Lasermessscanner LD-MRS von Sick lässt sich an Drohnen koppeln Detektiert den Pinguin auch im schwarzen Frack - Quality Engineering

Lasermessscanner LD-MRS von Sick lässt sich an Drohnen koppeln

Detektiert den Pinguin auch im schwarzen Frack

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Je dunkler ein Objekt ist, desto schwieriger wird seine Erfassung mit zunehmender Entfernung. Eine Kombination von Laserscanner und Flugrobotik ermöglicht nun die Qualitätssicherung in vielen Bereichen, die schwer zugänglich sind für den Menschen. Denn der 3D-Lidar-Sensor von Sick erfasst seine Umgebung lückenlos.

Die gute Nachricht: Die Pinguine in der Antarktis dürfen ihren schwarzen Frack anbehalten. Für Forscher und Wissenschaftler, die Pinguin-Kolonien kartieren und zählen benötigen dringend Informationen über die Auswirkung des globalen Klimawandels. Doch je dunkler ein Objekt ist, desto schwieriger ist seine Erfassung per Kamera mit zunehmender Entfernung. Eine Lösung dafür hat Sick entwickelt mit der Kombination aus Laserscanner und Flugrobotik. Das heißt, eine Drohne schwebt über den Pinguinen und der integrierte Laserscanner erfasst sie.

Der an die Drohne gekoppelte Lasermessscanner LD-MRS von Sick weist trotz seiner leichten Bauform einen sehr großen Arbeitsbereich von 300 m auf. Sogar bei schwarzen Objekten (mit 10 % Remission) beträgt die Reichweite noch 50 m. Das bedeutet: Auch wenn der Pinguin der Drohne seinen schwarz befrackten Rücken zukehrt, wird er vom Scanner registriert. Der 3D-Lidar-Sensor erfasst seine Umgebung lückenlos und verringert dank des integrierten Objekt-Trackings die Zähldauer der Tiere auf der großen Populationsfläche von mehreren Wochen auf wenige Stunden.

Doch nicht nur die Wissenschaft ist an den vielfältigen Applikationsmöglichkeiten der Kombination aus Drohne und Lasermessscanner sehr interessiert. Die meisten der Mess- und Überwachungsaufgaben, die bisher den teuren Einsatz von Hubschraubern verlangten, kann die kostengünstigere Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Technik problemlos übernehmen. Pipelines, Stromtrassen, aber auch Windkraftparks, die im Zuge der Energiewende entstehen, lassen sich damit erfolgreich überwachen und warten.

In der Forstwirtschaft kann beispielsweise die Überprüfung des Baumbestandes in Bezug auf Höhe, Abstände, Anzahl und Diversifikation durch die große Reichweite und hohe Auflösung der Messtechnik mit geringem Aufwand durchgeführt werden. Präzises 3D-Mapping zur Inventur von Schüttgut auf Kohle-, Erz- und Müllhalden wird genauso vereinfacht wie die Vermessung und Kartierung von Flüssen, Kanälen und Küstenabschnitten. In Kombination mit einer Multispektralkamera sammeln die intelligenten Messsensoren an Bord von UAVs alle notwendigen Daten, um etwa auf Bananenplantagen die Biomasse und den Düngerbedarf zu ermitteln.

Ursprünglich für den Automotive-Markt entwickelt, wurde der Mehrlagen-Laserscanner LD MRS zunächst für den industriellen Markt aufgerüstet. Die rauen Umgebungen in Häfen und im Tagebau waren optimale Einsatzgebiete, da der Laserscanner mit seiner Multi-Echotechnologie zuverlässig auch durch Staub und Regen scannen konnte. Aufgrund steigender Nachfrage aus dem Markt für Drohneneinsätze starteten wir die Weiterentwicklung zunächst mit dem Focus auf die Software. In Zusammenarbeit mit dem Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) wurde für den LD-MRS ein ROS-Treiber (Robot Operating System) erstellt, der eine einfache Integration des Scanners in Robotik-Applikationen ermöglicht.

Für die spezielle Verwendung in einem UAV besteht die Herausforderung jedoch in der drastischen Gewichtsreduzierung des Scanners. Deshalb wurde die Hardware des Gerätes unter Evaluierung geeigneter Materialen weiter optimiert, wobei die Robustheit eines Industrieproduktes beibehalten werden konnte. Mit einem Gewicht von aktuell 770 g und der IP-Klasse 69K ist der LD-MRS zum einen der leichteste Scanner mit der höchsten Reichweite auf dem Markt, zum anderen ist er so robust, dass er, auch nach dem Sturz in einen Sumpf seine Funktionstüchtigkeit beibehält.

Im Flugbetrieb erzeugt eine Drohne erhebliche Vibrationen, die zu signifikanten Messstörungen an einem integrierten Scanner führen können. Es gelang Sick dabei, die riskanten Resonanzen mit Hilfe von Simulationen und Daten aus verschiedensten Applikationen auszuschließen. Obwohl es sich um ein Industrieprodukt handelt, waren bei der Entwicklung auch Design und Anmutung wichtig. Angelehnt an die Prinzipien der Aerodynamik haben die Entwickler durch zahlreiche Anpassungen Stabilität und Leichtigkeit erzielt. Der Einsatz bei den Pinguinen der Antarktis zeigt, dass sich dieser Aufwand gelohnt hat. ■


Die Autorin

Sandra Wienbeck

Produktmanagerin

Identification &

Measuring

Sick

www.sick.de


Für raue Umgebungen

Der Mehrlagenscanner LD-MRS ist unempfindlich gegen Schnee, Regen und Staub und deshalb besonders geeignet für raue industrielle Outdoor-Anwendungen im stationären und mobilen Betrieb. Er scannt und misst zeitgleich auf bis zu acht Ebenen. Zusätzlich kann er pro Messung und Ebene bis zu drei aufeinanderfolgende Echopulse erkennen. Er verfügt über eine kompakte und leichte Bauform und wiegt zwischen 0,77 und 1 kg. Er deckt einen Temperaturbereich: von –40 °C bis +70 °C ab. Seine Leistungsaufnahme liegt gerade einmal bei 8 Watt. Er verfügt über ein integriertes Objekt-Tracking.


Webhinweis

Wie Lidar-Systeme funktionieren, sehen Sie in diesem Video-Tutorial von Sick: http://hier.pro/ASLxb.

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