Vergleichende Genauigkeitsuntersuchungen der neuesten Generation terrestrischer Laserscanner

Transkript

1 Klaus Mechelke, Thomas Kersten, Maren Lindstaedt Vergleichende Genauigkeitsuntersuchungen der neuesten Generation terrestrischer Laserscanner

2 Überblick Einführung Untersuchte Systeme Geometrische Untersuchungen Untersuchungen zum Meßrauschen Untersuchungen zum Einfluß der Objektfarbe Schlußfolgerungen und Ausblick

3 Einführung Neue Ausstattungsmerkmale Unterschiedliche Verfahren Unterschiedliche Standards Geodätische Merkmale

4 Untersuchte Systeme Faro LS880 Leica ScanStation Trimble GX Zoller + Fröhlich Imager 5006 (baugleich Leica HDS6000)

5 Technische Daten (Auswahl) Scanner / Merkmal Trimble GX Leica ScanStation FARO LS880 Z+F IMAGER 5006 Streckenmessung Laufzeitverfahren Phasendifferenzverfahren Sichtfeld [ ] 360 x x x x 310 Reichweite / Eindeutigkeitsbereich [m] < 76 < 79 Laserklasse / Leistung [mw] 2, 3R 3R 3R / 20 3R / 29 Scanrate [pts/s] Winkelauflösung [ ] Vertikal Horizontal 0,0017 0,0017 0,0017 0,0017 0,009 0,009 0,0018 0,0018 3D Einzelpunktgenauigkeit 12mm/100m 12mm/100m k.a. k.a. Kamera integriert integriert extern / option extern / option Neigungssensor Kompensator Kompensator ja ja

6 Geometrische Untersuchungen 3D-Testfeld Streckenmessgenauigkeit Untersuchung des Neigungssensors / Taumelfehler Einfluß des Auftreffwinkels auf die 3D-Genauigkeit

7 3D-Testfeld Untersuchung der 3D-Genauigkeit in Anlehnung an VDI/VDE 2634 Teil II, III Testfeld mit 43 Referenzpunkten, 3D-Genauigkeit <1mm Prüfkörper: Kugeln mit 145mm Durchmesser Berechnung von Raumstrecken zwischen den Referenzpunkten in allen Kombinationen Soll-Ist Vergleich

8 3D-Testfeld 1 Station Alle Stationen Scanner # dist. d min [mm] d max [mm] Σ d [mm] # dist. d min [mm] d max [mm] Σ d [mm] Leica ScanStation ,8 24,5 38, ,5 23,3 41,8 Trimble GX ,3 37,1 53, ,0 31,3 47,3 Z+F Imager ,5 22,0 45, ,8 23,7 56,5 FARO LS ,6 22,2 45, ,1 30,7 71,8 Frequency Distribution of differences of distances derived from scanning vs. reference distances 250 Faro LS Leica Scanstation 150 Trimble GX 100 Z+F Imager Difference [mm]

9 Untersuchung zur Streckenmessgenauigkeit Sollstreckenvergleich, Sollstrecken ermittelt mit Leica TCRP1201 Zielzeichen für Scanner: Kugeln / Targets Ist-Strecken aus gemittelten Koordinaten von jeweils 3 Scans 6,0 Difference of scanning vs. reference distance Difference [mm] 4,0 2,0 0,0-2,0 Faro LS880 / Sphere 145mm Leica ScanStation / HDS Target Trimble GX / Flat Target Z+F 5006 / Sphere 145mm ,0-6,0 Position [m]

10 Untersuchung des Neigungssensors und des Taumelfehlers 12 Kugeln verteilt auf horizontalem Kreis mit 50m Radius 3 Scans je Kugel mit höchstmöglicher Auflösung Stativbewegung mit Leica Nivel20 kontrolliert Im Scanner-Koordinatensystem sollten alle Kugeln in einer Ebene liegen Bei Scannern mit Neigungskompensation: z = konst.!

11 Untersuchung des Neigungssensors Radius 50m 90 Zentrum Neigung der Drehachse aus Nivel20-Messung Temperatur [ C/10] Neigung [mrad] 0,33 0,31 0,29 0,27 0, Zei t

12 Untersuchung des Neigungssensors 20,0 15,0 Differences of scanned spheres vs. horizontal XY plane (Z-coordinate) Trimble GX Faro LS880 Leica ScanStation Z+F 5006 Difference [mm] 10,0 5,0 0,0-5,0-10, ,0-20,0 Position on circle [ ] 6,0 Differences of scanned spheres vs. average XY plane 4,0 Difference [mm] 2,0 0,0-2,0-4, Trimble GX 330-6,0-8,0 Position on circle [ ] Faro LS880 Leica ScanStation Z+F 5006

13 Einfluss des Auftreffwinkels auf die 3D-Genauigkeit Scan einer drehbar gelagerten plangeschliffenen Granitplatte in 10 Winkelpositionen Auflösung am Objekt: 3mm Referenz: 4 an der Platte montierte Kugeln Forderung: ausgleichende Ebenen durch Kugelzentren und Punktwolke sollen konstanten Abstand haben

14 Einfluss des Auftreffwinkels auf die 3D-Genauigkeit von Flächen Variation [mm] 13,0 11,0 9,0 7,0 5,0 3,0 Variation of fitted plane vs. reference plane (object distance 10m) Faro LS880 Leica ScanStation Trimble GX Z+F 5006 Spot size of laser beam at 10m (specs) Faro LS880: 2,5mm Leica ScanStation: 4,0mm Trimble GX: 0,6mm (autofocus enabled) Z+F IMAGER 5006: 2,2mm 1,0-1, Angle of incidence [ ]

15 Untersuchung zum Messrauschen Scan eines Prüfkörpers mit verschiedenen Geometrien Auflösung am Objekt: 3mm Faro: Daten ungefiltert! Faro Leica Trimble Z+F

16 Einfluss der Objektfarbe auf Messrauschen und Streckenmessgenauigkeit Scan von RAL-Farbtafeln mit definiertem Hellbezugswert Betrag des Messrauschens variiert aufgrund von unterschiedlichen Reflektivitäten Lageverschiebung der ausgleichenden Ebene durch die Punktwolke

17 Einfluss der Objektfarbe auf Messrauschen und Streckenmessgenauigkeit Variation of distance depending on object colour 7,0 Faro LS880 Leica ScanStation Trimble GX Z+F ,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 Variation [mm] 0,0 Black Grey 7047 Grey 7044 Grey 7042 Grey 7040 Grey 7022 Grey 7003 Green 6034 Green 6021 Green 6017 Blue 5024 Blue 5015 Blue 5005 Red 3018 Red 3014 Red 3003 Yellow 1037 Yellow 1020 Yellow 1017 White 9010 White 9002 White 9001 RAL colour code -1,0-2,0-3,0 RAL colour / range of noise 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 Faro LS880 Leica ScanStation Trimble GX Z+F ,0 Noise range [mm] 2,0 0,0 Black Grey 7047 Grey 7044 Grey 7042 Grey 7040 Grey 7022 Grey 7003 Green 6034 Green 6021 Green 6017 Blue 5024 Blue 5015 Blue 5005 Red 3018 Red 3014 Red 3003 Yellow 1037 Yellow 1020 Yellow 1017 White 9010 White 9002 White 9001 RAL color code

18 Schlussfolgerungen und Ausblick Testfeld: Realitätsnahes Messvolumen Kreis: guter Ansatz zur Untersuchung von Neigungssensor und Taumelfehler Zielgröße für Referenzierung beachten! Standard für Reflektivitätswerte / Standardkörper mit definierter Reflektivität Einzelpunktmessung? Bekommt der Scanner Tachymeterfunktionalität oder lernen Tachymeter scannen?

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20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!