILM invisibly reinvented film and TV production | TechCrunch“. Zugegriffen: 20. März 2025. [Online]. Verfügbar unter: https://techcrunch.com/2020/02/20/howthe-mandalorian-and-ilm-invisibly-reinvented-film-and-tv-production/ Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Großvolumige Messsysteme [18,19,42,43] 49 VerteiltZentralisiert Großvolumige Messsysteme Kinematisch Optisch Kartesisch Polar KMG Messarm Lasertracker Laser Radar Laser Scanner Tachymeter Theodolit Laser Tracer Indoor GPS Photogrammetrie Kugelkoordinaten Multiangulation Multilateration Werkzeugmaschine MultiTelemeter Ultrabreitband Motion Capture Systeme Wide-Angle FSI [B17] [B18] Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion [24] P. Puerto, D. Heißelmann, S. Müller, und A. Mendikute, „Methodology to Evaluate the Performance of Portable Photogrammetry for Large-Volume Metrology“, Metrology, Bd. 2, Nr. 3, Art. Nr. 3, Sep. 2022, doi: 10.3390/metrology2030020. [31] S. Carmignato, L. De Chiffre, H. Bosse, R. K. Leach, A. Balsamo, und W. T. Estler, „Dimensional artefacts to achieve metrological traceability in advanced manufacturing“, CIRP Ann., Bd. 69, Nr. 2, S. 693–716, Jan. 2020, doi: 10.1016/j.cirp.2020.05.009. [34] Verein deutscher Ingenieure und Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik, VDI/VDE 2634 - Optische 3D-Messsysteme Bildgebende Systeme mit punktförmiger Antastung, 2634, Mai 2002. [44] F. Franceschini, M. Galetto, D. Maisano, L. Mastrogiacomo, und B. Pralio, Distributed LargeScale Dimensional Metrology: New Insights. London: Springer, 2011. doi: 10.1007/978-0-85729543-9. [45] DIN, DIN EN ISO 10360-2:2009 - Geometrische Produktspezifikation (GPS) – Annahmeprüfung und Bestätigungsprüfung für Koordinatenmessgeräte (KMG) – Teil 2: KMG angewendet für Längenmessungen (ISO 10360-2:2009), 10360–10, Juni 2010. [46] DIN, DIN EN ISO 10360-10 - Geometrische Produktspezifikationen (GPS) – Annahmeprüfung und Bestätigungsprüfung für Koordinatenmesssysteme (KMS) – Teil 10: Lasertracker (ISO 1036010:2021); Deutsche Fassung EN ISO 10360-10:2021, 10360–10, November 2023. Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Bestimmung der Unsicherheit großvolumiger Messsysteme [24,31,34,44-46] 50 DIN 10360-2 •Bestimmung und Dokumentation der Messunsicherheit von KMGs •Anwendung beschränkt auf KMGs DIN 10360-10 •Modifikation der DIN 10360-2 für Lasertacker •Übertragbarkeit auf verteilte Messsysteme nur bedingt möglich VDI/VDE 2634-1 •Erweiterung der DIN 10360-2 und DIN 10360-10 für großvolumige Photogrammetriesysteme •Einsatz von Prüfkörpern mit optisch oder taktil antastbaren Formelementen Erstellt mit generativer KI Bestimmung der Messunsicherheit auf Basis der VDI/VDE 2634 Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion Bestimmung der Messunsicherheit bei Längen > 1m 51 Δ𝑙 = Δ𝒑𝑂𝑇 2−2Δ𝒑𝑂𝑇(𝑹1𝒅−𝑹2𝒅)+Δ𝑹2𝒅2−Δ𝒑𝐿𝑇 1. 𝑙𝑂𝑇′≈Δ𝒑𝑂𝑇 ≫𝒅 → Alle Summanden ohne Δ𝒑𝑂𝑇 sind vernachlässigbar → 𝑙𝑂𝑇′ kann durch Δ𝒑𝑂𝑇 substituiert werden 2. Bestimmung von 𝒅 mit KMG → 𝜎𝒅≔0 → Alle Summanden mit Faktor 𝜎𝒅 sind 0 3. Approximation der Unsicherheit der Rotation von 𝒅 durch Rotationswinkel 𝜃1 und 𝜃2 cos𝜃 =tr 𝑹 −1 2 4. Abschätzung von 𝜎𝜃1 und 𝜎𝜃2 mittels Monte-Carlo-Simulation 𝜎Δ𝑙 = Var Δ𝒑𝐿𝑇 +Var Δ𝒑𝑂𝑇 +𝒅2𝜎𝜃1 2+𝜎𝜃2 2 Promotionsvortrag Matthias Bodenbenner | Aachen | 28.03.2025 | Trackst du noch oder misst du schon? Großvolumige Photogrammetrie in der Produktion