Volumenmessung von Schüttgut in Flachlagern zur permanenten Inventur

Mit dem Owl Eye-System lassen sich jegliche Schüttguthalden in Flachlagern digital und präzise als Volumen erfassen. Dabei werden Volumengenauigkeiten von plus/minus einem Prozent erreicht.

Verwendet werden innovative LiDAR-Sensoren (Light Detection and Ranging). Diese 3D- Lasersensoren nehmen die Umgebung auf und erstellen eine Punktewolke der Umgebungskontur. Dies ist eine Form des dreidimensionalen Laserscannings. Über die bekannte Dichte des Schüttguts kann das Volumen in eine Masse umgerechnet werden. Die Messung, Auswertung und Visualisierung erfolgt über eine Webserver-Anwendung mit angebundener leistungsfähiger Datenbank.

Das Know-how der Sachtleben Technology
Die Sachtleben Technology GmbH verfügt über einen hochpräzisen Riegl Laserscanner mit einer Reichweite von bis zu 1,2 Kilometern. Mit diesem lassen sich Steinbrüche, Tagebaue, Schüttguthalden oder Gebäude als Dienstleistung dreidimensional scannen. Der Scanner wird dafür an verschiedenen Aufstellpunkten positioniert und die einzelnen Punktewolken werden zu einer großen gemeinsamen Punktewolke zusammengefügt.

Foto: Sachtleben Technology GmbH

Die Daten der Steinbrüche und Tagebaue werden dann zur Böschungsbeobachtung für das Bergamt ausgewertet. Zu Inventurzwecken wie beispielsweise die Jahresendinventur werden die Volumina aus den gescannten Schüttguthalden berechnet. Dazu kommt eine spezielle Software der Firma Maptek zum Einsatz. Die ausgewerteten Volumina werden dann mit Hilfe der bekannten Schüttdichte in Masse umgerechnet. Für die Jahresendinventur kann dieser Wert dann zum Beispiel als Jahresendbestand gelten. Auch Gebäude werden von der Sachtleben Technology gescannt und so bearbeitet, dass ein realistischer digitaler Zwilling als CAD-Modell entsteht. Dieses Wissen ist in die Algorithmik des Owl Eye-Systems geflossen, sodass die automatisierte Datenauswertung zuverlässig und präzise erfolgt.

Haldenveränderung digital gemessen und protokolliert
Das von der Sachtleben Technology entwickelte Owl Eye-System dient zur Vermessung und Haldenprotokollierung von Schüttguthalden. Dabei kann jedes Schüttgut über moderne 3D-LiDAR-Laser-Sensoren erfasst werden. Diese scannen die Umgebung bei Tag und bei Nacht und nehmen eine 3D-Abbildung auf. Diese wird dann von der in Deutschland entwickelten Owl Eye-Software automatisiert ausgewertet und über ein intuitives Dashboard visualisiert. In die Auswertung kommen schlussendlich die Haldenvolumina. Dafür wird das Volumen zwischen der erfassten Kontur und dem Boden berechnet. Der Boden kann dabei jegliche Form haben. Bei einer Punktewolke in guter Qualität wird damit eine Volumengenauigkeit von plus/minus einem Prozent erreicht.

Foto: Sachtleben Technology GmbH

Eine weitere Anwendung innerhalb des Owl Eye-Systems ist das sogenannte „Stockpile History Management“: Bestimmte Bereiche – zum Beispiel ein Lagerplatz – können in beliebigen Zeitabständen (z. B. stündlich) gescannt werden. Es lässt sich protokollieren, welche Halde sich wie lange an welchem Ort befunden hat. Dies funktioniert auch, wenn eine Halde auf oder gegen eine andere Halde gekippt wird. Auch Labordaten zu den einzelnen Halden oder Lieferungen können als Information eingegeben werden, sodass immer ein aktuelles Bild des Haldenbestandes auf dem Lagerplatz vorliegt. Die historischen Bestände landen in einer Datenbank und sind somit archiviert. Im Dashboard ist es dann möglich, nach Zeiträumen oder Informationen zu filtern und nur bestimmte Bestände in einem Zeitraum oder mit einer verknüpften Information anzuzeigen. So lässt sich feststellen, wie lange sich welche Halde schon am Lagerort befindet. Daraus kann dann ein tägliches PDF-Protokoll erstellt werden.

Inventur zu jeder Zeit
In Zeiten der Rohstoffknappheit stehen Einkäufer nicht selten vor der Herausforderung, Rohmaterial zu bestellen. Die Probleme bestehen oft in Materialknappheit und Lieferengpässen. Es zeigt sich häufig, dass eine ungeplante Bestellung von Rohmaterial teilweise erhebliche Folgen für Produktion und Absatz haben kann.

Umso wichtiger ist es zu wissen, wie viel Rohmaterial noch in den Flachlagern vorhanden ist – besonders dann, wenn es sich um hochpreisige Materialien handelt oder die Lieferzeiten sehr schwer vorhersehbar sind. Um dieser Problemstellung entgegenzuwirken, können mit dem Owl Eye-System der Sachtleben Technology GmbH die Schüttgutbestände in Flachlagern präzise erfasst und ausgewertet werden. Das System kann aber nicht nur zu Inventurzwecken Verwendung finden, sondern auch zur Optimierung und Steuerung von Prozessen. Zu diesem Zweck kann die Scanfrequenz beliebig erhöht und beispielsweise alle zwei Minuten eine Messung durchgeführt werden. Zusätzlich wird zu jeder Messung eine 3D-Aufnahme gespeichert, sodass man die Messwerte und der Bestand im Nachhinein optimal nachvollziehen kann. Offene Schnittstellen ermöglichen den Zugriff auf die Daten innerhalb der Datenbank über Drittsysteme wie beispielsweise ein ERP-System.

Technische Spezifikation
Das Owl Eye-System bestimmt das Volumen von Schüttgütern mit einer Genauigkeit von plus/minus einem Prozent bei einer guten Punktewolke ohne Messschatten. Bei Punktewolken mit Messschatten interpolieren geschickte Algorithmen die Kontur und können auch dann ein zuverlässiges Ergebnis liefern. Die kleinen, modernen LiDAR-Sensoren haben eine Reichweite von bis zu 100 Metern und der am meisten eingesetzte Sensor ein Sichtfeld von etwa 80 x 70 Grad. Die IP 67-Klassifizierung ermöglicht einen zuverlässigen Einsatz im Innen- und Außenbereich. Durch die geschickte Materialwahl des Sensorgehäuses setzt sich kaum Staub auf der Abdeckung ab, sodass der Sensor auch in rauen Umgebungen verwendet werden kann.

Abb.: Sachtleben Technology GmbH

Das Owl Eye-System ist hardwareunabhängig und kann mit verschiedenen Sensoren von unterschiedlichen Herstellern verwendet werden. Grundsätzlich ist es möglich, verschiedene Sensoren (unterschiedlicher Hersteller) in einem Projekt zu verwenden und so die Vorteile der einzelnen Sensoren voll auszuschöpfen. Die Sachtleben Technology testet und benchmarkt den LiDAR-Markt und ist damit immer auf dem neuesten Stand der Technik. Geprüft werden Genauigkeit, Temperaturbeständigkeit, Messempfindlichkeit bei unterschiedlichen Materialien und andere Qualitätsmerkmale. Besonders spannend ist die Vermessung von sehr dunklen Materialien wie Kohle. Hierfür kommen nur wenige besonders hochwertige Sensoren in Frage.

Den Bestand immer im Blick
Mit dem Owl Eye-System hat die Sachtleben Technology ein System entwickelt, um Schüttgutbestände dauerhaft, präzise und digital als Volumen zu erfassen. Die 3D-Sensoren werden dafür an den entsprechenden Stellen im Lager in­stalliert, zum Beispiel an Gebäudewänden, Gebäudedächern oder Masten. Benötigt wird dafür ein Netzwerk (Ethernet ins Unternehmensnetzwerk) und ein Strom-Anschluss (230 V AC oder 24 V DC). Bei Bedarf ist es auch möglich, eine Funkbrücke einzusetzen oder das System sogar komplett über Mobilfunk in der Sachtleben Technology Cloud zu verwenden. Die Installation kann durch interne hauseigene Elektriker oder durchexterne Partner der Sachtleben Technology erfolgen. Die Endmontage und Projekteinrichtung wird schlussendlich von Sachtleben Technology durchgeführt.

Abb.: Sachtleben Technology GmbH

Bei der Auswahl der Sensorpositionen wird angestrebt, mit einer geringen Anzahl an Sensoren einen möglichst großen Bereich der Lagerflächen abzudecken, damit die Schüttgut-Haufwerke bei allen Haldengrößen zuverlässig erfasst werden. Auch die Erfassung von Schüttguthalden ohne Begrenzungsmauer ist grundlegend möglich. In diesem Fall sollte man darauf achten, dass die Halde von verschiedenen Seiten gescannt wird. Mit Hilfe einer modernen und intuitiven Webanwendung können die von den Sensoren erfassten Punktwolken verarbeitet und ausgewertet und die Rohdaten der einzelnen 3D-LiDAR- Sensoren in einer gemeinsamen Punktewolke georeferenziert werden.

Aus der Gesamtpunktwolke lassen sich dann die einzelnen Flachlager extrahieren und separat auswerten. Das Owl Eye-System ist mit einem leistungsfähigen Backend für die Auswertung großer 3D-Daten und einer Datenbank für die zuverlässige und sichere Speicherung der Messdaten ausgestattet. Die Ergebnisse werden als Bestand in Kubikmeter oder Tonnage ausgewiesen und im Dashboard wie ein Aktienkurs visualisiert. Um die Tonnage aus dem Volumen zu ermitteln, muss die Schüttdichte bekannt sein oder vorab bestimmt werden. Das Webinterface ist je nach Installationsweise entweder nur aus dem internen Firmennetzwerk erreichbar, oder es kann über das Internet darauf zugegriffen werden, wenn das System in der Sachtleben Technology Cloud gehostet wird. Die Daten stehen über gängige APIs bei Bedarf auch Drittsystemen (z. B. ERP-Systemen) zur Verfügung.

Foto: Sachtleben Technology GmbH

Die Messungen können sowohl zeitautomatisiert als auch auf direkte Anforderung erfolgen. Die gewünschten Zeitintervalle werden im sogenannten Projektmanager definiert. Messungen können so oft oder so selten wie gewünscht durchgeführt werden – beispielsweise alle fünf Minuten oder einmal am Tag. Der Projektmanager enthält auch weitere Funktionen, wie das Hinzufügen von Sensoren, das Anlegen von sogenannten Areas of Interest (Lagerort, Flachlager, Schüttguthalden) oder allgemeine Einstellungen, Parameter und Informationen über das Projekt und die markierten Flachlager.

Für jedes Flachlager gibt es eine Bezeichnung, Schüttdichte, die gelagerte Materialbezeichnung und die Bodendatei. Das System kann problemlos kontinuierlich erweitert werden, indem zum Beispiel neue, zusätzliche Sensoren im Netzwerk installiert und diese dann mit Hilfe des Projektmanagers als Sensoren hinzugefügt werden. Jeder im Projektmanager hinzugefügter Sensor enthält Name, IP-Adresse, Hostname oder Broadcastcode, Sensortyp und die Transformationsmatrix, die die Georeferenzierung beschreibt. Diese Matrix wird manuell bei der Installation des Sensors berechnet. Zum Einzeichnen der einzelnen Flachlager (AOI – Area Of Interest) wird die Gesamtpunktwolke geladen und die Lagerbereiche vom Benutzer wie ein Polygon eingezeichnet und die Parameter des Lagerbereichs festgelegt. Sobald der Lagerbereich gespeichert ist, wird er im Projektmanager dreidimensional dargestellt. Jeder Lagerfläche ist eine Filterstory zugeordnet. In der Filterstory können auch statische Objekte wie Säulen oder Bandanlagen eingezeichnet werden. Diese Bereiche werden dann bei der Volumenberechnung ausgeschlossen.

Autoren: M. Eng. Quirin Kraus und M. Sc. Severin Kraus, Sachtleben Technology GmbH, www.sachtleben-technology.com

(Erschienen im EU-Recycling Magazin 09/2022, Seite 19, Foto: Sachtleben Technology GmbH)