Volume Measurements LiDAR

LiDAR Volumenmessung – Innovation in der Industrie

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

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

Eine Schlüsselkomponente für die Bestandsverfolgung oder die Erfassung von Materialbeständen ist die Volumenmessung. Bisher basiert die Volumenmessung 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 Volumenmessung revolutionieren, da sie die Grundlage für datenbasierte Entscheidungen liefern.

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

Warum Volumenmessung 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 Volumenmessung mit LiDAR

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

Punktwolkendaten als Basis für Volumenmessung

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 mit Intensität (XYZI) exportiert werden – so auch für die Volumenmessung. Dies ermöglicht die Erkennung der XYZ-Koordinaten des Materials relativ zum LiDAR-Scanner und des Intensitätswerts, der direkt mit dem Reflexionsvermögen eines gescannten Objekts zusammenhängt, was die Sichtbarkeit der Tiefe und Perspektive der Punktwolke erhöht.

LiDAR Punktwolke mit XYZ Informationen for Volumenmessung

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. Die Intensitätswerte können zur Erkennung und Berücksichtigung von Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des Materials herangezogen werden, wodurch die Volumenmessung noch genauer wird.

LiDAR für die Schüttgutmessung

Die Bestandsüberwachung 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 und gemessen

3D-LiDAR-Sensoren sind im Vergleich dazu durch keines dieser Probleme eingeschränkt. Ein LiDAR-basiertes Volumenmesssystem 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.

Volumenmessung 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 die Volumenmessung von Baumstämmen

Die genaue Messung eines sich ständig verändernden Bestands an Baumstämmen mit extrem engen Zwischenräumen ist eine Herausforderung, die nur schwer zu bewältigen ist. Zudem ist die Messung des Holzvolumens eine veraltete Wissenschaft: Traditionell wird von Fachleuten eine Skalierungsmethode angewandt, die nicht nur von der Art der Bäume, z. B. Kiefer, Zeder oder Tanne, und der Qualität (Astknoten vs. Klarholz) abhängt, sondern auch eine manuelle Messung der Länge und des Durchmessers der Stämme erfordert. Diese umständliche und veraltete Methode kann leicht durch LiDAR ersetzt werden, da auf Basis der 3D-Daten ohne Probleme die Decklänge und -fläche ermitteln werden können. 

Volumenmessung von Baumstämmen

Da mit LiDAR genaue und wiederholbare Ergebnisse in Echtzeit erzielt werden können, trägt die Integration von LiDAR zu einer kostengünstigen und effizienten Bestandserfassung bei. Außerdem wird die Sicherheit der Anwender gewährleistet, da das Gerät dank der Messreichweite von bis zu 250 m aus sicherer Entfernung installiert und verwendet werden kann.

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.

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