Ziel der Entwicklung

Logo: Akustische 3D-Kartierung einer Deckenreflexion auf einem mit den im Vorhaben entwickelten Verfahren aus der Punktwolke eines Laserscanners generierten 3D-Modell.
Akustische 3D-Kartierung einer Deckenreflexion auf einem mit den im Vorhaben entwickelten Verfahren aus der Punktwolke eines Laserscanners generierten 3D-Modell.

Derzeit können mit der Akustischen Kamera des Antragstellers Schalldruckverteilungen nicht nur auf planaren, sondern auch auf dreidimensionalen, komplex strukturierten Oberflächen visualisiert werden. Voraussetzung hierfür ist eine genaue Kenntnis der tatsächlich vorliegenden Objektgeometrie, was bedeutet, dass es ein 3D-CAD-Modell des Meßobjektes sein beziehungsweise der zu kartierenden Innenraumszene vorliegen muss. Es kommt aber in praxi häufig vor, dass Anwender nicht über diese 3D-Modelle verfügen oder dass noch gar keine CAD-Daten vorhanden sind. Sowohl beim Antragsteller als auch bei Anwendern bestand somit hoher Bedarf an neuen Verfahren zur schnellen und möglichst automatischen Erzeugung und Aufbereitung von 3D-Geometriemodellen. Derartige, direkt auf die Spezifika des akustischen 3D-Beamforming zugeschnittene Verfahren sind am Markt noch nicht zu finden, diese waren im Vorhaben zu entwickeln.

Vorteile und Lösungen

Im Vorhaben wurde hardwareseitig ein kostengünstiger 3D-Raumscanner realisiert, welcher aus der Kombination eines einfachen 2D-Laserscanners (Pulslaufzeitmessung) mit einer hochpräzisen Roboterachsen-Schwenkneigeeinheit besteht. Hiermit können in kurzer Zeit komplette 3D-Scans von Innenräumen erfaßt werden. Sowohl die Scanneransteuerung als auch die im Projekt entwickelten Auswertealgorithmen zur 3D-Modellgenerierung (Dreiecks-Vermaschung der vom Scanner gelieferten Punktwolken) wurden mit einer komfortablen Bedienoberfläche in die Software der Akustischen Kamera integriert. Es wurde ebenfalls ein neues algorithmisches Verfahren entwickelt, welches nicht nur eine einfache Reduktion von 3D-Netzen gestattet, sondern auch eine Optimierung vorliegender 3D-Netze mit stark unterschiedlichen Dreiecksverteilungen bezüglich einer möglichst homogenen Zieldreiecksgröße vornimmt. Damit wird eine stark verbesserte Anpassung der 3D-Modelle an akustisch sinnvolle geometrische Auflösungen erzielt.
Das im Vorhaben entwickelte System erreicht zwar nicht die Messgenauigkeiten professioneller High-End-3D-Scanner, es bietet jedoch gegenüber den am Markt bisher erhältlichen Lösungen ein deutlich günstigeres Preis-Leistungs-Verhältnis sowie eine für Endanwender problemarme Bedienung.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten bei der Vermarktung der Projektergebnisse werden als positiv eingeschätzt, da der entwickelte Scanner und die neue 3D-Auswertesoftware eine wichtige Marktlücke zwischen praxisuntauglichen Billiglösungen und den für viele KMU bislang meist nur schwer erschwinglichen High-End-Lösungen schließen. Die Anwendungsbandbreite der Akustischen Kamera im 3D-Bereich kann damit wesentlich verbessert werden und auch bisher nur eingeschränkt zugängliche Marktsegmente wie zum Beispiel die Raum- und Bauakustik sowie die akustische Umweltmeßtechnik (Kartierung von Lärmquellen von Industrieanlagen oder Ähnliches) lassen sich künftig besser erschließen.
Im Projekt gesammelte Erkenntnisse und Anwendungserfahrungen für weitere FuE-Tätigkeiten betreffen vor allem die potenziellen Möglichkeiten zur Verbesserung der Messgenauigkeit, welche unter Beibehaltung der derzeit verwendeten Harwarebasis auf algorithmischem Wege durch die Integration leistungsfähiger geometrischer Kalibrierverfahren zur Korrektur der Achs- und Winkelfehler zwischen Scannerkopf und Schwenkneigeeinheit erfolgen soll.