Auf Position in rauer See
Visionbasierte Positionsbestimmung für Installations- und Vermessungsarbeiten an unterseeischen Anlagen
Die Unterwasserwelt ist eine der feindlichsten Arbeitsumgebungen überhaupt. Nicht nur schlechte Sichtverhältnisse, hoher Druck und unterschiedliche Strömungen erschweren die Bedingungen. Auch ständig wechselnde Gegebenheiten, Korrosion und Ablagerungen machen Unterwassertätigkeiten zur Herausforderung. Für die Betreiber von Offshore-Windkraftanlagen oder Bohrinseln gehört das zum täglichen Brot. Sowohl beim Bau der Anlagen, als auch bei deren Instandhaltung. Eine wichtige Grundvoraussetzung für die Durchführung von Arbeiten jeglicher Art auf hoher See ist immer eine präzise Positionsbestimmung. Forssea Robotics bietet mit der Navigationskamera NAV CAM SUBSEA ein All-in-One System für Unterwasserfahrzeuge zur exakten Ermittlung der relativen und absoluten Positionierung unterseeischer Anlagen. Für den nötigen Durchblick sorgt eine Industriekamera der IDS Imaging Development Systems GmbH.
Anwendung
Die Anforderungen an die Positionierung und Vermessung von Offshore Anlagen sind hoch. Dies gilt sowohl für die genaue Positionsermittlung einzelner Installationen auf hoher See als auch für die Ausrichtung aller Anlagen z.B. eines Windparks zueinander. Präzision ist gefragt.
Aufgrund der widrigen Umfeldbedingungen sollten Geräte, die in diesem Bereich zum Einsatz kommen, in gleichem Maße möglichst einfach und intelligent gestaltet sein. Die Unterwasser-Navigationskamera von Forssea Robotics löst dies durch den Einsatz von Markern. Sie erkennt und verfolgt Markierungen, die auf Unterwasser-Installationen, wie z.B. Sockelteilen von Windkraftanlagen, angebracht sind. Daraus berechnet sie deren relative und absolute Positionierung und schafft so die Basis für die Durchführung von Installations- und Vermessungsarbeiten. Die exakte Positionierung der Bauteile wird ermöglicht.
Die vorkalibrierte Kamera überwacht die Markierungen und sendet in Echtzeit Bilder zur Verarbeitung an den integrierten Computer. Dieser führt die visuellen Informationen mit Hilfe einer speziellen Software - dem sogenannten V-LOC-System (Visual Localisation System) - zusammen und gibt eine Navigationsmeldung aus. Alle Berechnungen werden also direkt innerhalb der Kamera durchgeführt. Dadurch kann eine Datenübertragung mit hoher Bandbreite zur Oberseite vermieden werden.
Die NAV CAM SUBSEA ist für die Montage an ferngesteuerten oder autonomen Unterwasserfahrzeugen (ROVs oder AUVs) konzipiert und dient diesen unmittelbar als Navigations- und Kontrollzentrum. Sie verfügt über einen integrierten Grafikprozessor und Drucksensor sowie ein interaktives Navigationssystem. Für bestehende ROV-Systeme ist sie somit der erste Schritt zur Bereitstellung autonomer Fähigkeiten. Denn sie besitzt eine eingebettete Intelligenz in Echtzeit: V-LOC berechnet den Richtungskurs und die Lage der Markierung. Kamerakurs, Neigung und Drehwinkel werden daraufhin vom ROV übernommen. Die relative XYZ-Genauigkeit bei 3 m Entfernung des ROV vom Zielobjekt beträgt dabei etwa 3 mm. Vergleichbare Open Source Systeme liegen derzeit ca. bei 10 - 20 mm. Die von Forssea zur Verfügung gestellten Marker sind mit einer Lebensdauer von über 25 Jahren zertifiziert und resistent gegen Meeresbewuchs.
Die Navigationskamera kann z.B. auf dem ebenfalls von Forssea Robotics entwickelten ROV ARGOS zum Einsatz kommen. ARGOS ist ein leichtes, intelligentes ROV, das für eine Tiefe von bis zu 500 m konstruiert wurde. Mit einfachen Modifikationen kann das Fahrzeug auf bis zu 2000 m tauchen. Da die Forssea-Kamera Open-Source-Tags verwendet, ist der Kunde jedoch nicht auf proprietäre Systeme beschränkt. Die NAV CAM ist vollständig kompatibel mit externen Gyrosensoren (Beschleunigungs- oder Lagesensoren) oder Schiffsvermessungssystemen. Als Option ist sie auch mit einer On-Demand-KI-Toolbox zur Kennzeichnung und Verfolgung von Objekten ohne die Verwendung von Markern lieferbar.
Kamera
Der spezielle Einsatzort einer Navigationskamera für Unterwasserfahrzeuge stellt auch an die integrierte Industriekamera gewisse Anforderungen. Denn ihr Bild dient als Grundlage für alle Positionsberechnungen.
Wir waren auf der Suche nach einer Kamera, die hinsichtlich Dynamikbereich, Empfindlichkeit und Linearität keine Wünsche offen lässt. Dennoch sollte sie kompakt sein und unseren Kostenrahmen einhalten. Wir wurden bei IDS fündig. Die UI-5270CP-C-HQ Rev.2 erfüllte alle unsere Voraussetzungen.
Das Kameramodell mit dem 1/1.8“ Global-Shutter Sensor IMX265 von Sony bietet eine Auflösung von 3,2 MP (2056 x 1542 Pixel) mit einer Bildrate von 38 fps über die GigE-Schnittstelle. Ihr extrem lichtempfindlicher Sensor gilt als einer der besten CMOS Bildsensoren der 3 MP-Klasse und garantiert selbst bei geringer Beleuchtung eine exzellente Bildqualität.
Die UI 5270CP-C-HQ Rev.2 Industriekamera ist Mitglied der uEye CP Produktfamilie. CP steht dabei für "Compact Power". Das winzige Kraftpaket für Industrieanwendungen aller Art bietet maximale Funktionalität mit umfangreicher Pixelvorverarbeitung. Die Kameras liefern Daten in voller GigE-Geschwindigkeit und ermöglichen dank PoE ("Power over Ethernet") außerdem den Einkabel-Betrieb bis zu 100 Metern. Anwender können aus einer großen Anzahl von CMOS Sensoren mit unterschiedlichsten Auflösungen wählen. uEye CP Kameras eignen sich u.a. für Aufgaben aus den Bereichen Automatisierung, Automotive, Medizintechnik aber auch Life Sciences oder Logistik. Auch in der Robotik, wie beispielsweise installiert in einem Unterwasserfahrzeug, machen sie durch ihr patentiertes Gehäusedesign mit Maßen von nur 29 x 29 x 29 Millimeter eine gute Figur.
Ausblick
Die von Forssea Robotics entwickelten Kameras werden hauptsächlich in der Unterwasserindustrie eingesetzt. Das Unternehmen ist jedoch dabei, auch eine In-Air-Version der visionsbasierten Positionierungstechnologie zu entwickeln.
Die NAV CAM AIR ist ein allumfassendes oberflächenbasiertes, visuelles Neigungs- und Positionierungszentrum, das z.B. für die Überwachung von Trägern von Windkraftanlagen und anderen maritimen Bauwerken konzipiert wurde. Auch hier werden alle Bilder in Echtzeit mit der hauseignen Software verarbeitet, um eine hoch genaue Positionierung zu erreichen.
Die Bildverarbeitung bietet an Land, im oder auf dem Wasser vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Dabei erleichtert sie Tätigkeiten aller Art, beschleunigt sie oder macht sie überhaupt erst möglich. So sitzt die eine oder andere Offshore-Windkraftanlage dank ihr - in diesem Fall mit einer IDS Industriekamera in der NAV CAM SUBSEA - exakt auf Position. Jetzt muss nur noch der Wind wehen.
GigE uEye CP - Das winzige Kraftpaket für Industrieanwendungen mit PoE-Funktionalität
- Interface: GigE
- Modell: UI 5270CP-C-HQ Rev.2
- Sensortyp: CMOS
- Hersteller: Sony
- Framerate: 36 fps
- Auflösung (h x v): 2056 x 1542 / 3,2 MPix
- Shutter: Global Shutter
- Optische Klasse: 1/1.8"
- Maße H/W/L: 29.0 mm x 29.0 mm x 29 mm
- Gewicht: 52 g
- Schnittstellen-Anschluss: GigE RJ45 verschraubbar
- Anwendungen: Industrielle Bildverarbeitung, Verkehr und Transport (ITS), Qualitätssicherung, Medizintechnik, Messtechnik, Maschinenbau, Biotechnologie und Life Sciences, Elektronikinspektion, Pharma und Healthcare
Kunde
Forssea Robotics entwickelt voll integrierte Robotiklösungen zur Senkung der Betriebskosten auf den Offshore-Energiemärkten. Die Forssea Unterwasserwerkzeuge kombinieren kostengünstige Plug & Play-Hardware, zweckdienliche, eingebettete Intelligenz und Echtzeitüberwachung.
https://forssea-robotics.fr/
