Laserscanning-Referenzkugeln im Test - Ein Vergleich

Im Rahmen eines Vergleichs verschiedener Referenzkugeln haben wir für Sie getestet, wie sich die einzelnen Kugeln bei Sonneneinstrahlung und im Schatten verhalten. Gegenstand der Untersuchung waren die Positionsabweichung und die Anzahl der Scanpunkte auf der Kugel. Getestet wurde eine Kugel aus dem Hause FARO sowie die vier von Laserscanning Europe hergestellten Referenzkugeln Basic, Flexi, UltraX und Traveler.

Ablauf des Tests

Festlegungen für den Versuchsablauf

Punktzahl und Positionsabweichung wurden in drei verschiedenen Anordnungen von Laserscanner (FARO Focus3D) und Referenzkugel ermittelt:

  • Beim ersten Versuch wurde der Scanner in die Sonne gestellt und die Kugeln im Schatten platziert.
  • Versuch 2 wurde invers zum ersten ausgerichtet, d. h. der Scanner befand sind im Schatten und die Referenzkugeln in der Sonne.
  • Im dritten Versuchsaufbau wurde sowohl die Referenzkugeln als auch der Laserscanner in der Sonne platziert.

Bei allen drei Versuchen wurden Scandaten in verschiedenen Auflösungen (1/8 bis 1/1), Qualitäten (1x bis 3x) und Entfernungen (5 Meter bis 20 Meter) erfasst. Die einzelnen Konfigurationen wurden so gewählt, dass sie den gängigen Einstellungen in der Praxis entsprechen. Als Vergleichswerte wurden die Punktanzahl und die Positionsabweichung erfasst. Unterschieden wird außerdem zwischen manueller und automatischer Registrierung der Referenzkugeln.

Analyse der automatischen Erfassung für alle KugeltypenAnalyse der automatischen Erfassung für alle Kugeltypen

 

Analyse der manuellen Erfassung für alle KugeltypenAnalyse der manuellen Erfassung für alle Kugeltypen

Auffälligkeiten während der Durchführung

Als sehr mühsame Angelegenheit hat sich die automatische Erkennung der FARO-Kugel herausgestellt. Im Gegensatz zu den anderen Kugeln lässt sich mit der FARO-Kugel oftmals erst im dritten oder vierten Anlauf ein halbwegs zufriedenstellendes Ergebnis erzielen. In manchen Fällen waren wir gezwungen, Abweichungen von über einem Zentimeter in Kauf zu nehmen. Nach unseren Beobachtungen liegt das hauptsächlich am Schraubfuß, der die Erfassung sehr negativ beeinflusst.

Ergebnis des Vergleichs

Analyse der Gesamtergebnisse

Betrachtet wird zunächst einmal das Gesamtergebnis, d. h. hier wird sich zeigen, welche Referenzkugel ein echter Allrounder ist.

Hierfür wurden die Scanpunktwerte des gesamten Versuchs für jede Referenzkugel zusammenaddiert und in einem Diagramm dargestellt. Bei der automatischen Erfassung liegt hier die Referenzkugel UltraX vorne. Weit abgeschlagen ist dagegen die FARO-Kugel (10% weniger Punkte). Das Ergebnis der durchschnittlichen Positionsabweichung sieht ähnlich aus: Die FARO-Kugel hat hier mit 2,6 Millimeter die größte Positionsabweichung; mit nur 2 mm Abweichung ist die UltraX die genaueste Kugel.

Auch bei der manuellen Erfassung liefert die FARO-Kugel insgesamt die niedrigste Anzahl an Scanpunkten. Mit knapp 9400 erfassten Punkten sind hier die Referenzkugeln Basic und Flexi herausragend. Im Vergleich zur automatischen Erfassung ist die durchschnittliche Positionsabweichung bei der manuellen Erfassung um etwa 50% kleiner. Die größten Abweichungen erzielen hier die FARO-Kugel (durchschnittlich 1,14 mm) und die Basic-Kugel (1,19 mm). Am besten schneidet die UltraX (1,01 mm) ab. Auffällig ist auch, dass die Gesamtpunktanzahl bei der manuellen Registrierung deutlich geringer ist als bei der automatischen Erkennung.

Gesamtergebnis der Analyse der automatischen und manuellen Erfassung für alle KugeltypenGesamtergebnis der Analyse der automatischen und manuellen Erfassung für alle Kugeltypen

Zusammenhang zwischen Qualität und Positionsabweichung

Bei allen Versuchen wurden verschiedene Auflösungen verwendet. Außerdem wurde je Auflösung mit zwei verschiedenen Qualitäten gescannt. Auffällig ist, dass bei fast allen Scans und Referenzkugeln die Positionsabweichung mit steigender Scanqualität sinkt. Einige wenige Ausreißer können vernachlässigt werden.

Betrachten wir hingegen den Einfluss der Qualität auf die Scanpunktanzahl, stellen wir fest, dass es dort zwischen höherer und niedriger Qualität kaum Unterschiede gibt. Die Unterschiede sind bei der automatischen Erfassung so gering, dass sie nicht interessant sind. Bei der manuellen Erfassung kommen die nicht unerheblichen Unterschiede durch die Größe des aufgescrollten Kreises zustande. Hier hat der Mensch also großen Einfluss auf die Anzahl der Scanpunkte.

Zusammenhang zwischen Scanpunktzahl und Positionsabweichung

Zu erwarten wäre, dass die Kugelerkennung mit zunehmender Scanpunktzahl besser wird. Allerdings haben die Tests ergeben, dass diese Annahme nur begrenzt zutrifft. Es gilt: Je höher die Auflösung, desto mehr Scanpunkte. Als Ergebnis bei allen Scanner-Kugel-Konstellationen ergibt sich die beste Erkennungsqualität bei den Scan-Auflösungen 1/4 und 1/5. Bei geringer Auflösung, also wenig Scanpunkten, ist die Erkennungsgenauigkeit, wie erwartet, gering. Bei einer Auflösung von 1/2 und 1/3 hingegen nimmt die Scanpunktabweichung wieder zu.

Wird der Aspekt der Scangeschwindigkeit (Qualität) ergänzend betrachtet, sollte zwischen manueller und automatischer Kugelerkennung unterschieden werden. Bei der manuellen Erfassung werden mit zunehmender Scanqualität grundsätzlich geringere Scanpunktabweichungen erzielt. Die automatische Erkennung hingegen erzielt bei einer Qualität von 3x entweder identische oder sogar größere Abweichungen. Dass die höhere Qualität die Positionsabweichung verbessert, lässt sich nur in wenigen Ausnahmen feststellen.

 

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