Phasen im Vergleich - Erste Untersuchungsergebnisse der Phasenvergleichsscanner Faro Photon und Trimble FX 1 / 28

Transkript

1 Th. Kersten, K. Mechelke, M. Lindstaedt, T. Graeger & H. Sternberg Phasen im Vergleich - Erste Untersuchungsergebnisse der Phasenvergleichsscanner Faro Photon und Trimble FX / 28

2 Inhalt der Präsentation n Einführung n Untersuchte terrestrische Laserscanner n Geometrische Genauigkeitsuntersuchungen n Schlussfolgerungen und Ausblick 2 / 28

3 Einführung n Trend TLS Ł schneller, weiter, genauer n Viele Hersteller Ł 4. Generation TLS auf dem Markt n Kein Scanner für alle Anwendungen Ł Zweit-Scanner n Leistungspotenzial TLS Ł unklar für viele Anwender n Techn. Spezifik. = Telekom-Werbung ) mit Fußnoten n Keine Standards für Untersuchungs- & Prüfverfahren 3 / 28

4 Untersuchte terrestrische Laserscanner 3dls Trimble FX Faro Photon 80 Photon 20 Zoller+Fröhlich IMAGER / 28

5 Untersuchte terrestrische Laserscanner Scanner / Eigenschaft Trimble FX Faro Photon 80 / 20 Z+F IMAGER 5006 Sichtfeld [ ] 360 x x x 30 Techn. Reichweite [m] / Wellenlänge [nm] Scan-Geschwindigkeit [pkt/s] / Winkelauflösung H/V [ ] 0,002 0,009 0,008 Laserspotgröße] 25m 50m 50m Distanzgenauigkeit keine Angabe 25m 50m 3D Punktgenauigkeit keine Angabe keine Angabe 50m Kamera nein extern / optional extern / optional Neigungssensor nein ja ja 5 / 28

6 Geometrische Genauigkeitsuntersuchungen n Kenngrößen nach Heister 2006 und Kern 2008 Ł Mittlere Antastabweichung (Heister 2006) als Spanne des Abstandes zum ausgeglichenen Formelement Ł Antastabweichung (Kern 2008) als Beschreibung des zu erwartenden Rauschens auf der Objektoberfläche Ł Antast-Messunsicherheit (Heister 2006) als Mittelwert der Standardabw. für unbekannten Radius der ausgeglichenen Kugel Ł Kugelradiusabweichung (Kern 2008) als Mittelwert der Differenzen zwischen geschätztem und Sollradius von k Kugeln Ł Mittlere Kugelabstandsabweichung (Heister 2006) als Maßtreue, Überprüfung der Rückführbarkeit auf Längennormal Ł Abstands-Messunsicherheit (Heister 2006) als Bestimmungsgüte (Kugelfitting mit festem Radius) 6 / 28

7 Geometrische Genauigkeitsuntersuchungen n 3D-Testfeld (div. Kenngrößen) n Distanzmessgenauigkeit n Einfluss des Einfallswinkels des Laserstrahls auf die 3D-Punktgenauigkeit 7 / 28

8 3D-Testfeld n Kenngröße: hier Kugelabstandsabweichung n Untersuchung 3D-Genauigkeit in Anlehnung an VDI/VDE 2634 Bl. 3 n Testfeld in Halle D: Messvolumen 30x20x2m 3, d = 3,3m bis 32,0m n Testfeld mit bis zu 43 Referenzpunkten, 3D-Genauigkeit <mm 8 / 28

9 3D-Testfeld n Scanning der Kugeln (99mm) mit Scannern von 5 Standpunkten n Registrierung der 5 Scannerstandpunkte mit RealWorks Survey (Transformation in ein gemeinsames lokales Koordinatensystem) n Berechnung der Strecken zwischen den Referenzpunkten in allen Kombinationen im Scanner- und im Referenzsystem (korreliert) n 3D-Streckenvergleich (Soll/Ist) gemäß VDI/VDE 2634 III - Differenzen = Winkel- und Streckenmessfehler, Kugel-Fitting, Zentrierfehler 9 / 28

10 3D-Testfeld Kampagne # 3D-Punkte # Strecken L min L max Spanne L = l max - l min Trimble FX 6dpi 09/ ,8 23,0 30,8 Trimble FX 7dpi 09/ ,6 24,0 33,6 Faro Photon 80 RR4 09/ ,2 9,8 5,0 Z+F IMAGER / ,8 0,3 6, 80 Häufigkeit Trimble FX 7dpi Trimble FX 6dpi Faro Photon Z+F IMAGER 5006 Kugel d=99mm Differenzen 0 / 28

11 3D-Testfeld n Vergleich zu Ergebnissen 2007 (Oldenburger 3D-Tage 2008) d=45mm Kampagne # 3D-Punkte # Strecken L min L max Spanne Leica ScanStation 04/ ,3 9,2,5 Z+F IMAGER / ,4 6,6 4,0 d=99mm Kampagne # 3D-Punkte # Strecken L min L max Spanne Leica ScanStation 0/ ,4 6,5,9 Leica ScanStation 2 0/ ,4 6,5,9 Leica HDS / ,7 6,3 3,0 Z+F IMAGER / ,7 7,7 3,4 / 28

12 3D-Testfeld n Prüfstreckenverteilung im Testfeld in Anlehnung an VDI/VDE ,7m 6,06m 9,76m,6m,90m 4,2m 24,56m 2 / 28 Kante Flächendiagonale Raumdiagonale

13 3D-Testfeld n Kugelfitting in RealWorks Survey mit festem Radius n Kugelkoordinaten nach Registrierung im ersten Scannerkoordinatensystem & Mittelbildung aller Kugelzentren eines Punktes n Mittlere Kugelabstandsabweichung L (Heister 2006) 7 L i = L j 7 Ł L : Mittel aus 5 Stationen, stationsweise berechnet, 7 Strecken Ł L 2 : Alle 5 Stationen registriert, 7 Strecken Ł L 3 : Alle 5 Stationen registriert, alle Strecken j= Kampagne # Strecken L L 2 # Strecken L 3 Trimble FX 6dpi 0/ , 2, ,6 Trimble FX 7dpi 0/ , 2, ,7 Faro Photon 80 0/2008 7,9 2, ,3 Z+F IMAGER / ,0 2, , 3 / 28

14 3D-Testfeld n Kugelfitting in RealWorks Survey mit festem Radius n Kugelkoordinaten nach Registrierung im ersten Scannerkoordinatensystem & Mittelbildung aller Kugelzentren eines Punktes n Abstandsmessunsicherheit u L (Heister 2006) Ł u L : Mittel aus 5 Stationen, stationsweise berechnet, 7 Strecken Ł u L2 : Alle 5 Stationen registriert, 7 Strecken Ł u L3 : Alle 5 Stationen registriert, alle Strecken u L = 7 j= L 7 2 j Kampagne # Strecken u L u L2 # Strecken u L3 Trimble FX 6dpi 0/ ,9 3, ,4 Trimble FX 7dpi 0/ ,6 3, ,4 Faro Photon 80 0/ ,6 2, ,0 Z+F IMAGER / ,7 3, 465 2,8 4 / 28

15 3D-Testfeld Kampagne # Kugeln # Punkte Ø r min r max Ø r Trimble FX 6dpi 09/ ,6,9-0,5 Trimble FX 7dpi 09/ ,2 3, -0,5 Faro Photon 80 09/ ,8 5,7,9 Z+F IMAGER / ,5 2,5 0,3 R d=99mm = k K v i k i= Kugelradiusabweichung Faro Photon IMAGER 5006 Trimble FX 6dpi Kugelradiusabweichung (Kern 2008) Station im 3D Testfeld Trimble FX 7dpi / 28 Nr.

16 3D-Testfeld Kenngröße Berechnung Trimble FX 6dpi Trimble FX 7dpi FARO Photon 80 Z+F IMAGER 5006 Mittlere Antastabweichung (Heister 2006) R = n n i= r i 0,7 0,8 0,5 0,5 Antastabweichung (Kern 2008) Antast- Messunsicherheit (Heister 2006) R = u R = n n n i = j = n s 2 r i 2 Rj 0,9,0,0, 0,6 0,7 0,6 0,7 Kugelradiusabweichung (Kern 2008) R = k K v i k i= -0,5-0,5,9 0,3 Kugelabstandsabweichung (Heister 2006) L = n i L j n j = 2,6 2,8 2,4 2,3 Abstands- Messunsicherheit (Heister 2006) u L = n j = L n 2 j 3,5 6 / 28 3, 6 2,9 3,

17 Streckenmessgenauigkeit n 20m-Prüfstrecke auf Komparatorbahn n Zielzeichen für Scanner: Kugeln im Abstand -20m n Vergleich zu Referenzstrecken (Leica TCRP20/SMX Lasertracker) n Kugelfitting mit bekanntem Radius in RealWorks Survey 7 / 28

18 Streckenmessgenauigkeit n Differenzen zu Sollstrecken (20m Komparator) 3 Faro Photon 80 Faro Photon 20 Imager Trimble FX 6dpi Trimble FX 7dpi Differenz Distanz [m] 8 / 28

19 Streckenmessgenauigkeit n Prüfstrecke auf Stativen von 0-70m / 20m) im Abstand von 0m n Zielzeichen für Scanner: Kugeln (99mm), Flächentargets n Vergleich zu Referenzstrecken (Leica TCRP20, TCA2003) n Kugelfitting mit bekanntem Radius in RealWorks Survey 9 / 28

20 Streckenmessgenauigkeit Differenz Imager 5006 (Sept. 08) Faro Photon 20 (Mai 09) Faro Photon 80 (Mai 09) Distanz [m] 20 / 28

21 Einfluss des Auftreffwinkels auf die 3D-Genauigkeit n Aufnahme: Scanning einer drehbar gelagerten plangeschliffenen Granitplatte in 0 Winkelpositionen n Auflösung: 3mm am Objekt n Referenz: 4 an der Platte montierte Kugeln n Forderung: ausgleichende Ebenen durch Kugelzentren und Punktwolke sollen konstanten Abstand haben mit Referenz zur Winkelposition 0 0 (relative Änderung) 2 / 28

22 Einfluss des Auftreffwinkels auf die 3D-Genauigkeit 0 22 / 28

23 Einfluss des Auftreffwinkels auf die 3D-Genauigkeit / 28

24 Einfluss des Auftreffwinkels auf die 3D-Genauigkeit / 28

25 Einfluss des Auftreffwinkels auf die 3D-Genauigkeit Abweichung Trimble FX Faro Photon 80 RR0 Faro Photon 80 RR4 Z+F IMAGER 5006 Faro Photon 20 RR0 Einfallswinkel [ ] / 28

26 Schlussfolgerungen / Ausblick n Phasenscanner im Vergleich Ł Unterschiede! n Kenngrößen (Zahlen) versus Erfahrung (Praxis) n Realitätsnahe praktische Bedingungen (Messvolumen) n Wichtig: Untersuchung des Gesamtsystems (HW/SW) n Standards: Prüfverfahren, Kenngröße, Kalibrierung n Untersuchung versus Feldprüfverfahren n Systemverbesserung durch Scanneruntersuchung 26 / 28

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 27 / 28