3D KEM Sensoren und 3D Vermessungssysteme

3D KEM Sensoren sind neuartige kompakte Sensoren hoher Reichweite zur schnellen Aufnahme von Entfernungsbildern. Es sind Kombinationen aus einem 2D KEM Sensor und einem oder zwei PS-Scanmodulen. Je nach Wahl der Laser/Empfänger-Arrays und optischer Systeme werden in unterschiedlichen Sensor-Versionen ein oder zwei opto-mechanische Scanner verwendet und kleine oder große Reichweiten erreicht. Die kleine Reichweite ist z.B. für Sicherheitssensoren mit programmierbarem Sicherheitsvolumen vorgesehen und die lange Reichweite z.B. für Volumenvermessung oder Verkehrüberwachung (z.B. Kreuzungen) bis zu großvolumigen Sicherheitsanwendungen, wie z.B. Überwachung von Ladezonen von Hallenkränen.

Die 3D KEM Sensoren eignen sich besonders zur Überwachung des Arbeitsvolumens von Material auf- oder abtragenden Maschinen, bei denen die Entfernungsbilder entsprechend den Arbeitszielen der Maschine ausgewertet und die Ergebnisse zur Steuerung der Maschine verwendet werden.

Für die Anwendungssoftware ist ein zweites Prozessorsystem mit mehreren wählbaren Schnittstellen eingebaut. Die wesentlichen Merkmale der 3D KEM Sensoren sind:

Entfernungsbild: Scanfeld bis zu 90° x 120°
Schnell: Entfernungsbildrate bis zu 100 Hz
Entfernungsbild als geordneter Datensatz: Distanz oder Distanz und Intensität
Beide Winkel ergeben sich aus der Position der Distanzwerte im Datensatz
Technische Daten der 1D- oder 2D-KEM Sensoren werden in den 3D-KEM Sensoren reproduziert
Kompakte Bauform bis herab zu ca. 10 x 10 x 14 cm3
Augensicherheit

Im folgenden werden einige geplante 3D KEM Sensor Prototypen dargestellt:

3D KEM PS Sensoren

Die 3D KEM PS Sensoren bestehen aus einem 2D KEM Sensor mit einem Double-PS-Scan Modul. Das Entfernungsbild entsteht durch 2-dimensionales Rastern des Raumwinkels und Messen in jede Rasterrichtung. Der 3D KEM PS Sensor liefert seine Entfernungsbilder über seine Schnittstelle. Die Messung mit großer messtechnischer Flexibilität jedoch ohne spezielle Anwendungssoftware zur Auswertung der gemessenen Entfernungsbilder.

Die 3D KEM PS Sensoren eignen sich ebenfalls besonders als 3D-Hindernis-Warnsensoren in Fällen, in denen Arbeitsbereiche als Volumina abgesichert werden müssen.

Beispiel rechts: Absicherung des Arbeitsbereiches eines Roboters. Der Sicherheitsbereich ist vom Boden angehoben und rot eingezeichnet. Gegenüber 2D-Sicherheitssensoren erhält man wesentlich mehr Flexibilität in der Gestaltung der Sicherheitszonen.

Die 3D KEM PS Sensoren eignen sich ebenfalls als 3D-Sicherheitssensoren in Fällen, in denen Volumina abgesichert werden müssen.

Beispiel rechts: Überwachung des Volumens unterhalb einer Kranbahn. Damit werden Kollisionen während des automatischen oder halbautomatischen Betriebs eines Kransystems vermieden.

3D KEM Sensoren

Die 3D KEM Sensoren bestehen aus einem 2D KEM Profiler mit nur einem PS Scan Modul in Kombination mit einem sehr breiten Laser/Empfänger-Array. Das Entfernungsbild ist ein Array von Entfernungsprofilen. Der 3D KEM Sensor liefert die Entfernungsbilder über seine Schnittstelle mit großer messtechnischer Flexibilität jedoch ohne spezielle Anwendungssoftware zur Auswertung der gemessenen Entfernungsbilder.

3D KEM Traffic Sensor

3D KEM Sensoren sind wegen ihrer hohen Messrate und großen Reichweite bestens als Verkehrsüberwachungssensoren geeignet.

Der 3D KEM Traffic Sensor ist ein 3D KEM Sensor, der mit einer Software zur Fahrzeugdetektion, Fahrzeug-Typ-Identifikation und Fahrzeugzählung ausgerüstet ist. Der relativ niedrige Preis könnte ihn für Ampelautomatisierung interessant machen.

3D Vermessungssysteme

3D Vermessungssysteme bestehen immer aus einer Entfernungsmesseinheit und einer mehr oder weniger komplexen Ablenk- oder Scaneinrichtung. Es gibt viele Möglichkeiten, die Strahlablenkung zu realisieren. Dazu gehören Drehtische, Polygonscanner, motorisierte Theodolitkonfiguration und bewegte Trägerfahrzeuge.

Die Kombination aus einem 2D-KEM-Sensor und einer Ablenkeinrichtung ermöglicht die Realisierung von Messsystemen für moderne Vermessungsanforderungen weil durch die KEM Technologie mit ihren 2D-Micro-Scan-Pattern die Messgeschwindigkeit gegenüber vorhandenen Messystemen stark heraufgesetzt werden kann.

Im folgenden werden einige geplante 3D Vermessungssystem Prototypen dargestellt:

Mobile Mapping Systeme

Ein Mobiles Mapping System zur Stadtvermessung besteht aus einem 2D KEM XY Sensor mit einem Scan Modul auf einem Trägerfahrzeug.

Reichweite: 200 m
4 Laser Array; 16 Receiver Array
Vertikale Winkelauflösung: 0,2 mrad
Scanwinkel: > 90°
Range Pixel im Profil: 7855
Entfernungsprofil Rate: 31 Hz
Messgeschwindigkeit: 240.000/s
Fahrgeschwindigkeit: 4,4 km/h
Range Pixel Dichte: 625/m² @ 200 m

Eine andere Konfiguration eines Mobilen Mapping Systems zur Stadtvermessung besteht aus einem 2D KEM XY Sensor mit einem Scan Modul auf einem Drehtisch.

Reichweite: 200 m
4 Laser Array; 16 Receiver Array
Vertikale Winkelauflösung: 0,2 mrad
Scanwinkel: > 90°
Entfernungsprofil Rate: 31 Hz
Range Pixel im Profil: 7855
Messgeschwindigkeit: 240.000/s
Drehgeschwindigkeit: 6,2 mrad/s @ 0,2 mrad
Horizontal Auflösung: 0,2 mrad
Horizontale Drehgeschwindigkeit: 6 mrad/s
Range Pixel Dichte: 625/m² @ 200 m

In beiden Mobilen Mapping Systemen kann die laterale Auflösung um den Faktor 4 herab gesetzt werden. Dadurch erhöht sich die Entfernungsprofilrate um den Faktor 4. Beide Konfigurationen des Mobilen Mapping Systems können zu einem System kombiniert werden, indem der 3D KEM Sensor auf einem Drehtisch und die Kombination auf einem Fahrzeug montiert wird .

Ground Mapping System

Ground Mapping System bestehend aus einem 2D KEM XY Sensor mit einem PS Scan Modul. Sie werden an einem Flugzeug mit vertikaler Messrichtung montiert.

Höhe: Bis zu 400 m @ 20% Bodenreflektivität
Scanwinkel: 90°
Pixeldichte: 25 Pixel/m2 @ 400 m, in Lotrichtung
Messgeschwindigkeit: 250.000 Hz
Fluggeschwindigkeit: 70 km/h*)

)* Die laterale Auflösung kann ebenfalls um den Faktor 4 herab gesetzt werden. Dadurch erhöht sich die mögliche Fluggeschwindigkeit um den Faktor 4 auf 275 km/h.