Open

Deformationsvermessung mit Ringlaser-Vorrichtung

Version: 1.9

Datum: 31.10.2023

Einführung

Willkommen beim Modul WinCan LaserScan. Dieses Benutzerhandbuch gibt ihnen alle notwendigen Informationen zur Steuerung einer Inspektionskamera mit LaserScan-Vorrichtung über die Software WinCan VX.

WinCan LaserScan unterstützt eine fortlaufende Deformationsvermessungen mit Hilfe verschiedener Arten von Laserquellen:

• Ringlaser: Laserringe, die durch einen Flächen-Laser entstehen, welche rechtwinklig zur Rohrachse strahlen.

• MultiLaser: Ein Mehrpunkte-Lasersystem strahlt mit mehreren konzentrisch angeordneten Laserstrahlen Punkte auf die Rohrwand. Diese Strahlen sind in regelmässigen Uhrzeitwinkelabständen und mit gleichem Winkel zur Blickachse angeordnet.

Technologie

Das Prinzip bei allen unterstützen Lasersystemen ist ähnlich:

• Als Eingabe dient ein Videoclip der bei abgedunkeltem Hintergrund eine fortlaufende Projektion der Laserquelle auf die Rohrwand zeigt,. Für ein Video kann jeweils eine Start- und Endzeit gesetzt werden. Gegenwärtig werden folgende Videoformate unterstützt: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MPEG H.264 und DivX.

• Zur Bestimmung der Distanz ist zu jedem Video eine Zeit-Distanz-Datei notwendig.

• Alle Ausgabe wird z. B. alle 10cm 36 Radien zur Rohroberfläche gemessen und z. B. als Farb-Scan im ScanExplorer dargestellt.

Grundsätzlich kann jeder Laserstrahl, dessen Lage relativ zu Kamera bekannt ist, eingesetzt werden, um die Lage seines projizierten Punktes zu bestimmen.

Ringlaser

Bei einem Ringlaser handelt es sich um einen Flächenlaser, der von einem Laserstab vor der Kamera ausgeht. Ist der Laserstab parallel zur Rohrachse, so liegt die Laserebene rechtwinklig zum Rohr und projiziert somit in einem runden Rohr einen Kreis, der über die Kamera sichtbar wird.

Die fortlaufende Veränderung des Querschnittsrings kann mit der Kamera gefilmt werden und über den bekannten Blickwinkel der Kamera kann das LaserScan Modul das Querschnittsprofil einer ganzen Röhre erstellen:

Open

Fahrwagen mit Laserstab und Kamerabild mit Laserring (rechts)

Mehrpunktelaser (Multi-Laser)

Das MultiLaser-System besteht aus mehreren Laserquellen, die hinter der Linse angeordnet sind und mehrere Punkte ins Sichtfeld projizieren. Die Laserstrahlen müssen in bekannten Uhrzeitabständen mit jeweils gleichem Winkel zur Blickachse angeordnet sein. Das LaserScan Modul berechnet anschliessend durch Interpolation eine Kreislinie auf der Grundlage der projizierten Laserpunkte.

Die nachfolgende Darstellung zeigt ein Multi-Laser-System mit 7 Laserpunkten (links) als Teil einer DigiSewer-Anlage und die Berechnung der durch diese Punkte verlaufenden Kreislinie.

Installation und Voraussetzungen

Das Modul WinCan LaserScan wird mit dem WinCanSETUP automatisch mitinstalliert. Kontrollieren Sie anschliessend, ob der unten markierte Lizenzslot aktiviert ist, damit Sie die LaserScan Applikation starten können:

LaserScan Applikation starten

Die WinCan LaserScan-Applikation lässt sich auf zwei Arten aufrufen:

1.) Starten Sie WinCanVX und doppelklicken Sie in der ersten Beobachtungszeile auf den grauen Punkt in der Spalte Laser. Dadurch öffnet sich die LaserScan-Applikation und lädt den vorhandenen Videoclip als Grundlage für die Deformationsvermessung. In der Spalte Laser erscheint dann das Scansymbol:

2.) Starten Sie das Modul WinCan LaserScan direkt im Stand-Alone Modus über das START-Menü:

Ringlaser

Achten Sie beim Arbeiten mit lasergestützten Anlagen zwingend darauf, dass Sie niemals direkt in die Laserstrahlen schauen. Auch wenn der Laser nur eine schwache Leistung hat, kann eine allzu lange Bestrahlung der Netzhaut Ihre Augen dauerhaft beeinträchtigen!

Folgen Sie grundsätzlich den Anleitungen und Sicherheitshinweisen des Kameraherstellers.

Aufnahme eines Ringlaser-Videoclips

Stellen das Aufnahmeformat auf MPEG2 oder MPEG4 und befahren Sie das Rohr während der Aufnahme mit konstanter und geringer Geschwindigkeit. Achten Sie vor allem auf folgende Punkte:

• Streulicht: Grundsätzlich muss der Laserring die hellsten Pixel im Videobild enthalten. Deshalb ist es unbedingt notwendig, dass die Videoaufnahme im Bereich der Laservermessung KEINE zusätzlichen Lichtquellen (Streulicht, Lichtreflexionen etc.) aufweist:

• Keine Dateneinblendungen innerhalb der oder nahe an der Kreislinie: Da der Laserring die hellsten Punkte enthalten muss, dürfen keine zusätzlichen Dateneinblendungen eingeschaltet sein.

• Blickrichtung entlang Rohrachse: Achten Sie darauf, dass jegliche Dreh- und Schwenkbewegungen des Kamerakopfes blockiert sind und die Kamera in der Mitte des Rohres entlang der Rohrachse blickt.

• Laserring im Verhältnis zur Bildhöhe: Der Laserring auf dem Videobild muss circa 75% der Bildhöhe abdecken und sich so gut wie möglich in der Bildmitte befindet:

• Autofokus und automatische Blende abschalten: Schalten Sie wenn möglich den Autofokus und die automatische Blende aus. Öffnen Sie die Blende nur so weit, dass der Ring klar sichtbar ist. Der Rest des Rohres soll dunkel bleiben.

• Wasserspiegel: ergreifen Sie wenn nötig und möglich temporäre Wasserrückhaltemassnahmen, damit Sie den Rohrsohlenbereich ebenfalls scannen können.

• Videosequenz mit Kalibrierstab:

Ringlaser-Kalibrierung

Die Kalibration des Ring-Laser-Videos wird als erster Schritt der Nachbearbeitung im Büro gemacht. Diese Einstellungen sind wichtig für eine korrekte Vermessung des Laser-Rings. Sie berücksichtigen insbesondere den eingestellten Zoomstand und die Verzerrung des Objektivs.

Der Zweck der Kalibrierung besteht darin, den auf dem Kalibrierstab eingezeichneten Durchmesserwerten, die entsprechende Anzahl Pixel auf dem Videobild zuzuweisen.

1.) Starten Sie die LaserScan-Applikation in WinCan mit einem Doppelklick auf das Scan-Symbol in der ersten Beobachtungszeile in der Spalte Laser. Auf diese Weise werden die Videodatei auf derselben Zeile und die Haltungsdaten an die Laser-Scan-Applikation übergeben.

2.) Wählen Sie den Videotyp Ringlaser-Video aus.

3.) Der Videoclip wird geladen und zeigt das erste Bild an.

4.) Positionieren Sie das Video mit dem Schieberegler am unteren Rand des Fensters an die Stelle, wo der Kalibrierstab horizontal im Bild erscheint:

5.) Öffnen Sie den Einstellungsdialog für die Kalibrierung mit der Schaltfläche Kalibrierung im Hauptfenster:

6.) Der Befehl Setzen durch Mausklicks ermöglicht Ihnen zudem eine benutzerfreundliche Art der Durchmesserkalibrierung über das nachfolgende Dialogfenster: Klicken Sie mit der Maus genau auf die grün eingekreisten Punkte auf dem eingeblendeten Kalibrierstab. Ignorieren Sie dabei die rot markierten Punkte (kleiner als 200 mm und grösser als 600 mm). Diese werden automatisch durch Interpolation berechnet, lassen sich jedoch nachträglich manuell anpassen.

7.) Bestätigen Sie den Vorgang über die grüne OK-Schaltfläche. Danach werden die entsprechenden Kalibrierkreise im Videobild eingeblendet. Allfällige Feineinstellung für die jeweiligen Durchmesser können Sie über die Wertefelder vornehmen.

8.) Aktivieren oder deaktivieren Sie einzelne Durchmesserwerte über die entsprechenden Kontrollkästchen. Der 200mm-Wert lässt sich nicht deaktivieren, weil er auf jedem Massstab erkennbar sein muss. Achten Sie darauf, dass nur die sichtbaren und korrekt eingestellten Durchmesser aktiviert sind.

9.) Da die Pixel von analogem Video nicht quadratisch sind, erscheinen die gelben Durchmesser nicht kreisförmig, sondern eiförmig. Die horizontale Verzerrung wird im Normalfall aus der Videodatei ermittelt. Sie können diese anhand der Aufnahme des vertikalen Kalibrierstabs überprüfen.

Auf dem unten abgebildeten Kalibrierstab sind die Durchmesser 200mm, 300mm, 400mm, 500mm und 600mm zu erkennen:

Abbildung 1: Kalibrationsmassstab links ungefähr horizontal und rechts ungefähr vertikal. Im linken Bild erkennen Sie deutlich die Objektivverzerrung, weil die 50mm breiten Abstände immer kleiner werden.

Kalibrierwerte verwalten

Eine Kalibrierung bezieht sich auf den Zoomfaktor des Objektives und die Distanz zum Kalibriermasstab (Distanz zur Ringlaserebene). Weil für einen bestimmten Rohrdurchmesser diese Einstellungen immer gleich sein werden, können Sie die dazu gehörige Kalibrierung abspeichern und später neu laden:

Ringlaser-Scan erstellen

Nach der Kalibrierung können wir einen Scan erstellen. Die LaserScan-Applikation wird dazu das Video zwischen einer Start- und Endposition schrittweise durch das Video gehen und in jedem Schritt mit Bildverarbeitung den Laser-Ring aus dem Videobild extrahieren und daraus den Querschnitt berechnen.

Start- und Endposition festlegen

Als erster Schritt wollen wir den Bereich des Videos festlegen, in dem die Ringvermessung durchgeführt werden soll. Die Bereiche im Video davor (Einfahrt ins Rohr) sowie danach (Entnahme der Kamera und Aufzeichnung des Kalibriermassstabs) sollen nicht vermessen werden.

• Achten Sie darauf, dass Sie sowohl zur Start- als auch zur Endzeit eine gültige Distanz angezeigt wird. Ohne eine gültige Distanz werden Sie keinen Scan erstellen können. Diese Distanzinformation bezieht das Programm aus der Zeit-Distanz-Datei. Diese Textdatei (*.txt) wird automatisch erstellte, sobald Sie eine Aufnahme im MPEG-Format starten.

• Positionieren Sie das Video mit dem horizontalen Schieberegler am unteren Rand des Fensters auf den Anfang des Scan-Bereichs und klicken Sie danach auf den Knopf Startzeit.

• Positionieren Sie das Video auf das Ende des Scan-Bereichs und klicken Sie danach auf den Knopf Endzeit.

Standardmässig steht die Startzeit auf 0 Sek. und die Endzeit ist gleich der Dauer des Videos. Weil zu dieser Endzeit keine gültige Distanz ermittelt werden kann, steht in der Klammer hinter der Endzeit (-). Dadurch entsteht ebenfalls eine ungültige Scan-Distanz und der Start Scan-Schaltfläche bleibt deaktiviert. Neben der Start Scan Schaltfläche steht die aktuelle Videozeit und die entsprechende Distanz.

Bei einer gültigen Start- und Enddistanz wird ebenfalls eine Scan-Distanz angezeigt. Im obigen Beispiel ist sie negativ, weil in Rückwärtsfahrt gescannt wird und dabei die Distanz abnimmt.

Scan starten

Mit einem Klick auf Start Scan wird ein Scan zwischen Start- und Endzeit erstellt. Dabei wird in regelmässigen Distanzschritten n Radien zum Laserring berechnet und abgespeichert. Ist die Option Scan in umgekehrter Richtung ausgewählt, so wird der Videoclips in Rückwärtsfahrt gescannt.

Zeit-Distanz-Information

Wie bereits erwähnt, spielt die Zeit-Distanz-Information, welche während der Videoaufzeichnung von WinCan erstellt wird, eine wichtige Rolle bei der Scan-Erstellung. Die Zeit-Distanz-Informationen stehen in der Zeit-Distanz-Datei die denselben Namen wie die Videodatei haben muss aber mit der Dateiendung *.txt.

Im unten stehenden Diagramm sehen Sie die Zeit-Distanz-Werte eines Videoclips, der sowohl die Vorwärtsfahrt mit zunehmenden Distanzwerten, als auch die Rückwärtsfahrt mit abnehmenden Distanzwerten enthält.

Anhand des Diagramms ist erkennbar, dass zu einer bestimmten Zeit immer genau eine Distanz zugewiesen werden kann. Umgekehrt ist es nicht eindeutig. Für die meisten Distanzen finden wir zwei Zeiten, nämlich eine während der Vorwärtsfahrt und eine während der Rückwärtsfahrt.

Weil bei der Scan-Erstellung von der Distanz ausgehend das entsprechende Bild aus der Videodatei geholt wird, muss der gesamte Scan-Bereich entweder kontinuierlich zunehmende (bei Vorwärtsfahrt) oder abnehmende Distanzwerte (bei Rückwärtsfahrt) aufweisen:

Sie können den Scan erst starten, wenn Sie sich für einen der beiden Bereiche entschieden haben. Achten Sie darauf, dass Sie in diesem Bereich mit einer gleichmässigen Geschwindigkeit fahren.

Einstellungen für Ringlaser-Scans

Über die Schaltfläche Scan Einstellungen öffnen Sie den Einstellungsdialog mit den zwei Bereichen Scan-Eigenschaften und Bildfilter. Wenn Sie mit dem Cursor in ein numerisches Feld klicken, können Sie dessen Wert mit dem Maus-Rad oder kleinen Tasten neben dem Eingabefeld verändern:

• Scan-Schrittdistanz (cm): Schrittweite in cm zwischen zwei Querschnittsmessungen.

• Punkte auf Kreis: Anzahl der Radiuspunkte, die auf dem Laserring gesucht werden. Die Punkte werden gleichmässig auf 360° verteilt.

• Entlang von Strahlen wird nun jeweils der hellste Punkt gesucht. Diese Suchstrahlen beginnen bei einem minimalen Suchradius und enden bei einem maximalen Suchradius.

• Mit dem Feld Ignorier-Zeit/Winkel 1-3 können Sie drei Winkelbereiche festlegen, in denen der Laser-Ring nicht gesucht wird. Dies kann z.B. bei störenden Reflexionen auf dem Wasser sinnvoll sein.

• Verarbeitungsbild zeigen: Mit dieser Option wird das Bild angezeigt, indem der Laser-Ring gesucht wird. Dieses sollte man einblenden, um den Radius der Suchstrahlen einzustellen.

• Negativbild zeigen: Mit dieser Option wird das Negativbild angezeigt.

• Info in Bild schreiben: schreibt die berechneten Durchmesser und die Ovalität ins Bild.

• Grafiken ins Bild zu zeichnen: zeichnet die detektierten Punkte auf dem Laserring ins Bild.

Bildfilter

Die Bildfiltereinstellungen sind entscheidend, um den Laserring korrekt zu finden. Das farbige Videobild wird folgenden Verarbeitungsschritten unterzogen:

• Mit der Einstellung Kontrast wird der Kontrast verstärkt (ein Wert > 1.0) oder verringert (ein Wert < 1.0). Standardwert ist 1.0.

• Mit diesem Wert kann die Helligkeit erhöht oder verringert werden. Standardwert ist 0 (= keine Helligkeitskorrektur).

Das farbige Bild wird in ein Graustufenbild umgewandelt mit einem Grauwert von 0 (Schwarz) bis 255 (Weiss). Es gibt zwei Typen von Schwellwerten:

• Rot-Schwellwert: Ist diese Option gewählt, so dient der Rotgehalt als Schwellwert. Dieser Schwellwert macht nur Sinn, wenn der Laser-Ring durch seine rote Farbe von der Rohrwand unterscheidet. In einem roten PVC-Rohr macht dieser Schwellwert keinen Sinn.

• Grau-Schwellwert: Bei dieser Option dient die Helligkeit als Schwellenwert (Bsp. rote PVC-Rohre).

• Automatisch in %: Berechnung des Grau-Schwellwert aufgrund des angegebenen Prozentwertes (Bsp. 3.5%): 3.5% der hellsten Pixel bleiben grau, die übrigen Pixel (96.5%) erscheinen schwarz. Diese Option ist automatisch aktiviert.

Bildzuschnitt

Mit den Feldern in der Gruppe Bildzuschnitt können Sie störende Bereiche an den Rändern löschen.

Laserring-Abtastung mit eingeblendeten Kalibrierkreisen. Links mit in Originaldarstellung mit eingeblendeten Daten und detektierten Ringpunkten. Rechts dasselbe als Negativbild, das sich besser für den Druckbericht eignet. Die beiden geraden Linien stellen den minimalen und maximalen Durchmesser dar.

Im Verarbeitungsbild der Laserring-Abtastung sind die Suchstrahlen gut zu erkennen.

Ausgabe von Laserscan-Daten

After the scan of the ring laser video has finished the time-distance file provides all values of the calculated radii in the header part:

The WinCan LaserScan module is going to use these data to visualize the pipe deformation with the ScanExplorer and to draw the deformation graphics on three separate report pages.

The scan data are copied into a separate folder that gets the same name as the video file.

Farbliche Abstufung der Deformation

Im Unterschied zu einem normalen Rohrscan, bei welchem die innere Rohrabwicklung als Farbbild dargestellt wird, wird bei Deformationsscans für jeden Radius ein Grauwert abgespeichert. Der kleinste Radius im Rohr wird darin Schwarz und der grösste Radius wird Weiss. Dazwischen liegen max. 256 verschieden Graustufen. Um die Abweichungen vom durchschnittlichen Radius besser sichtbar zu machen, können diese 256 Graustufen mit einer einstellbaren Farbpalette (Menu: Anzeige > Farbpalette für Radius-Scans) angezeigt werden.

Das obige Dialogfenster zeigt die Einstellungsmöglichkeiten der Farbpalette des WinCan ScanExplorer mit einem Ovalitätsbereich zwischen -15 und +15%.

Verschieben Sie die farbigen Dreiecke mit der linken Maustaste. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf ein Dreieck, um dessen Farbe zu ändern. Ein Rechtsklick zwischen zwei Dreiecken fügt ein neues Farbdreieck hinzu. Ein Rechtsklick auf einem bestehenden Farbdreieck bei gleichzeitig gedrückter CTRL-Taste löscht das Farbdreieck.

Die obige Abbildung zeigt einen Deformationsscan im WinCan ScanExplorer. Zu jeder Querschnittmessung wird ein Frontansichtsbild aus dem Video gespeichert.

Zusätzlich werden in den Statuszeilen aller Fenster der gemessene Radius und die Ovalität in % angezeigt.

Deformationsbericht

Als drittes Resultat können Sie einen Deformationsbericht erstellen mit dem Menübefehl Datei > Deformationsbericht drucken. Der Bericht besteht aus zwei Teilen:

Im ersten Bericht wird der Ovalitätsverlauf über die gesamte Länge dargestellt. Für jeden Bereich, wo die Ovalität die erlaubte Limite überschreitet, wird ein Foto angezeigt. Sie können auswählen, ob nur ein Foto bei der maximalen Ovalität oder von jeder Erhöhung angezeigt werden soll. Die Ovalität in % ist gemäss Standard ASTM F1216-09 wie folgt definiert:

Ovalität = (InnenDM MAX – InnenDM MEDIUM) / InnenDM MEDIUM * 100 [%]

Wobei der mittlere Innendurchmesser wie folgt berechnet wird:

InnenDM MEDIUM = (InnenDM MAX + InnenDM MIN)/2 [mm]

Der Grenzwert der maximal erlaubten Ovalität sowie alle im Berichtskopf erscheinenden Daten werden beim Start von WinCan in die INI-Datei der LaserScan-Applikation geschrieben.

Der 90%-Fraktilwert entspricht dem Ovalitätswert an derjenigen Stelle, wo nach dem Durchlauf von 90% einer aufsteigend sortierten Liste mit Ovalitätswerten gestoppt wird.

Bericht zum Verlauf des Mediandurchmessers

Der zweite Bericht zeigt den Radius-Scan an, so wie er auch im ScanExplorer erscheint. Sie können auch hier die Farbpalette ändern, anhand derer die Deformation visualisiert werden.

Unterhalb des jeweiligen SideScan-Ausschnitts wird der Verlauf des Mediandurchmessers über die gesamte Inspektionslänge dargestellt: bei einem Medianwert handelt es sich um denjenigen Wert, der sich in der Mitte einer sortierten Werteliste befindet:

Mediandurchmesser (Mittiger Durchmesser):
95, 98, 100, 102, 150 -> 100

Mittlerer Durchmesser:
95, 98, 100, 102, 200 -> 119

Im Gegensatz zum Mittelwert vermindert der Medianwert die Wirkung von Spitzenwerten («Ausreissern») auf ein Messresultat.

Die Grenzwerte für den maximalen und minimalen Durchmesser werden beim Start von WinCan in der INI-Datei der LaserScan-Applikation geschrieben.

Kapaziätsbericht

Der dritte Bericht zeigt ebenfalls den Radius-Scan an, wie er auch im ScanExplorer erscheint.

Unterhalb des SideScan-Ausschnitts wird der Verlauf der Kapazität in % der erwarteten Kapazität über die gesamte Inspektionslänge grafisch dargestellt. Die Kapazität entspricht dabei der Querschnittsfläche des Rohrs an einer gegebenen Stelle.

The lower and upper allowed limit of the capacity is passed by WinCan in the INI-file.

3D-Ansicht

Mit einem Klick auf die Schaltfläche 3D oder über den Menübefehl Datei > 3D-Fenster im LaserScan-Dialog können Sie sich die Deformationsmessung in der 3D-Ansicht betrachten.

Das 3D-Fenster stellt Ihnen folgende Möglichkeiten zur Verfügung:

• Rotieren der Ansicht mit gedrückter mittlerer Maustaste oder Mausrad.

• Verschieben der Ansicht mit CTRL und gedrückter mittlerer Maustaste.

• Zoomen der Ansicht mit UMSCHALT und gedrückter mittlerer Maustaste oder über das Mausrad.

• Ändern der Farbpalette über die entsprechende Symbolschaltfläche

• Ein-/Ausschalten des Oberflächenrasters sowie des Schattens unterhalb der Röhre.

• Exportieren der 3D-Daten als DXF- oder DWG-Datei (lesbar mit AutoCad).

Scan Daten in Excel

Über die Schaltfläche Excel Export oder dem Menübefehl Datei > Scan-Daten in Excel öffnen können Sie alternativ die Daten in Microsoft Excel oder OpenOffice Calc öffnen. Während des Scan-Vorgangs wird eine CSV-Datei (Comma Separated Values) mit demselben Namen wie die Videodatei geschrieben.

Wenn Sie die Daten oder das Format in Excel abändern, dann sollten Sie die Datei als xls oder xlsx-Datei speichern, damit die Formatierungen erhalten bleiben.

Messgenauigkeit

Die Genauigkeit einer Deformationsvermessung wird von folgenden Parametern bestimmt:

• Auflösung des Videobilds

• Korrekte Kalibrierung

• Innerer Rohrdurchmesser

• Durchmesser des Laserrings im Verhältnis zur Bildhöhe

Die Genauigkeit sagt aus, um wie viele mm sich der Rohrdurchmesser ändert, wenn der Laserringdurchmesser auf dem Videobild sich um ein Pixel verändert.

Unter der Bedingung, dass die Kalibrierung korrekt bestimmt und das Zentrum des Laserrings erfasst werden konnte, berechnet sich die Genauigkeit wie folgt:

Genauigkeit = InnererRohrDM [mm] / RohrDM im Bild [pixel]

Auf der Grundlage eines Beispielbildes eines 300 mm-Rohres von einem MPEG1 Videoclip (Auflösung: 320 x 288) berechnet sich die Genauigkeit wie folgt:

Genauigkeit = 300 mm / 222 pixels = 1.35135 mm / pixel

Daraus lässt sich wiederum die Fehlerabweichung für Durchmesserwerte von 300mm berechnen:

Fehlerabweichung = (1.35135 / 300) * 100) = 0.45%

Figure 4: The zoom angle produces a laser ring diameter of 222 pixels which corresponds to 77% of the image height.

Je grösser also der Laserring im Bild erscheint, umso höher ist die Messgenauigkeit. Der Laserring sollte etwa 75% der Bildhöhe ausmachen.

Würde man dasselbe Rohr mit MPEG2 aufzeichnen (Auflösung: 720 x 576 (PAL)), ergäbe sich eine doppelt so hohe Genauigkeit:

Genauigkeit = 300 mm / 444 pixels = 0.6757 mm / pixel

Daraus lässt sich wiederum die Fehlerabweichung für Durchmesserwerte von 300mm berechnen:

Fehlerabweichung = (0.6757 / 300) * 100 = 0.23%

Mehrpunktelaser (MultiLaser)

Für die Querschnittsbestimmung werden beim Multi-Laser-System mehrere Laserpunkte gesucht. Die Laser sind in regelmässigen Winkelabständen um die Blickrichtungsachse angeordnet (z. B. beim DigiSewer-System in 45° bei 12, 1.5, 3, 4.5, 7.5, 9 und 10.5 Uhr).

Die Laserpunkte werden nur innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs (zwischen den grünen Linien) gesucht. Zusätzlich kann ein Bereich (im Bild zwischen den hellblau gestrichelten Linien) um 6 Uhr unterdrückt werden.

MultiLaser-Video aufnehmen

Folgen Sie grundsätzliche der Anleitung des Kameraherstellers. Nachfolgend einige grundsätzliche Tipps:

• Achtung Laser: Achten Sie darauf, dass Sie NIE direkt in die Laserstrahlen schauen. Auch wenn die Laser nur eine schwache Leistung haben, so ist eine zu lange Bestrahlung der Netzhaut eine Gefahr für Ihre Gesundheit!

• Zu Beginn des Videos kurz das Licht einschalten: Damit die Lage des Sichtkreises innerhalb des Videos überprüft werden kann, muss im Video kurz der gesamte Sichtkreis bei eingeschalteter Beleuchtung sichtbar sein.

• Während des Laser-Scans KEIN zusätzliches Licht: Grundsätzlich müssen die Laserpunkte die hellsten Pixel im Videobild sein. Deshalb ist es unbedingt notwendig, dass die Videoaufnahme OHNE zusätzliche Beleuchtung erstellt wird.

• KEINE Dateneinblendungen innerhalb des Sichtkreises: Da die Laserpunkte die hellsten Punkte innerhalb des Sichtkreises sein müssen, dürfen keine zusätzlichen Dateneinblendungen eingeschaltet sein. Einblendungen in den Ecken des Videobildes sind jedoch erlaubt.

• Blickrichtung entlang Rohrachse: Achten Sie darauf, dass jegliche Dreh- und Schwenkbewegungen des Kamerakopfes rückgängig gemacht sind und die Kamera in der Mitte des Rohres entlang der Rohrachse blickt.

• Grosses Videoformat: Wählen Sie ein grosses Videoformat aus, z. B. MPEG-2 mit 576 Zeilen. Je grösser das Videobild, umso grösser die Messpräzision.

• Konstante Geschwindigkeit: Im Bereich, wo die Laservermessung durchgeführt wird, sollte mit einer konstanten Geschwindigkeit gefahren werden. Unregelmässige Fahrgeschwindigkeit ergeben ungenaue Distanzmessungen.

MultiLaser Scan erstellen

Starten Sie die WinCan LaserScan-Applikation, indem Sie in der ersten Beobachtungszeile doppelt auf den grauen Punkt in der Spalte Laser klicken und anschliessend den Videotyp MultiLaser-Video auswählen.

1. Das Video wird geladen und zeigt das erste Bild an.

2. Positionieren Sie das Video mit dem horizontalen Schieberegler am unteren Rand des Fensters auf den Anfang des Scan-Bereichs und klicken Sie danach auf den Knopf Startzeit. Mit dem Knopf Zeiten zurücks. können Sie die Startzeit wieder auf 0 setzen.

3. Positionieren Sie das Video auf das Ende des Scan-Bereichs und klicken Sie danach auf den Knopf Endzeit. Mit dem Knopf Zeiten zurücks. können Sie die Endzeit wieder auf das Ende des Videos setzen.

4. Mit dem Knopf Video starten wird das Video in normaler Geschwindigkeit zwischen Start- und Endzeit abgespielt.

5. Der Befehl Start Scan erstellt einen Scan zwischen Start- und Endzeit. Dabei werden in regelmässigen Distanzschritten N Radien zu den Laserpunkten berechnet und abgespeichert. Ist die Option Scan in umgekehrter Richtung ausgewählt, so wird das Video im Rückwärtsgang gescannt. Sie können den Scan erst starten, wenn die Distanz zwischen Start- und Endzeit kontinuierlich ab- oder zunimmt. Wenn das Video sowohl die Einfahrt als auch die Rückfahrt enthält, so können Sie nur einen Scan von der Einfahrt oder von der Rückfahrt erstellen.

Die Abbildung zeigt einen WinCan LaserScan, basierend auf einem über ein MultiLaser-System aufgenommenen Videoclip: Das Bild oben links zeigt das aktuelle Bild des Videos (hier zur Darstellung etwas aufgehellt). Das Schwarz-Weiss-Bild unten links zeigt das Bild nach der Verarbeitung (Abtasten der Radien). Das grosse Bild rechts zeigt das Videobild mit den eingezeichneten Positionen der gemessenen Radien. Aus den Radien werden der Durchmesser und die Ovalität berechnet.

Zeit-Distanz-Information

Analog zu einem Ringlaser-Videoclip benötigt ein MultiLaser-Videoclip ebenfalls eine Zeit-Distanz-Datei.

Einstellungen für MultiLaser-Scans

Zuerst nehmen wir die Einstellungen vor, die für ein Multi-Laser-System im Prinzip nur einmal gemacht werden müssen. Wählen Sie den Expertenmodus aus und öffnen Sie den Scan-Einstellungsdialog:

Die Felder, die nur im Expertenmodus eingestellt werden können, sind grün hinterlegt. Es sind Einstellungen für die Konfiguration der Linse und der Laser. Sie können die einzelnen Werte am einfachsten ändern, wenn Sie den Cursor im jeweiligen Feld platzieren und den Wert mit dem Maus-Rad verändern oder die kleinen Tasten neben dem Eingabefeld drücken.

Die ersten vier Parameter betreffen die Position und Grösse des Sichtkreises. Schalten Sie die Lichtquelle ein und legen Sie den gelben Kreis genau über den Rand des Sichtkreises. Kontrollieren Sie regelmässig, ob die gelbe Kreislinie den Sichtkreis genau umschliesst. Der Sichtkreis der Fischaugenlinse erscheint aufgrund der Wiedergabe durch die Videokarte leicht oval. Die genaue Platzierung des gelben Kreises misst diese Verzerrung.

Die nächsten Einstellungen betreffen die Laser- und Linseneinstellungen:

• Anzahl Laser: Anzahl der Laser pro 360°

• Laser-Winkel: Winkel zwischen den Lasern und der Blickachse. Dieser Winkel muss für alle Laser konstant und gleich sein, da er während der Produktion festgelegt wird. Sie können diesen Winkel leicht korrigieren (±0.5°), um die Messpräzision zu erhöhen.

• Laser-Offset: Distanz in mm zw. dem Kreuzungspunkt Laser-Blickachse und der Linse.

• Laser-Rotation: Drehungswinkel zwischen 12 Uhr und dem ersten Laserstrahl nach 12 Uhr. Ist ein Laser bei 12 Uhr, so ist dieser Wert auf Null.

• Linsenkalibrierungs-Parameter X3, X2, X und C: Diese Werte beschreiben die Bildverzerrung durch die Fischauglinse und lassen sich nur über die INI-Datei setzen:
  C:\Benutzer\Öffentlich\Dokumente\CDLAB\LaserScan\ini\LaserScan.ini

Für die uns bekannten Systeme (DigiSewer3 und RPP) können Sie folgende Werte verwenden:

Veränderbare Scan-Einstellungen

Die folgende Scan-Eigenschaften können von Scan zu Scan variieren:

• Scan-Schrittdistanz (cm): Schrittweite in cm zwischen zwei Querschnittsmessungen.

• Anzahl Radien auf 360°: Anzahl der zwischen die 7 Punkte interpolierten Radien (rote Punkte im oberen Bild).

• Schnitt-Stunde (h): Uhrzeitstunde, bei der die Radienmessung beginnt. Die Abwicklungsrichtung ist immer im Gegenuhrzeigersinn.

• Achsentoleranz (+/-°): Toleranzbereich in Grad um die Laserachsen.

• Kamerarotation (°): Der Kamerakopf kann bei den meisten Systemen rotiert werden und manchmal nicht ganz perfekt ausgerichtet sein, sodass alle Laserpunkte eine leichte Verdrehung aufweisen können. Die mittlere Rotation aller Laserpunkte zu den gelben Sollwinkeln wird im Bild als letzter Parameter angezeigt. Für eine gute Detektion sollte die Rotation so klein wie möglich sein.

• Finde Minimum: Damit wird der Korrekturwinkel gesucht, bei dem die Laserpunkte die minimalste Rotation aufweisen.

• Min. Radius (%): Minimal erlaubter Suchradius in Prozent.

• Max. Radius (%): Maximal erlaubter Suchradius in Prozent.

• Ignorier-Winkel: Grösse des Bereichs, welcher um 6 Uhr ignoriert werden soll. In diesem Winkelbereich werden keine Laserpunkte gesucht. Es kann Sinn machen diesen Parameter von Scan zu Scan anzupassen, je nach dem, ob man reflektierendes Wasser bei 6 Uhr hat.

• Neuzentrierung der Kamera: Wenn die Kamera nicht exakt im Zentrum der Röhre war, werden die Radien korrigiert, als ob die Kamera im Zentrum fuhr. Der dabei berechnete Offset zur Rohrachse wird abgespeichert und vom ScanExplorer verwendet.

• Info in Bild schreiben: Option um die berechneten Durchmesser und die Ovalität ins Bild zu schreiben.

• Grafiken ins Bild zu zeichnen: Option um die detektierten Punkte auf dem Laserring ins Bild zu zeichnen.

Die Bildfiltereinstellungen sind entscheidend, um die Laserpunkte korrekt zu finden. Das farbige Videobild wird folgenden Verarbeitungsschritten unterzogen:

• Das farbige Bild wird in ein Graustufenbild umgewandelt mit einem Grauwert von 0 (Schwarz) bis 255 (Weiss).

• Der Kontrast wird erhöht.

• Die Helligkeit wird verringert.

• Verbleiben danach immer noch einzelne weisse Pixel, können diese durch einen Medianfilter entfernt werden. Um den Medianfilter zu verwenden, muss die Einstellung grösser als 1 sein. Mit einem Wert von 1 wird der Medianfilter nicht angewendet.

• Am Schluss wird das Graustufenbild in ein Schwarz-Weiss-Bild umgewandelt. Alle Pixel mit einem Grauwert zwischen 0 und dem angegebenen S/W-Schwellwert werden zu Schwarz und alle Pixel mit einem Grauwert zwischen dem Schwellwert und 255 werden zu Weiss.

• Mit dem Gamma-Wert können Sie die Helligkeit der des grossen Bildes einstellen. Er hat keinen Einfluss auf die Laserabtastung.

Resultat eines Mehrpunkte-Laserscans

Das Resultat eines Mehrpunkte-Laserscans ist identisch mit demjenigen des Ringlaser-Scans.

Messgenauigkeit

Die Genauigkeit der Radiusmessung von Multi-Laser-Systemen ist abhängig vom Innenrohrdurchmesser, der vertikalen Bildauflösung innerhalb des Sichtkreises und des Abstrahlwinkels der Strahlen.

Lasergeometrie mit einem Laserwinkel von 35° (alpha) und einem Laser-Offset (c) von 120mm. Der Radius r kann berechnet werden, weil wir den Laserwinkel (alpha) und den Sichtwinkel (beta) des Laserpunkts aus dem Bild kennen. Der Sichtwinkel (beta) wird kleiner je grösser der Rohrradius wird. Dasselbe ist der Fall für den Winkel (γ) zwischen dem Laser und der Sichtlinie zum Laserpunkt (blaue Linien).

Die Messgenauigkeit in % gibt an, wie stark sich der Radius ändert, wenn der Laserpunkt sich um ein Pixel im Bild verschiebt. Die Genauigkeit ist nicht konstant und nimmt mit zunehmendem Rohrdurchmesser ab. Die untenstehende Grafik zeigt den Verlauf der Genauigkeit in % im Verhältnis zum Blickwinkel (b) (IPEK DS3-Anlagen). Die Genauigkeit sinkt gegen unendlich, wenn der Blickwinkel (b) gleich dem Laserwinkel ist (in diesem Fall 35°).

Die nachfolgende Grafik zeigt die Genauigkeit in %: im Verhältnis zu Rohrradius in mm:Bei einer Bildhöhe von 576 Pixeln (PAL Video in MPEG-2) und bei perfekter Kamerazentrierung ergibt sich die jeweilige Genauigkeit in % für verschiedene Durchmessers wie folgt: