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LiDAR Volumenerfassung – Innovation in der Industrie

Die LiDAR-Technologie hat das Potential, viele Prozesse in der Industrie deutlich effizienter zu gestalten. Ein Beispiel dafür ist die Volumenerfassung von Gütern in jeglicher Form. Warum LiDAR sich dafür besonders gut eignet und wie diese Anwendungen aussehen, beschreibt dieser Blogpost.
Florian Petit Blickfeld founder

Unternehmen freuen sich über jede Möglichkeit, Abläufe effizienter zu gestalten. Dazu gehört auch die genaue Messung und Nachvollziehbarkeit aller Material- oder Produktbestände, da gesamte Betriebe, von der Planung über die Herstellung bis zur Lieferung, davon abhängen.

Eine Schlüsselkomponente für die Bestandsverfolgung oder die Messung von Materialbeständen ist die Volumenerfassung. Bisher basiert die Volumenerfassung auf Augenmaß, dem Zählen mit dem Laufrad, dem Wiegen von Schaufeln oder LKW-Ladungen oder einfachen Schätzungen. Diese Methoden sind häufig ineffizient und ungenau, und dementsprechend kostspielig. Daher gehen viele Unternehmen aus Branchen wie der Lebensmittel-, Futtermittel- und Pharmaindustrie zu automatisierten, hochtechnologischen und kontaktlosen Sensoren über. 

Sensortechnologien wie LiDAR können die Volumenerfassung revolutionieren, da sie die Grundlage für datenbasierte Entscheidungen liefern.

In Kombination mit ergänzender Software wird eine Volumenerfassung in Echtzeit und damit die Digitalisierung der Lieferkette möglich.

Warum Volumenerfassung mit LiDAR sinnvoll ist

Ein genaues 3D-Abbild und Volumenschätzung ist für viele Anwendungen unerlässlich, etwa für die Beurteilung des Geländes in Bauprojekten oder für die Bestimmung der Menge des aus einer Mine abgetragenen oder in Haufen gelagerten Materials.

Viele kontaktlose Sensoren, wie z. B. Einpunktlaser, sind unter bestimmten Bedingungen hilfreich und werden im Allgemeinen zur Füllstandsmessung oder Objektzählung eingesetzt. Für die Volumenmessung ist jedoch in der Regel die Erfassung der gesamten Oberfläche erforderlich, um die Höhenunterschiede der Materialoberfläche zu berücksichtigen. Im Gegensatz dazu kann ein Einpunktlaser nur einen Punkt messen und erfordert mehrere Messungen aus verschiedenen Winkeln, um die gleiche Information zu erhalten.

Hier kommen 3D-LiDAR-Sensoren ins Spiel, die die gesamte Umgebung – in diesem Fall die gesamte Oberfläche des Materials – scannen und eine detaillierte 3D-Punktwolke mit Millionen von Datenpunkten erzeugen. So wird jede Variation auf der Materialoberfläche in der Berechnung des Volumens berücksichtigt.

LiDAR ist zudem auch im Dunkeln voll funktionsfähig, während die meisten anderen optischen Messmethoden Umgebungslicht erfordern. Des Weiteren können die LiDAR-Daten aufgrund der großen Reichweite der Sensoren aus sicherer Entfernung erfasst werden, ohne die Anwender zu gefährden.

Echtzeit Volumenerfassung mit LiDAR

Eine genaue Volumenerfassung, die in einem System zur Bestandsverwaltung integriert ist, kann dazu beitragen, Bestandsfehler zu reduzieren und rechtzeitige Lieferungen sicherzustellen. LiDAR-basierte Volumenerfassung ermöglicht zudem eine genaue Nachverfolgung des Materialbestands, um Engpässe und Überbestände zu vermeiden, auch über mehrere Standorte hinweg.

Punktwolkendaten als Basis für Volumenerfassung

LiDAR-Sensoren erzeugen eine dichte Wolke von Messdaten, wobei die Datenpunkte in einem durch die Scanparameter festgelegten Abstand gleichmäßig über die Szene verteilt sind.

Die für die meisten LiDAR-Anwendungen gemessenen Daten können als Punktdaten exportiert werden – so auch für die Volumenmessung. Dies ermöglicht die Erkennung der XYZ-Koordinaten des Materials relativ zum LiDAR-Scanner und des Intensitätswerts.

LiDAR Punktwolke mit XYZ-Informationen zur präzisen Volumenerfassung

Diese Werte können dann zur Berechnung des Volumens des gelagerten Materials genutzt werden. Die XYZ-Werte können die minimalen und maximalen Koordinatenwerte auf allen drei Achsen erzeugen, wodurch sich ein Quader ergibt, der alle Punkte einschließt.

LiDAR für die Schüttguterfassung

Die Bestandserfassung in Pulver- und Schüttgutlagern stellt für viele Branchen eine Herausforderung dar. Die bisher eingesetzten Sensoren sind in der Regel mechanisch oder sehr einfach aufgebaut und liefern nicht die erforderlichen Informationen für eine präzise Echtzeit-Füllstandsüberwachung und Bestandsverwaltung. Ein-Punkt-Laser oder Radar-Sensoren sind nicht in der Lage, ein vollständiges 3D-Bild der Oberfläche zu erstellen, während Ultraschallsensoren durch Probleme wie Signalabsorption durch das gelagerte Material, Signalrauschen und -reflexion, begrenzte Reichweite und hohe Stromanforderungen beeinträchtigt werden. Das Ergebnis sind ungenaue Daten und kostspielige Installationen.

Schüttgut wird in einem Lagerhaus mit LiDAR erfasst

3D-LiDAR-Sensoren sind im Vergleich dazu durch keines dieser Probleme eingeschränkt. Ein LiDAR-basiertes Volumenerfassungssystem kann beispielsweise in einer Zementfabrik eingesetzt werden, um das Volumen der gelagerten Zementhaufen zu messen. Der Sensor kann entweder an einem Mast, einer hohen Maschine wie einem Kran oder sogar an Drohnen installiert werden.

Die Fähigkeit, breitflächig Punkte zu scannen, macht LiDAR perfekt für die Volumenmessung in der unregelmäßigen Topografie der Zementhaufen und liefert einen Durchschnittswert, den höchsten und den niedrigsten ermittelten Wert. Da für den Betrieb kein Umgebungslicht erforderlich ist, können auch nachts kontinuierliche Echtzeit-Messungen durchgeführt werden, so dass der Hersteller den Betrieb rund um die Uhr aufrechterhalten kann.

Volumenerfassung von Schüttgut

Diese Anwendung kann auch auf Baustellen angewendet werden, wenn beispielsweise für Gebäudefundamente Erdreich ausgehoben wird. Der Aushub kann mit mobilen LiDAR-Sensoren erfasst und das Volumen berechnet werden. Diese Daten helfen, die Baustelle effizient zu betreiben, da das Volumen des Aushubs bestimmt, wie viele LKW-Ladungen für den Abtransport des Materials benötigt werden.

LiDAR für Erfassung von Gütern in Lagern

Die Einsatzmöglichkeiten beschränken sich jedoch nicht nur auf den Bereich Schüttgüter, auch Güter wie Paletten können mit LiDAR-Sensoren erfasst werden. Lagerhäuser sind bei der Vermessung von Fracht oder gelagerten Gütern oft auf manuelle Prozesse angewiesen, da automatisierte Systeme fehlen. Dies erschwert die genaue Erfassung der Abmessungen und führt zu Fehlern, Ineffizienzen und letztendlich zu höheren Kosten.

Palletten werden in einer Lagerhalle mit LiDAR erfasst

LiDAR-basierte Volumenerfassung löst dieses Problem, indem sie zuverlässig genaue Daten über die Abmessungen der Güter liefert. Dank des dreidimensionalen Charakters der Daten können Länge, Breite und Höhe von Paletten oder verpackten Kisten auch bei schlechten Lichtverhältnissen automatisch und in Echtzeit gescannt werden. Dies verhindert nicht nur Fehler in der manuellen Erfassung, sondern gewährleistet auch eine reibungslose Logistikplanung, um Lagerkapazitäten effizienter zu nutzen und Prozesse zu verbessern.

LiDAR verspricht Innovation in der Industrie

LiDAR hat das Potenzial, industrielle Prozesse effizienter und kostengünstiger zu gestalten. Der Einsatz von LiDAR kann Unternehmen durch eine präzise Volumenmessung in Echtzeit eine noch nie dagewesene betriebliche Effizienz ermöglichen.

Florian Petit Blickfeld founder

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