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Kompakte Messmodule für die
Inertialtechnik
Komet
im Rahmen des Programm
"Mikrosystemtechnik 1994-1999"
Projektträger: VDI/VDE-IT
Projektkurzbeschreibung und Gesamtziel
des Verbundprojektes
Im Zuge des steigenden Grades der Automatisierung
und des großen Bedarfs einer genauen Standortbestimmung bzw. Positionierung
mobiler Systeme werden in hohem Maße Sensormodule für Belange
der Ortung und Navigation benötigt. Sie erfassen Bewegung und Beschleunigung
und geben den Ort relativ oder (gestützt durch globale bzw. lokale
Referenzsysteme) absolut an.
Heute geschieht eine zuverlässige und exakte
Positions- und Lagebestimmung durch präzise Trägheitsnavigationseinheiten
aus teuren, feinwerktechnischen oder optischen Bewegungssensoren, die einige
1.000 bis 100.000 DM kosten und/oder einem Satellitenortungssystem (z.B.
GPS). Eine solche Technik ist gegenwärtig ausschließlich in
teuren High-Tech-Großgeräten, wie zum Beispiel Flugzeugen, rentabel
einsetzbar.
Zielsetzung dieses Vorhabens ist die Entwicklung
eines neuartigen, kostengünstigen und kompakten Positionierungsmoduls
auf Basis der Mikrosystemtechnik, um damit Anwendungen, die eine Positionsbestimmung
benötigen, auszustatten. Hierzu muß die Meßgenauigkeit
herkömmlicher teurer Sensorik (Kreiselplattformen, Laserkreisel etc.)
näherungsweise erreicht werden, wobei die Einheit um Größenordnungen
preisgünstiger werden soll als bis jetzt vorhandene Systeme bei stark
miniaturisierten Abmaßen.
In KOMET verzichtet man auf die Entwicklung von mikromechanischen
Sensorelementen, sondern konzentriert sich auf die Systemintegration. Hierzu
zählt eine hochintelligente Auswerteelektronik in neuester Technologie
(ASIC, MCM) mit nachfolgender Signalverarbeitung und Stützalgorithmen,
wie auch der Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik und des Packaging
für einen höchstmöglichen Miniaturisierungsgrad. Ziel ist
letztendlich die Übertragung der inertialen Systeme in die Prototypenanwendungen
der Firmen RIEGER Sensortechnik GmbH, iMAR GmbH und GÖTTING KG.
Als mikromechanische Sensorelemente werden in diesem
Szenario die jeweils neuesten und am besten geeigneten, am Markt kommerziell
erhältlichen Sensorelemente eingesetzt und durch den Anspruch an Intelligenz
und Miniaturisierung weiter "veredelt".
Durch diese Konzentration auf die Intelligenz der
Systeme, die Miniaturisierung durch neue Methoden der Systemintegration
und die Realisierung beispielhafter Anwendungen sieht sich das KOMET-Konsortium
als wichtige Ergänzung zu bereits bestehenden Aktivitäten im
Bereich der Inertialsensorik.
Konkret werden im Rahmen dieses Verbundprojekts folgende
Produkte auf Basis des zu entwickelnden Positionierungsmoduls realisiert
und bis zum lauffähigen Funktionsmuster umgesetzt:
Kinematisches Meßsystem
Kleiner, bodengeführter Fahrroboter
Schrauber (manuell geführt)
Wissenschaftliche und technische
Zielsetzungen
Ziel des Verbundprojektes ist die Integration von
mikromechanischen Standardkomponenten (Beschleunigungs- und Drehratensensoren),
die Einbeziehung von individuell angepaßten Stützmechanismen
sowie die Implementierung dieser Positionierungsmodule in die genannten
Prototypen (Siehe auch Abb. 1).
Abb. 1: Aufbau des Systems und Aufgabenverteilung
Besonderer Fokus hierbei liegt auf
Ø der Auswahl geeigneter, mikromechanischer
Sensorelemente (als Zukaufteile)
Ø der Verknüpfung dieser Sensoren mittels
geeigneter Elektronik
Ø Miniaturisierung der Meßmodule bei
gleichzeitiger Leistungssteigerung
Ø der Überführung in ortsfeste Koordinatensysteme
Ø der Fehlermodellierung
Ø den an den jeweiligen Anwendungsfall angepaßten
Stützmechanismen
Ø die Vorbereitung der Produkte auf
die neuen Technologien
Die im Projekt entwickelten Positionierungsmodule bieten
für die Anwender folgende Vorteile:
Ø genaue Positionsmessung, Lokalisierung
und Bewegungsanalyse
Ø kostengünstige Anschaffung (drei Größenordnungen
niedriger als heutige Module)
Ø klein, leicht, robust, geringer Leistungsverbrauch
Ø vielfältige Nutzbarkeit durch Standardisierung
und Modularisierung
Ø hohe Verfügbarkeit durch Nutzung etablierter
Mikrofertigungstechnologien
Ø einfache Systemimplementation durch standardisierte
Schnittstellen
Ø Erschließung neuer Anwendungen
Ø Erschließung neuer Märkte
Die hier bereitgestellte Technologie und das Know-how
stellen eine Plattform für die Entwicklung späterer Modulgenerationen
mit steigender Präzision und fallenden Herstellungskosten dar. Die
beteiligten Firmen und Forschungsinstitute gehen davon aus, daß die
Module eine wichtige Rolle in mobilen oder beweglichen Systemen einnehmen
werden und bald unverzichtbar im täglichen Leben sind - ähnlich
wie heute Mikroprozessoren.
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