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Wahl der optimalen Messgeschwindigkeit

„Wie schnell misst ihr System?“

Das ist die Frage, die uns am häufigsten gestellt wird. Kein Wunder, denn davon hängt in vielen Fällen ab, mit welchem Aufwand eine Messung abgewickelt werden kann. Die Auswirkungen einer nicht angepassten Messgeschwindigkeit sind auf den ersten Blick oft nicht leicht zu sehen. Wir haben deshalb die wichtigsten Aspekte für Sie zusammengestellt.


Die Messgeschwindigkeit ist kein Geräteparameter

Grundsätzlich kann mit den SPACETEC-Scannern bei jeder beliebigen Geschwindigkeit aufgenommen werden. Die Geschwindigkeit hat jedoch einen großen Einfluss auf die Eigenschaften der Ergebnisse.


Diese beiden Aufnahmen unterscheiden sich lediglich durch die Wahl der Messgeschwindigkeit. Alle übrigen Parameter sind gleich. Die Datenverarbeitung sorgt dafür, dass beide Bilder maßstäblich dargestellt werden. Die Informationslücken, die infolge der höheren Geschwindigkeit (rechts) entstehen, können jedoch nicht mehr geschlossen werden.

Das Ergebnis: Kleine Objekte sind nicht mehr identifizierbar, z.B. kann die Schrift am Vermarkungsbolzen, die links deutlich zu lesen ist, rechts nicht mehr entziffert werden.


Optimale Messgeschwindigkeit

Unter der optimalen Messgeschwindigkeit verstehen wir diejenige Geschwindigkeit, bei der die erzielte Auflösung der Aufnahme in Fahrtrichtung gleich hoch wie quer zur Fahrtrichtung ist. Ist die Geschwindigkeit höher, gehen Details verloren; ist sie niedriger, gewinnt man keine zusätzliche Information. Dieser Gesichtspunkt kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn Bildaufnahmen in hoher Qualität gewünscht werden (z.B. als Grundlage für die Risskartierung).




Optimale Messgeschwindigkeit
Die Auflösung ist in beiden Richtungen gleich hoch. Die Bildaufnahme hat ein ausgeglichenes Seitenverhältnis.


Erhöhte Messgeschwindigkeit
Die Auflösung ist in Fahrtrichtung niedriger als entlang der Umfangslinie. Es entstehen Informationslücken. Die Bildaufnahme wirkt „gestaucht“. Nach geometrischer Korrektur entsteht ein Bild mit reduzierter Auflösung wie oben dargestellt



Beispiele zur Wahl der Messgeschwindigkeit

Die Wahl der passenden Messgeschwindigkeit hängt davon ab, für welchen Zweck die Messung eingesetzt werden soll. Wir besprechen dies mit unseren Kunden und empfehlen die geeignete Geschwindigkeit nach Abwägung der relevanten Gesichtspunkte.

Beispiel 1: Es soll eine Lichtraumuntersuchung gemacht werden. Hierbei kommt es nicht auf kleine Einragungen von wenigen cm Größe an. Ein Messquerschnitt alle 10 cm wird als ausreichend erachtet. Eine detaillierte Bildaufnahme ist nicht erforderlich.

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Die Standardauflösung von 2500 Pixeln ist ausreichend.
Die optimale Messgeschwindigkeit muss nicht eingehalten werden.

Im Fall des SPACETEC TS3 ergibt sicht daraus:
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Spiegeldrehzahl 300 Hz
Messgeschwindigkeit ca. 100 km/h
Diese Situation ist nach unserer Erfahrung nicht die Regel sondern eher die große Ausnahme.




Beispiel 2: Als Bestandteil der Abnahmeprüfung eines Neubautunnels soll eine Bildaufnahme gemacht werden, die auch die Erkennung von feinen Rissen zulässt.

- Hohe Auflösung von 10.000 Pixeln erforderlich
- Die optimale Messgeschwindigkeit muss eingehalten werden: Der Vorschub pro Scanzeile muss dem Punktabstand längs der Umfangslinie entsprechen.

Im Fall des SPACETEC TS3 ergibt sicht daraus:
- Spiegeldrehzahl 200 Hz
- Messgeschwindigkeit ca. 2 km/h

Die Messgeschwindigkeit liegt in den meisten Fällen zwischen den beiden Extrembeispielen - typischerweise bei ca. 5 km/h.



Zum Abschluss der Diskussion hier noch ein Vergleich verschiedener Scanner beim Einsatz für die Bild- und Profilaufnahme eines ganzen Untergrundbahn-Netzes mit 100 km Tunnellänge. Für die Messungen wurde wegen der hohen Streckenauslastung ein Zeitfenster von 4 h pro Schicht angesetzt. Der Vergleich zeigt deutlich, wie die Leistungsdaten des gewählten Gerätes die Messgeschwindigkeit und damit den erforderlichen Messaufwand beeinflussen.

SPACETEC TS3 SPACETEC TS2 Vergleichsgerät
Spiegeldrehzahl

250 Hz

90 Hz

33 Hz
optimale Messgeschwindigkeit

4,5 km/h

1,6 km/h 0,6 km/h

Messzeit für 100 km 23 h 65 h 172 h
Zahl der Messschichten 6 17 43



Geräteparameter, die einen Einfluss auf die Messgeschwindigkeit haben:

Auflösung:
Mit dem Begriff Auflösung wird die Anzahl der Einzelpunkte (Pixel) pro Scanzeile bezeichnet. Eine Scanzeile entspricht einer geschlossenen Umfangslinie oder einer vollen Umdrehung des Scanspiegels.

Für Tunnelscanner typische Werte sind:

Standardauflösung: 2. 500 Pixel
Mittlere Auflösung: 5. 000 Pixel
Hohe Auflösung: 10. 000 Pixel

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Je höher die Qualitätsanforderungen an die Bildaufnahme, desto höher muss die Auflösung sein.
Je höher die Auflösung, desto niedriger die optimale Messgeschwindigkeit



Taktrate: Mit diesem Begriff wird die Anzahl der Messpunkte bezeichnet, die das System pro Sekunde aufnehmen kann. Typische Taktraten für marktübliche Scanner liegen zwischen 500.000 und 625.000 Hz. Die SPACETEC Geräte markieren hier das obere Ende mit einer maximalen Taktrate von 2 MHz.

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Aus gegebener Taktrate und Auflösung resultiert die maximale Spiegeldrehzahl.



Spiegeldrehzahl: Die Spiegeldrehzahl ist durch die mechanische Lagerung und die Leistung des Antriebs nach oben begrenzt. Typische Werte für marktübliche Geräte sind 33 Hz oder 50 Hz. Die SPACETEC-Scanner sind auch in diesem Bereich führend mit maximalen Drehzahlen von 90 Hz (TS2) bzw. 300 Hz (TS3).

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Aus Spiegeldrehzahl und Fahrgeschwindigkeit resultiert der Vorschub pro Scanzeile.
Dieser bestimmt die Auflösung in Fahrtrichtung.

Dank ihrer hohen Taktrate und Spiegeldrehzahl sind SPACETEC-Scanner in der Lage, deutlich mehr Bildpunkte pro Zeiteinheit aufzunehmen als Vergleichsgeräte. Das heißt, auch hoch aufgelöste Bilder lassen sich mit vergleichsweise hohen Geschwindigkeiten aufnehmen, ohne dass „Datenlücken“ entstehen.
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