Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
Das Underwater LiDAR System (ULi) basiert auf dem Prinzip der gepulsten Laufzeitmessung (Time-of-flight, ToF) und ist für 3D-Inspektionsaufgaben mit hohen Anforderungen an die Genauigkeit ausgelegt. Das Unterwasser-LiDAR-System erfasst selbst kleinste geometrische Details über Entfernungen von mehreren Dutzend Metern und ermöglicht so eine genaue Dokumentation und Zustandsbewertung von Infrasturkturobjekten unter Wasser. Mit einer Genauigkeit im Millimeterbereich bietet das ULi-System eine deutlich höhere räumliche Auflösung als herkömmliche sonarbasierte Systeme. Dadurch eignet es sich hervorragend für detaillierte Inspektionen, die Zustandsüberwachung und Maßhaltigkeitsanalysen.
Neben der Messtechnik-Hardware umfasst das System Algorithmen zur effizienten Datenverarbeitung und -auswertung.
Effiziente statische und dynamische Abtastung großer Flächen
Der ULi-Sensor kann statisch oder auf Unterwasserfahrzeugen, z. B. ROVs, oder Schiffen betrieben werden. Zwei rotierende Keilprismen projizieren einen Laserstrahl auf die Umgebung und erfassen das rückgestreute Licht. Die Messung der Entfernung vom Scanner zum Objekt erfolgt auf Basis der gepulsten ToF-Technologie zum Einsatz. Die genaue Position jedes Messpunkts wird aus dem gemessenen Entfernungswert und dem Winkel der Abtastprismen berechnet. Das zurückgestreute Signal wird vom Detektor in seiner vollständigen Wellenform aufgezeichnet. So können im Post-Processen tiefergehende Analysen durchgeführt werden.
Das System arbeitet mit Scanfrequenzen im Bereich von 2 × 25 Hz bei einer Abtastrate von bis zu 100.000 Punkten pro Sekunde und einem Abtastwinkel von bis zu 44° im Wasser. Die rotierenden Prismen ermöglichen die Erfassung des gesamten Sichtfelds, ohne den Sensor zu bewegen. Die Form des Sichtfelds kann linear, kreisförmig oder planar sein und lässt sich dynamisch an die jeweilige Anwendung anpassen. Reichweite und Genauigkeit hängen stark von der Wasserqualität ab. In klarem Wasser ist ein Abtastbereich von mehreren Dutzend Metern und eine Genauigkeit im Submillimeterbereich möglich. In trübem Wasser liegt die Messreichweite beim Doppelten der Secchi-Tiefe.
Anpassung und Implementierung
Der ULi-Sensor kann passend zur jeweiligen Anwendung ausgelegt werden, indem der Öffnungswinkel des Scanners, die Messrate oder die Abtastrate angepasst werden. Auch Gehäusegröße und Tauchtiefe sind individuell konfigurierbar. Wir passen das System in enger Zusammenarbeit mit dem Endanwender für den stationären oder den mobilen Einsatz auf ROVs oder Schiffen an. Flexible Schnittstellen ermöglichen eine dabei anwendungsspezifische Auslegung und Integration.