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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