28.05.2019
Tunnelblick
Kilometerlange Ver- und Entsorgungsleitungen sowie zahlreiche Transportwege bilden ein gigantisches Tunnelgeflecht unter der Erde. Hier, in völliger Dunkelheit und unter widrigen Umgebungsbedingungen, trägt der R2000 Laserscanner von Pepperl+Fuchs dazu bei, die unterirdische Infrastruktur intakt zu halten.
Eng aneinandergereihte Hochhäuser, ein dichtes Verkehrsnetz, pulsierendes Leben auf den Straßen und riesige Wolkenkratzer – so oder so ähnlich würden Sie eine Großstadt wohl auch beschreiben. Doch was eine Stadt am Leben hält, spielt sich bei Weitem nicht nur überirdisch ab. Ob Abwasser, Wasser, Gas oder Fernwärme – weitreichende Tunnelnetzwerke gehören zu den essenziellen Bestandteilen urbaner Infrastrukturen. Denn ohne das Treiben unter der Erde, würde das darüber nicht stattfinden. Umso wichtiger sind regelmäßige Vermessungs- und Instandhaltungsmaßnahmen, um bauliche Mängel wie Risse oder Wassereinträge frühzeitig zu erkennen und zu verhindern. Eine Aufgabe, die es in sich hat, denn die Bedingungen unter Tage sind extrem: Die Temperaturen sind niedrig, die Luftfeuchtigkeit ist hoch. Zudem ist es dreckig, beengt und vor allem vollkommen dunkel. Wo es für uns Menschen beschwerlich, gefährlich oder schlichtweg unzugänglich sind, kommen zunehmend mobile Roboter für Vermessungs-, Inspektions- und Wartungsaufgaben zum Einsatz.
„Unser Ziel ist es, eine Lösung zu entwickeln, mit der wir solche Roboter intelligenter, selbstständiger und damit effizienter machen“, erläutert Jameel Marafie, einer der beiden Geschäftsführer von Headlight AI. Das junge Unternehmen mit Sitz in London hat auf Basis leistungsstarker Sensorik von Pepperl+Fuchs ein intelligentes Multisensorsystem entwickelt, mit dem mobile Roboter ihre Umgebung nicht nur detailgetreu und dreidimensional wiedergeben, sondern auch auf diese reagieren können.
Für das Erstellen eines realistischen 3-D-Abbilds des Tunnels bedarf es einer besonders widerstandsfähigen und gleichzeitig präzisen Sensorik.
Von der Datenerfassung zum virtuellen Rundgang
Auf vier Rädern bahnt sich der ferngesteuerte, robotische Pfadfinder seinen Weg durch die Dunkelheit. Ausgestattet ist er dabei mit verschiedenen Sensoren, die ihm die Fähigkeit verleihen, das unbekannte Gelände um ihn herum zu sehen und zu fühlen. „Für das Erstellen eines realistischen 3-D-Abbilds des Tunnels bedarf es einer besonders widerstandsfähigen und gleichzeitig präzisen Sensorik, denn selbst wenige Millimeter kleine Schäden an der Tunnelwand gilt es unter den anspruchsvollen Umgebungsbedingungen sicher zu erkennen“, beschreibt Marafie die Anforderungen. „Unser 2-D-Laserscanner R2000 bringt alle Eigenschaften für diese Anwendung mit“, konstatiert Arno Hagemann, Business Development Manager bei Pepperl+Fuchs.
Der 2-D-Laserscanner R2000 liefert zuverlässige und hochpräzise Messergebnisse auf Basis der Pulse Ranging Technology.
Der robuste, optoelektronische Sensor liefert zuverlässige und hochpräzise Messergebnisse bei einer lückenlosen 360°-Rundumsicht. Hierbei ist er mit der innovativen Pulse Ranging Technology, kurz PRT, ausgestattet. „Bei dieser Messmethode sendet eine leistungsstarke Lichtquelle kurze, energiereiche Impulse aus, die am Zielobjekt – wie beispielsweise der Tunnelwand – reflektiert und von einem lichtempfindlichen Empfangselement wieder erfasst werden“, erläutert Hagemann das Funktionsprinzip. „Über die Laufzeit des Lichts vom Sender zum Empfänger und die reflektierte Energie lässt sich dann die Entfernung zum Zielobjekt und dessen Oberflächenbeschaffenheit bestimmen.“ Mit 252.000 Einzelmessungen pro Sekunde und einer Winkelauflösung von 0,014° tastet der mobile Roboter so das Tunnelbauwerk in kürzester Zeit haargenau und berührungslos ab.
Der mobile Roboter tastet das Tunnelbauwerk in kürzester Zeit haargenau und berührungslos ab.
Dem System entgeht dabei nichts: Selbst feinste Risse, Verschmutzungen oder andere strukturelle Anomalien an der Wandoberfläche werden millimetergenau detektiert. Zeitgleich fusioniert die Software von Headlight AI die gewonnenen Messdaten der Millionen einzelnen Abtastpunkte zu einer verdichteten Punktewolke. „In einem einzigen Messdurchgang erschaffen wir damit ein exaktes Abbild der gesamten Tunnelgeometrie nahezu in Echtzeit“, fasst Marafie zusammen und ergänzt: „Ein virtueller Rundgang durch den Tunnel ist so jederzeit möglich und gibt Aufschluss über dessen Zustand.“
Zwei Fliegen mit einer Klappe
Gegenüber anfälligeren, kamerabasierten Verfahren arbeiten Laserscanner unabhängig von Lichteinflüssen. Die Dunkelheit in Tunneln ist somit keineswegs hinderlich, da der Sensor selbst das Objekt durch den Laserstrahl beleuchtet und einen aktiven Messvorgang ausführt. „Zusätzliche Beleuchtungskosten entfallen damit komplett“, so Marafie. „Zudem sind bestehende Systeme an sich schon kostspieliger.“ In Kombination mit der integrierten, hochpräzisen Sensorik ist das neue Multisensorsystem im Vergleich zur Photogrammetrie deshalb nicht nur wesentlich präziser, sondern auch deutlich günstiger.
Neues Terrain bereits in Sicht
Als Teil des neuen Multisensorsystems von Headlight AI wird der R2000 Laserscanner von Pepperl+Fuchs bereits mehrfach erfolgreich zur Tunnelinspektion und -instandhaltung eingesetzt. Die Anwendung unter Tage ist aber nur eine von zahlreichen Einsatzmöglichkeiten. So arbeitet Headlight AI beispielsweise daran, ein selbstlernendes System für besonders schlechte Sichtverhältnisse durch Nebel, Staub, Rauch oder Regen zu entwickeln. „Im Visier haben wir dabei Such- und Rettungsdrohnen oder auch den autonomen Transport unter Allwetterbedingungen“, blickt der ehrgeizige Jungunternehmer auf zukünftige Projekte und führt weiter aus: „Robuste und leistungsstarke Sensorik bildet auch hier die Grundlage für unsere Arbeit. Mit der Expertise und Erfahrung von Pepperl+Fuchs sehen wir dabei den passenden Partner an unserer Seite.“
