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Was geht auf eine Kuhhaut?

Oberflächenvermessung von „natürlichen Objekten“ im Dienst des Umweltschutzes

PTBnews 3.2023
22.09.2023
Besonders interessant für

dimensionelle Metrologie

Biowissenschaften

In der PTB wurde die Oberflächengröße eines lebensgroßen Kuhmodells ermittelt. Damit wurden die Erfahrungen bei der dimensionellen Vermessung von natürlichem bzw. naturnahem Material erweitert, was zukünftigen metrologischen Herausforderungen zugutekommt.

Das mit Messpunkten versehene Kuhmodell wird mit einem Streifenscanner beleuchtet und per digitaler Kamera aus vielen verschiedenen Positionen fotografiert.

Umweltschutz-Themen werden in der Metrologie immer wichtiger; immer öfter trifft Physik auf Themen der Biologie oder anderer Lebenswissenschaften. Diese Themen sind aber nicht ganz neu: Schon seit Langem überprüft die PTB im Rahmen des Mess- und Eichgesetzes Holzvermessungsanlagen der Industrie auf ihre Messrichtigkeit. Als Referenzverfahren nutzt sie dafür ein modernes 3-D-Scansystem und eine selbstentwickelte Spezialsoftware.

Diese Technik lässt sich auch für anderes biologisches Material verwenden. Eine Herausforderung ist die unregelmäßige Form des biologischen Materials. Diese Erfahrungen mit kompliziert geformten Messobjekten setzte die PTB bei einem speziellen Auftrag ein: der Vermessung eines lebensgroßen Modells einer Milchkuh aus Glasfaserverbundmaterial für das Institut für Anwendungstechnik im Pflanzenschutz des Julius-Kühn-Instituts Braunschweig (JKI). Es galt, einen kalibrierten Sollwert der Oberfläche zu ermitteln. Ziel war eine „Referenzkuh“ für Versuche zum Benetzungsgrad: Im Rahmen eines Forschungsprojektes mit der Christian-Albrechts-Universität Kiel wollte das JKI ermitteln, wie verträglich ein neues Mittel ist, das im Kuhstall versprüht werden kann, um die Ammoniak-Emissionen zu reduzieren.

Inzwischen ist die Referenzkuh fertig und steht im Versuchsstall des JKI. Ihre Oberfläche ist 5,564 m2 groß. Um diesen Wert zu ermitteln, waren Klebepunkte auf der Oberfläche verteilt worden. Rundum verteilte kodierte Markierungen und zwei kalibrierte Maßstäbe sorgten für die metrologische Rückführung. Anschließend wurden mit einer Kamera samt speziellem Objektiv einige Dutzend Fotografien aus möglichst vielen verschiedenen Positionen angefertigt. Diese Bilder ordnete die Vermessungssoftware anhand der von ihr erkannten Punktmarken, Markenkreuze und Maßstäbe auf dem Bildschirm originalgetreu an. Dann folgte das eigentliche Digitalisieren der Oberfläche mittels eines hochgenauen Streifenprojektionsscanners. In einem weiteren Schritt wurde der 3D-Scanner für Längen und Durchmesser mittels kalibrierter Prüfkörper rückgeführt. Die Messunsicherheit lag bei etwa 0,5 mm.

Damit hat die PTB ihre Erfahrungen mit kompliziert geformten Messobjekten erweitert, was auch für viele andere Zwecken genutzt werden kann. Denkbar ist auch die Vermessung weitaus unregelmäßigerer Objekte.