3D-Laserscanner mit Mehrlagenscan und Farberfassung

3D-Laserscanner mit Mehrlagenscan und Farberfassung

Wie kommt die vollgepackte Luftfrachtpalette ins Flugzeug ohne schadensträchtig anzuecken? Der 3D-Laserscanner PXL+ von Pepperl+Fuchs vermisst nicht nur die Konturen, seine Farbkamera gibt auch wichtige Zusatzinformation, sodass zwischen Frachtgut und überstehender Packfolie unterschieden werden kann.

 Bei einer Luftfrachtpalette kann mit dem PLX+ anhand der Farbe zwischen dem eigentlichen Frachtgut und der umhüllenden Schutzfolie unterschieden werden. (Bild: Pepperl+Fuchs SE)

Bei einer Luftfrachtpalette kann mit dem PLX+ anhand der Farbe zwischen dem eigentlichen Frachtgut und der umhüllenden Schutzfolie unterschieden werden. (Bild: Pepperl+Fuchs SE)

Das Kernstück des Scanners ist ein LiDAR-Sensor des Typs R2300. Er scannt sein Zielobjekt mit dem hochpräzisen Pulslaufzeit-Verfahren (Pulse Ranging Technology, PRT). Vier unabhängige Laserstrahlen liefern tausend Messpunkte pro Scanebene. Bei einer Messrate von 50kHz entsteht so ein hochaufgelöstes Abbild mit großer Wiederholgenauigkeit. Die Ansprechzeit liegt im Bereich von Sekundenbruchteilen und erlaubt die Integration des Sensors in Echtzeitanwendungen.

Mehrlagenscan plus Farbe

Im Vergleich zu einlagigen Geräten liefern die vier Lagen des R2300 deutlich mehr Informationen. Mit einer Winkelauflösung von 0,1° erkennt er selbst kleine Objektstrukturen und Konturen. Die mechanische Trennung von Sender und Empfänger verhindert ´optische Kurzschlüsse´. Bis auf einen rotierenden Spiegelwürfel, der die Laserstrahlen durch den Erfassungswinkel bewegt, kommt das Gerät ohne bewegliche Elektronikteile aus. Die Erfassung seines gesamten Blickfeldes ist dank PRT von den Umgebungs- und Objektbedingungen weitgehend unabhängig. Im PXL+-Scanner ist der R2300 auf einer Schwenkachse befestigt. Sein bereits vergrößerter Erfassungsbereich wird damit nochmals erweitert. Darin können auch die Konturen großer Objekte präzise vermessen werden. Neben dem Laserscanner verfügt das Sensorsystem über eine integrierte Farbkamera. Sie erfasst die Farben des Zielobjekts. Konturen und Farben fügen sich zu einem detaillierten 3D-Abbild.

Bild 1 | Kernstück des 3D-Laserscanners PLX+ ist ein LiDAR-Sensor, der Zielobjekte mit dem Pulslaufzeit-Verfahren scannt. Zudem hat das System eine integrierte Farbkamera, die zusätzlich die Farben des Zielobjekts erfasst. (Bild: Pepperl+Fuchs SE)

Kollisionsschutz, Navigation & Schüttguterfassung

Die Daten schaffen die Voraussetzung für eine fein abgestufte Prozesssteuerung, die komplexe Situationen bewältigen kann. Bei der vollgepackten Luftfrachtpalette kann so zum Beispiel anhand der Farbe zwischen dem eigentlichen Frachtgut und der umhüllenden Schutzfolie unterschieden werden. Diese Information wird beim Verladen verwendet, um eine kritische Kollision mit dem Flugzeugrumpf, Armaturen oder Leitungen zu vermeiden. Für die schnelle Vermessung von Frachtgut von allen Seiten werden typischerweise mehrere Scanner eingesetzt. So können Hinterschneidungen minimiert werden. Die Sensorsoftware ist darauf ausgerichtet, dass die von mehreren Sensoren gewonnenen Informationen in ein gemeinsames Koordinatensystem umgerechnet werden und potenziell mehrdeutige Signale eliminiert werden. Ein einzelnes Gerät genügt dagegen für die Steuerung der Palettenaufnahme durch beispielsweise Gabelstapler oder führerlose Transportfahrzeuge. Hier wird der PXL+-Sensor zwischen den Gabelzinken platziert. Er kann eindeutig zwischen Ware und Palette unterscheiden sowie die Gabel präzise zu den Öffnungen im Palettenboden steuern. Die Ware und die unmittelbare Umgebung werden so zuverlässig vor Kollisionen geschützt. Ein weiteres Einsatzgebiet ist bei der Steuerung von selbstfahrenden Fahrzeugen (Automated Guided Vehicles) , die in der Intralogistik immer häufiger zum Einsatz kommen. Sie benötigen für den automatischen Fahrbetrieb nicht nur einen hohen Differenzierungsgrad der Erfassung, sondern auch eine verzögerungsfreie Reaktion auf Situationsveränderungen beziehungsweise auf andere bewegliche Objekte. Strukturen des Gebäudes (z.B. Lagerhalle) können als zusätzliche Informationen für die Orientierung und Navigation dieser selbstfahrenden Fahrzeuge dienen. Eine weitere Anwendung ist bei der Überwachung von Schüttgut: Bei der Ernte in der Agrarwirtschaft oder beim Umladen von Massengütern fehlen häufig verlässliche Parameter, um etwa die Beladung eines Bunkers oder eines Anhängers punktgenau zu beenden. So ist das tatsächliche Gewicht des bereits verladenen Schüttgutes in vielen Fällen unbekannt. Dieses lässt sich aus den Konturen des Schüttgutkegels mit ausreichender Genauigkeit berechnen, das heißt die Beladungskapazität optimal nutzen, Schäden durch Überladung verhindern oder Abrechnungsprozeduren automatisieren. Auf umständliches und zeitraubendes Wiegen kann daher verzichtet werden.

Pepperl+Fuchs SE

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