Klaus Mechelke Prüfverfahren für terrestrische Laserscanner an der HCU Hamburg
Inhalt der Präsentation Einführung 3D-Testfeld Kenngrößenbestimmung Streckenmessgenauigkeit Fazit
Einführung Keine Standards für Untersuchungs- & Prüfverfahren VDI/VDE 2634, Bl. II und III Kenngrößenbestimmung nach Heister (2006) und Kern (2008) Feldprüfverfahren nach Gottwald/Tüxsen (2008), Wehmann (2008) HCU: Genauigkeitsuntersuchungen seit 2004
3D-Testfeld Untersuchung 3D-Genauigkeit in Anlehnung an VDI/VDE 2634 Bl. 3 Bestimmung diverser Kenngrößen nach Heister und Kern Testfeld in Halle D: Messvolumen 30x20x2m 3, d = 3,3m bis 32,0m Testfeld mit bis zu 53 Referenzpunkten, 3D-Genauigkeit <mm
3D-Testfeld Scanning von Kugeln (99mm) & Targets mit div. Scannern auf 5 Standpunkten auf verschiedenen Ebenen Registrierung der Scannerstandpunkte mit RealWorks Survey (Transformation in ein gemeinsames lokales Koordinatensystem) Berechnung der Strecken zwischen den Referenzpunkten in allen Kombinationen im Scanner- und im Referenzsystem (korreliert) 3D-Streckenvergleich (Soll/Ist) gemäß VDI/VDE 2634 III - Differenzen = Winkel- und Streckenmessfehler, Kugel-Fitting, Zentrierfehler
3D-Testfeld Soll-Ist Vergleich der Raumstrecken zwischen den Referenzpunkten, alle Stationen registriert, alle Strecken verwendet Scanner # 3D-Punkte # Strecken l min l max Spanne Shift Riegl VZ 400 Kugeln 28 378 -, 4,4 5,5-5,4 Riegl VZ 400 Targets 27 35-3,5 4,8 8,3,0 IMAGER 5006i Kugeln 28 378-3,3 5,4 8,7 0,5 Leica C0 Kugeln 28 378-3,6 6, 9,7 0,8 Häufigkeit 220 70 20 70 20 Riegl VZ400 Kugeln Riegl VZ400 Targets Imager 5006i Leica C0-20 -5-0 -5 0 5 0 5 20-30 Differenzen [mm]
3D-Testfeld Auswertung nach VDI/VDE 2634 Mittlere Kugelabstandsabweichung Δ 7 L i = Δ L 7 j = j Abstands-Messunsicherheit u L = 7 j= ΔL 7 2 j
3D-Testfeld Auswertung nach VDI/VDE 2634
3D-Testfeld Vergleich zu den Ergebnissen 2007 und 2008 Scanner Kugel Ø [mm] # Kugeln # Strecken l min [mm] l max [mm] Spanne [mm] 200 Leica C0 99 28 378-3,6 6, 9,7 0/2007 Leica ScanStation 99 29 35-5,4 6,5,9 0/2007 Leica ScanStation2 99 29 35-5,4 6,5,9 04/2007 Leica ScanStation 45 43 703-2,3 9,2,5
3D-Testfeld Vergleich zu den Ergebnissen 2007 und 2008 Scanner Kugel Ø [mm] # Kugeln # Strecken l min [mm] l max [mm] Spanne [mm] 200 ZF IMAGER 5006i 99 28 378-3,3 5,4 8,7 09/2008 ZF IMAGER 5006 99 3 465-5,8 0,3 6, 0/2007 Leica HDS 6000 99 29 406-6,7 6,3 3,0 0/2007 ZF IMAGER 5006 99 29 406-5,7 7,7 3,4 04/2007 ZF IMAGER 5006 45 43 703-7,4 6,6 4,0
Kenngrößenbestimmung Mittlere Kugelabstandsabweichung ΔL (Heister 2006) als Maßtreue, Überprüfung der Rückführbarkeit auf Längennormal 7 ΔL i = ΔL j 7 j= ist ΔList soll soll ΔLsoll ist Ausgleichende Kugel mit festem Radius
Kenngrößenbestimmung Kugelfitting in RealWorks Survey mit festem Radius Kugelkoordinaten nach Registrierung im ersten Scannerkoordinatensystem & Mittelbildung aller Kugelzentren eines Punktes Mittlere Kugelabstandsabweichung ΔL (Heister 2006) 7 ΔL i = ΔL j 7 ΔL : Mittel aus 4 Stationen, stationsweise berechnet, 7 Strecken ΔL 2 : Alle 4 Stationen registriert, 7 Strecken ΔL 3 : Alle 4 Stationen registriert, alle Strecken j= Scanner Kampagne ΔL [mm] ΔL 2 [mm] ΔL 3 [mm] # Strecken Riegl VZ 400 (Reflex-Targets) 200,3 0,8,4 35 IMAGER 5006i (Kugel) 200,6,2,2 378 Leica C0 (Kugel) 200,5,3,3 378
Kenngrößenbestimmung ΔL durch Berechnung einer 6-Parameter-Transformation der Kugelmittelpunkte auf die Sollpositionen (Kern 2008) Voraussetzung: Sollkoordinaten aus Netzmessung bekannt Scanner Kampagne # Kugeln ΔL [mm] ΔL 2 [mm] # Stationen Riegl VZ 400 (Reflex-Targets) 200 27 0,7 0,5 5 IMAGER 5006i 200 28 0,9 0,6 6 Leica C0 200 28 0,7 0,5 6 ΔL : Mittel aus allen Stationen, stationsweise berechnet ΔL 2 : alle Stationen registriert
Kenngrößenbestimmung Abstandsmessunsicherheit u L (Heister 2006) als Bestimmungsgüte u L = 7 j= ΔL 7 2 j Scanner Kampagne ul [mm] ul 2 [mm] ul 3 [mm] # Strecken Riegl VZ 400 (Reflex-Targets) 200,7,0,7 35 IMAGER 5006i (Kugel) 200 2,0,5,6 378 Leica C0 (Kugel) 200,8,5,7 378 u L : Mittel aus 4 Stationen, stationsweise berechnet, 7 Strecken u L2 : Alle 4 Stationen registriert, 7 Strecken u L3 : Alle 4 Stationen registriert, alle Strecken
Kenngrößenbestimmung Kugelradiusabweichung (Kern 2008) als Mittelwert der Differenzen zwischen geschätztem und Sollradius von k Kugeln soll v ist soll v2 ist ist v3 soll ist v4 soll R = k K v i k i=
Kenngrößenbestimmung Scanner Kampagne # Kugeln Δr min [mm] Δr max [mm] ØΔr [mm] # Punkte Ø Faro Photon 20 200 0-0,7 5,2,7 5466 IMAGER 5006i 200 0 -,8 0, -0,8 4655 Leica C0 200 0 -,9 0,2-0,9 8568 Δr = soll - ist Kugelradiusabweichung [mm] 6 5 4 3 2 Kugelradiusabweichung (Kern 2008) Station im 3D Testfeld 0 500-5.500 0.500 5.500 20.500-2 Faro Photon Imager 5006i Leica C0 d=99mm -3 Anzahl Punkte auf der Kugel
Kenngrößenbestimmung Mittlere Antastabweichung (Heister 2006) als Spanne des Abstandes zum ausgeglichenen Formelement R = n n i= r i Ausgleichende Kugel mit unbekanntem Radius r2 Radiale Abweichungen für alle Messpunkte aller Kugeln r
Kenngrößenbestimmung Antastabweichung (Kern 2008) als Beschreibung des zu erwartenden Rauschens auf der Objektoberfläche R = n n i= 2 r i r2 Ausgleichende Kugel mit unbekanntem Radius Radiale Abweichungen für alle Messpunkte aller Kugeln r
Kenngrößenbestimmung Antast-Messunsicherheit (Heister 2006) als Mittelwert der Standardabweichungen der geschätzten Radien der ausgeglichenen Kugeln u R = 0 j = s 0 2 Rj Ausgleichende Kugel mit unbekanntem Radius
Kenngrößenbestimmung R = n n i= r i u R = 0 j = s 0 2 Rj R = n n i= 2 r i Scanner Mittlere Antastabweichung (Heister) Antast- Messunsicherheit (Heister) Antastabweichung (Kern) Riegl VZ 400 0,8,, Faro Photon 20 0,9,3,2 IMAGER 5006i 0,3 0,6 0,5 Leica C0,2,4,6
Kenngrößenbestimmung Antast-Messunsicherheit (Heister) Antast-Messunsicherheit u 2,00,50,00 0,50 0,00 IMAGER 5006i 0 5000 0000 5000 20000 Punktanzahl Antast-Messunsicherheit u [mm] 2,00,50,00 0,50 Riegl VZ-400 0,00 6000 7000 8000 9000 Punktanzahl Antast-Messunsicherheit u 2,00,50,00 0,50 0,00 Faro Photon 20 0 5000 0000 5000 20000 25000 Punktanzahl Antast-Messunsicherheit u [mm] 2,5 0,5 Leica C0 0 3000 8000 3000 8000 23000 Punktanzahl
Streckenmessgenauigkeit 20m-Prüfstrecke auf Komparatorbahn Zielzeichen für Scanner: Kugeln & Targets im Abstand - 20m Vergleich zu Referenzstrecken (Leica TM30) Kugelfitting mit bekanntem Radius in RealWorks Survey
Streckenmessgenauigkeit Sollstreckenvergleich auf 20m-Komparatorbahn
Streckenmessgenauigkeit Vergleichsstrecke Friedhof Ohlsdorf (7 Messpfeiler) Streckenlängen bis 430m, 20 300m in 0m-Intervallen Referenzmessung mit Leica TM30 Einsatz verschiedener Targets Kugelfitting in RealWorks Survey mit bekanntem Radius
Streckenmessgenauigkeit Vergleichsstrecke Friedhof Ohlsdorf Hersteller-Spezifikation (Strecke): +/- 4mm im Bereich 50m, Reichweite 300m@90% Albedo HDS-Target HCU-Kugel 99mm
Streckenmessgenauigkeit Faro Photon 20 Scaneinstellung: Auflösung / Qualität 4 20m 285 pts 30m 235 pts 40m 70 pts 50m 444 pts 60m 30 pts 70m 96 pts 80m 39 pts 90m pts 00m 84 pts 0m 58 pts 0,0 Standardabweichung Kugelfitting 8,0 Stdabw. [mm] 6,0 4,0 2,0 0,0 20 30 40 50 60 Position 70 80 90 00 0 Differenz [mm] 5 0 5 0-5 -0-5 Differenzen zur Sollstrecke 20 30 40 50 60 70 80 90 00 0 Strecke [m]
Schlussfolgerungen / Ausblick Viele Kenngrößen aber noch keine Standards Kenngrößen (Zahlen) versus Erfahrung (Praxis) Realitätsnahe praktische Bedingungen (Messvolumen) Wichtig: Untersuchung des Gesamtsystems (HW/SW) (Labor)Untersuchung versus Feldprüfverfahren Kalibrierung Herstellersache!?
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