Blickfeld LiDAR-Sensoren führen effiziente Schüttgut Volumenerfassung durch

Schüttgut-Bestände werden bisher häufig ungenau vermessen oder sogar geschätzt. Das führt zu Ineffizienz in der Supply Chain - dabei kann hier mit LiDAR-Technologie sehr leicht Abhilfe geschaffen werden. Sachtleben Technology setzt auf Blickfeld LiDAR-Sensoren, um Schüttgut-Haufen in Lagerhallen präzise zu vermessen und auf dieser Daten-Grundlage die Bestände zu berechnen.

Bei Volumenberechnung denken viele zunächst an das, was sie aus dem Mathematik-Unterricht kennen: Sie sehen Quader oder Würfel vor sich, vielleicht noch Zylinder. Während auch für diese Art von Objekten das Volumen unkompliziert mit Hilfe von LiDAR-Sensoren bestimmt werden kann – etwa von Boxen in Lagerhallen – setzt Sachtleben Technology LiDAR für die Vermessung einer anderen Art an Objekten ein: Schüttgut-Haufen. In dieser Form werden zahlreiche verschiedene Materialen und Rohstoffe gelagert, wie etwa Kies, Mineralen oder auch Futtermittel. Mit Hilfe der Sensoren wird der Bestand vermessen, um somit – je nach Bedarf – tagesaktuell oder sogar minutengenau und präzise einen Überblick über die tatsächlich vorhandene Produktmenge zu haben.

Das ist nämlich nicht selbstverständlich: Häufig wird der Bestand äußerst ungenau oder mit sehr teurer Messtechnik erfasst und die zeitaufwendigen Auswertungen dieser Messungen verzerren den in den Büchern festgehaltenen Bestand. Häufig ist Unternehmen dadurch nicht klar, wie viel Material bei ihnen tatsächlich lagert.

Großer Bedarf für präzise Schüttgut Volumenerfassung: Ungenaue Waagen und Volumenschätzungen führen bisher zu Effizienzeinbußen

“Das ist ein Problem, das viele Unternehmen haben, die mit Schüttgut arbeiten“, sagt Quirin Kraus, Geschäftsführer von Sachtleben Technology. Und es ist kein kleines Problem: Vom Bestand hängt der Einkauf, Verkauf, aber auch die Produktion ab. Einkäufer müssen rechtzeitig neues Material für die Produktion bestellen, um hier keine Engpässe zu kreieren. Kurzum: Eine genaue Schüttgut Volumenmessung kann die Produktivität und Effizienz im Supply Chain Management der Unternehmen enorm steigern. Zudem ist die Lieferkette lang: Bis zum Endkunden oder zur Endkundin werden mehrere Zwischenlagerungen durchgeführt. Ein genauer Bestandsüberblick kann hier je nach Fall zu Effizienzsteigerungen von bis zu 25 Prozent führen.

Bisher kommen bei vielen Unternehmen verschiedene Arten der Produktbestandserfassung zum Einsatz, etwa LKW-Waagen oder Radlader mit integrierter Waage in der Schaufel. Teilweise werden auch nur Schaufeln gezählt, wenn Material von A nach B bewegt wird, die Haufengröße geschätzt oder von der Menge des Endproduktes auf die Lagerbestände rückgeschlossen. Das Problem bei diesen Arten der Erfassung ist die akkumulierte Ungenauigkeit. Über die Zeit schleichen sich hier bedeutende Messfehler ein, die dann immer weiter fortgeführt werden. „Wie bei „Stiller Post“ wird der Fehler immer weitergetragen, bis am Ende die Zahl in den Büchern signifikant vom tatsächlichen Bestand abweicht“, führt Kraus aus. „Häufig wird der Bestand auch nur abgeschätzt. Mit ein bisschen Erfahrung weiß man, welche Haufen-Größe etwa wie vielen Tonnen Material entsprechen.“ Präzise ist das natürlich nicht.

Schüttgut Volumenvermessung ist eine wichtige Aufgabe: Bisher wird häufig ungenau gemessen oder geschätzt.
Die Schüttgut Volumenmessung ist mit herkömmlichen Mitteln oft ungenau

Laserbasierte Messtechnologie für die präzise Erfassung

„Ich beschäftige mich seit vielen Jahren mit Laserscan-Technologien“, berichtet Kraus. „Ich habe viele Kund:innen aus dem Bereich der Rohstoffgewinnung. Dort setze ich bereits 3D-Laserscanner etwa zur Böschungsbeobachtung oder zur Auftrags-Abtragsbestimmung ein.“ Daher war Kraus auch die Eignung von 3D-Laserscannern für die Volumenmessung von Schüttgut, besonders dank ihrer hohen Auflösung, bewusst. Andere Technologien wie Radar oder Photometrie bringen gewisse Hürden mit sich: Radardaten eignen sich durchaus ebenfalls zur Volumenbestimmung, allerdings sind die für diese Anwendung benötigten Sensoren mit höheren Kosten verbunden und die Datenauswertung ist aufwendig. Photometrie erzielt nicht die notwendige Präzision in den Daten, um zuverlässig das Volumen zu ermitteln und ist stark von den Lichtverhältnissen abhängig.

Laserscanner, wie die, die Quirin Kraus bereits im Einsatz hatte, haben den Nachteil, dass sie zwar eine hohe Reichweite haben, aber durch ihre Position auf einem Stativ an verschiedenen Punkten aufgestellt werden müssen, um den gesamten Bestand zu erfassen. Die Messungen müssen also manuell durchgeführt und der Sensor immer wieder neu positioniert werden, wobei er. nach jedem Aufstellen horizontiert werden muss, ein zeitraubender Prozess. „Uns war also klar, dass wir laserbasierte 3D-Sensoren für unseren Anwendungsfall in der Halle benötigten, die in einem kontinuierlichen Datenstrom und mit breitem Sichtfeld den gesamten Bestand erfassen. Nur das passende Produkt war uns noch nicht über den Weg gelaufen.“

Hier kamen die Blickfeld LiDAR-Sensoren ins Spiel. „Mit dem Blickfeld Cube 1 haben wir einen kleinen, leichten, robusten und kostengünstigen LiDAR gefunden, der unsere Anforderungen genau erfüllt.“ Der Kostenpunkt ist dabei ein nicht zu vernachlässigender Faktor: In großen Lagerhallen muss zum Teil eine hohe Quadratmeterzahl abgedeckt werden, um den gesamten Bestand zu erfassen. Wird also eine große Zahl an Sensoren benötigt, kommen Geräte mit einem fünfstelligen Preis kaum in Frage.

Zuverlässige Abdeckung der gesamten Halle

„Um unser Stockpile Monitoring System aufzubauen, haben wir uns zunächst die Abdeckung mit den Blickfeld-Sensoren angeschaut, um herauszufinden, wie viele Sensoren wir für welche Hallengröße benötigen“, beschreibt Kraus. Dank des großen Sichtfelds wird lediglich eine geringe Zahl an LiDAR-Sensoren benötigt, um einen großen Bereich abzudecken. Ein Beispiel wären hier vierzehn Sensoren für eine Hallengröße von 2500 Quadratmetern.

Die Sensoren werden zur Erfassung an Adapterplatten mit Netzwerk- und Stromanschluss an der Hallendecke befestigt. Da es in Lagerhallen häufig recht staubig ist, hatte Kraus zunächst geplant, ein zusätzliches Reinigungssystem für die Sensoren zu installieren. „Bisher war das allerdings noch nicht nötig. Wir erhalten trotz einer Staubschicht auf dem Sensor sehr zuverlässige Daten“, berichtet Kraus zufrieden.

Blickfeld Cubes sind an der Hallendecke angebracht, um die Schüttgut Volumenvermessung vorzunehmen.
Die Blickfeld Cube 1 LiDAR-Sensoren werden an der Decke befestigt und erfassen den Bestand in Echtzeit

Die von den LiDAR-Sensoren generierten 3D-Daten geben zentimetergenau Auskunft über Höhe, Breite und Tiefe der Schütthaufen. Auf Basis dieser Daten wird mit Hilfe des Owl-Eye Systems – einer von der Sachtleben-Technology entwickelten Web-basierten Software-Lösung – der Bestand in Masse berechnet. Die Software bezieht die Dichte des vermessenen Produkts in die Berechnung mit ein und gibt so auf Basis des LiDAR-Livestreams minutengenaue Auskunft über den Produktbestand.

Ein besonderer Vorteil ist zudem die unkomplizierte Registrierung der verschiedenen Punktwolken. Jeder Sensor gibt die erfassten Daten in einer so genannten Punktwolke aus, in der jeder Punkt x-, y- und z-Informationen beinhaltet. Die Fusion, oder Registrierung, der Punktwolken von mehreren Sensoren ermöglicht die Erfassung des gesamten Bestandes auf einmal. „Bisher mussten die einzelnen Scans der verschiedenen Aufstellungspunkte händisch zusammengefügt werden. Die Cubes hingegen überzeugen hier mit ihrer einfachen und unkomplizierten Installation,“ so Kraus.

Punktwolke eines Schüttguthaufens
Punktwolke der Schüttgut-Haufen, auf deren Basis das Volumen und die Masse berechnet werden

Zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in der Industrie

Neben der Installation der LiDAR-Sensoren zur Bestandserfassung in Hallen, sieht Quirin Kraus noch weitere Branchen, die von der Anwendung profitieren könnten. „In Hafenanlagen oder Kieswerken gibt es durchaus Bedarf zur Schüttgut Volumenmessung“, führt er an. „Oder beispielsweise in der chemischen Industrie für die Rohstoffaufbereitung – im Grunde in allen Bereichen, die Rohstoffe in Haufen lagern.“ Darüber hinaus könnte eine mobile Version der Anwendung auch etwa für Baustellen interessant sein, um den Aushub zu vermessen. „Wir sind überzeugt davon, dass dieses System einen großen Mehrwert für die Branche schaffen kann,“ so Kraus.  

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