Punktewolken-Auswertung und As-Built- Abgleich …...Punktewolken-Auswertung und As-Built- Abgleich mit AVEVA PDMS und NEO3D AVEVA DACH Anwendertreffen 2015 Pascal Morovic & Klaus

Punktewolken-Auswertung und As-Built-

Abgleich mit AVEVA PDMS und NEO3D AVEVA DACH Anwendertreffen 2015

Pascal Morovic & Klaus Bach, Tebodin Peters Engineering GmbH

24.-26. September 2015 | Potsdam

Tebodin Peters Engineering ist ein

interdisziplinärer Ingenieurdienstleister mit

Hauptsitz in Deutschland und Frankreich.

Das Unternehmen projektiert Anlagen für die

Prozess- sowie Energieindustrie und bietet

mit seinen 400 Mitarbeitern die Kapazität für

jede Projektgröße inklusive der

entsprechenden Ausfallsicherheit.

Die Flexibilität der Mitarbeiter erlaubt sowohl das Agieren am Ausführungsort,

wie auch in den eigenen Planungsbüros, je nach Anspruch und Wunsch des

Kunden.

Der entscheidende Vorteil in der Leistung von Tebodin Peters Engineering

ist die vielschichtige und fundierte Erfahrung in Verbindung mit zielgerichteten

Projekt- und Fachwissen in der Planung, sowie im Betrieb.

Wir sind eines der Gründungsmitglieder des Industriearbeitskreis

Laserscanning und VR im Anlagenbau.

Wer wir sind…

page 2 TPE | AVEVA DACH 2015

Pascal Morovic

Ich bin seit 2008 bei Tebodin Peters Engineering GmbH angestellt und

verantworte die Abteilung PDMS Support. Gemeinsam mit Herrn Klaus Bach

(Entwickler von NEO3D) bin ich u.a. zuständig für alle Themen im Bereich

Laserscanning.

Die Abteilung PDMS SUPPORT kümmert sich um sämtliche Belange rund um

die Planungssoftware PDMS. Dazu gehören neben der Laserscan As-Built

Auswertung, Stahl- und Hochbau, Apparate, PDMS Katalog-Komponenten

und 2D Zeichnungsableitung auch die Bereiche PDMS Administration und

PDMS (PML) Programmierung, sowie die Durchführung der PDMS

Schulungen für interne als auch externe Professionals.

Ich bin ausgebildeter Vermessungs-Techniker und habe vor meiner Einstellung

bei TPE 16 Jahre in einem Vermessungsbüro gearbeitet. Der erste

Laserscanner wurde dort bereits im Jahr 2000 gekauft und so kann ich auf

viele Jahre Erfahrung im Bereich des Laserscanning zurückgreifen.

Wer ich bin…


Klaus Bach

Seit 1995 bin ich bei Peters Engineering in verschiedenen Bereichen tätig

inklusiv IT, Druckverlust- und Druckstoßberechnungen, CAD/CAE- und PDMS-

Admin. Zusammen mit Herr Morovic habe ich auch nebenher viele PDMS

Schulungs-Einsätze geleitet, um die erforderlichen PDMS Planer und

Katalogbearbeiter auszubilden. Momentan bin ich für Software Entwicklung in

verschiedenen Umgebungen zuständig.

Ich bin von der Ausbildung her Maschinenbau-Ingenieur und habe schon

immer Engineering Probleme mit rechnerische Unterstützung gelöst. Vor

meiner Einstellung bei Peters habe ich 8 Jahre bei LTV in USA

Strömungssimulationen durchgeführt.

Und mein Kollege…


▪ Große Projekte

g Mehrere Punktwolken / Festplatten pro Projekt

Unsere Herausforderungen mit 3D Scan Daten

TPE | AVEVA DACH 2015 Seite 5

▪ Große Projekte


▪ Bearbeitung verschiedener Projekte durch einzelne Sachbearbeiter

g noch mehr Punktwolken / Festplatten pro Arbeitsplatz



▪ Große Projekte




▪ Planung von Einbindungen, Halterungen, Abbruch

g Partielles Reverse Engineering notwendig



▪ Große Projekte






▪ Spezialaufgaben, wie z.B. As-Built Abgleich

g Anpassbare Software notwendig



▪ Große Projekte










▪ Große Projekte










Trial and Error

Übersicht im Design Explorer geht verloren

Kein Räumlicher Bezug

▪ Große Projekte









Seite 6 TPE | AVEVA DACH 2015

▪ Große Projekte









Seite 6

Beispiel: Piping mit LFM

TPE | AVEVA DACH 2015

Vorhandene Lösungen sind umständlich

Externe Programme / Schnittstellen notwendig

▪ Große Projekte









Seite 6

Beispiel: Piping mit LFM

Beispiel: AVEVA Laser Modeller


Vorhandene Lösungen sind umständlich

Externe Programme / Schnittstellen notwendig

▪ Große Projekte










▪ Große Projekte










▪ Große Projekte










▪ Große Projekte










▪

Customizing AVEVA PDMS

ViewTools

Seite 8

View Tools Die Hauptform führt zum Teil Befehle direkt aus, sie kann aber auch weitere Formen öffnen.

Die Hauptform ist in Gruppen unterteilt:

- Modify VIEW wrt CE

- View

- Pointcloud

- Modify CE wrt VIEW

- Modify

- SCTNs

Diese Form kann an andere Fenster angedockt und über X geschlossen werden.


▪


ViewTools

Seite 8

Slider

Es gibt zwei Slider, einen horizontalen und einen vertikalen.

Die Slider werden bei Aufruf von ViewTools automatisch geöffnet.

Die Funktionalität der Slider ändert sich je nach gewähltem Befehl.

Die Slider können an andere Fenster angedockt und nicht über X geschlossen werden.

Die Funktionalität der Slider ändert sich je nach gewähltem Befehl in der Form View Tools. Sollte kein

Befehl gewählt sein, stehen 2 verschiedene Modi zu Verfügung, welche durch Drücken des Modus-

Schalters gewechselt werden können.


▪


ViewTools

Seite 8

Durch Schieben der Slider wird der Befehl in 1/100’tel Schritten ausgeführt.

Der Maximalwert kann durch Tastatur-Eingabe eingestellt werden.

Die Skala startet in der Mitte bei 0 und endet mit dem eingestellten Maximalwert.

Nach Loslassen des Sliders springt er zurück zur Mitte.

Modus VIEW drehen

Durch Schieben des vertikalen Sliders dreht sich die View um ihre X-Achse.

Durch Schieben des horizontalen Sliders dreht sich die View um ihre Y-Achse.

Modus VIEW schieben

Durch Schieben des vertikalen Sliders wird die View entlang ihrer Y-Achse verschoben.

Durch Schieben des horizontalen Sliders wird die View entlang ihrer X-Achse verschoben.


▪


ViewTools

Seite 8

Walkthrough Control Diese Form steuert den Walkthrough Modus.

Diese Form kann an andere Fenster angedockt und nicht über X geschlossen werden.

Durch Drücken der jeweiligen Schalter bewegt sich die Kamera in die gewählte Richtung, so lange bis

der Schalter erneut gedrückt wird.

Die Geschwindigkeit kann durch Eingabe des Wertes bei Step Width eingestellt werden.

„Autoload“ aktiviert das automatische Nachladen der Punktwolke im Sichtbereich.

„Low Density“ schaltet die Darstellung der Low Density Punkte ein bzw. aus.


▪


ViewTools

Seite 8

Background Colour Diese Form ermöglicht es, die Hintergrundfarbe einzustellen

Diese Form kann nicht an andere Fenster angedockt werden und kann über X geschlossen werden.

Durch Drücken auf eine der Farben oder Eingabe einer Farbnummer wird diese Farbe als

Hintergrundfarbe der View eingestellt.


▪


ViewTools

Seite 8

Pointcloud Control Die Form steuert die Punktwolkenauswahl.

Diese Form kann an andere Fenster angedockt und nicht über X geschlossen werden.


Add selected XGEOM to view

▪ Durch Aktivieren des Schalters werden die zur Mitte der

View nächsten Laserscan Standpunkte als Boxen

eingeblendet. Durch Auswahl einer dieser Boxen wird

die entsprechende Punktwolke geladen. Die Anzahl der

anzuzeigenden Standpunkte kann durch Eingabe eines

Wertes bei „Show neighbours“ bestimmt werden.

▪ Auf Festplatte vorhandene Punktwolken werden durch

eine gefüllte Box, nicht vorhandene Punktwolken durch

eine ungefüllte Box dargestellt.

Die am PC nicht vorhandenen Punktwolken können so

lokalisiert werden und evtl. noch durch Anstecken einer

weiteren Festplatte eingebunden werden.

▪ Standpunkte der selben Punktwolke werden als Kugeln

dargestellt.

ViewTools

Main Features

Seite 9

Box mit Maus wählen


Add selected XGEOM to view

▪ Durch Aktivieren des Schalters werden die zur Mitte der

View nächsten Laserscan Standpunkte als Boxen

eingeblendet. Durch Auswahl einer dieser Boxen wird

die entsprechende Punktwolke geladen. Die Anzahl der

anzuzeigenden Standpunkte kann durch Eingabe eines

Wertes bei „Show neighbours“ bestimmt werden.

▪ Auf Festplatte vorhandene Punktwolken werden durch

eine gefüllte Box, nicht vorhandene Punktwolken durch

eine ungefüllte Box dargestellt.

Die am PC nicht vorhandenen Punktwolken können so

lokalisiert werden und evtl. noch durch Anstecken einer

weiteren Festplatte eingebunden werden.

▪ Standpunkte der selben Punktwolke werden als Kugeln

dargestellt.

ViewTools

Main Features

Seite 9

ESC


Show Bubbleview in PDMS

Ähnlich der Funktion Add selected XGEOM to view,

jedoch werden noch weitere Einstellungen vorgenommen:

▪ Der Walkthrough Modus wird aktiviert

▪ die Kamera wird auf den Laserscan-Standpunkt

platziert

▪ die Kamera wird nach Norden ausgerichtet

▪ die Punktwolke wird um den Standpunkt herum mit

einer Box 10m x 10m x 10m beschnitten

Diese Kameraposition ergibt das deutlichste Bild ohne

„Schatten“.

Die Punkte in unmittelbarer Umgebung um den

Laserscan-Standpunkt haben die höchste Punktdichte.

ViewTools

Main Features

Seite 10

Box mit Maus wählen


Show Bubbleview in PDMS

Ähnlich der Funktion Add selected XGEOM to view,

jedoch werden noch weitere Einstellungen vorgenommen:

▪ Der Walkthrough Modus wird aktiviert

▪ die Kamera wird auf den Laserscan-Standpunkt

platziert

▪ die Kamera wird nach Norden ausgerichtet

▪ die Punktwolke wird um den Standpunkt herum mit

einer Box 10m x 10m x 10m beschnitten

Diese Kameraposition ergibt das deutlichste Bild ohne

„Schatten“.

Die Punkte in unmittelbarer Umgebung um den

Laserscan-Standpunkt haben die höchste Punktdichte.

ViewTools

Main Features

Seite 10

ESC


Walkthrough Modus

Die Ansicht wird von Orthogonal auf Perspektive und die

Kamera von Model auf Eye umgestellt.

Die Walkthrough Control Form wird geöffnet.

Die Perspektive (Ansichtstiefe) der View kann durch das

Maus Scrollrad verstellt werden.

Durch Deaktivieren wird die View wieder auf ihre Standard

Einstellungen gesetzt und die Walkthrough Control

Form geschlossen.

ViewTools

Main Features

Seite 11

Navigationstasten im Walkthrough Control


Walkthrough Modus








Form geschlossen.

ViewTools

Main Features

Seite 11



Walkthrough Modus








Form geschlossen.

ViewTools

Main Features

Seite 11



Walkthrough Modus








Form geschlossen.

ViewTools

Main Features

Seite 11



Walkthrough Modus








Form geschlossen.

ViewTools

Main Features

Seite 11



Load points in view volume

Durch Aktivieren des Schalters wird eine eingeblendete Punktwolke auf den

Bereich der Ansicht beschnitten. Die Low Density Points werden

ausgeblendet und die Punkdichte wird auf Maximal gestellt.

Clipbox around picked point(s) or center of view

Hier wird eine Box zum Beschneiden der Punktwolke definiert.

Das Verhalten des Befehls wird jeweils durch Angabe eines Punktes oder

durch ESC definiert.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Box zu definieren:

▪ Angabe von 2 Punkten aus der Punktwolke + 1 beliebiger Punkt der View

▪ Angabe von 1 Punkt aus der Punktwolke + 1 beliebiger Punkt der View

▪ Angabe von 1 beliebigem Punkt der View

▪ Angabe keines Punktes

ViewTools

Main Features


Resize points volume

Mit dieser Funktion wird die Größe der zuvor definierten Box zum

Beschneiden der Punktwolke über die Slider geändert. Nach Betätigen des

Schalters wird die Zuschneidebox mit den aktuellen Massen gezeichnet.

Der Modus-Schalter im Slider schaltet auf YZ, Pfeile an der Box zeigen die

Richtungen Y und Z. Durch Betätigen des Modus-Schalter im Slider kann

zwischen den Richtungen gewechselt werden:

YZ

vertikaler Slider = Z Richtung

horizontaler Slider = Y Richtung

XZ


horizontaler Slider = X Richtung

XYZ

vertikaler Slider = X, Y und Z Richtung

horizontaler Slider = X, Y und Z Richtung

ViewTools

Main Features


Resize points volume

Mit dieser Funktion wird die Größe der zuvor definierten Box zum

Beschneiden der Punktwolke über die Slider geändert. Nach Betätigen des

Schalters wird die Zuschneidebox mit den aktuellen Massen gezeichnet.

Der Modus-Schalter im Slider schaltet auf YZ, Pfeile an der Box zeigen die

Richtungen Y und Z. Durch Betätigen des Modus-Schalter im Slider kann

zwischen den Richtungen gewechselt werden:

YZ



XZ



XYZ

vertikaler Slider = X, Y und Z Richtung

horizontaler Slider = X, Y und Z Richtung

ViewTools

Main Features


Move points volume

Mit dieser Funktion wird die Position der zuvor definierten Box zum

Beschneiden der Punktwolke über die Slider geändert. Diese Funktion ist

besonders gut geeignet für Schnitte.

Nach Betätigen des Schalters wird die Zuschneidebox mit den aktuellen

Massen gezeichnet.

Der Modus-Schalter im Slider schaltet auf XZ, Pfeile an der Box zeigen die

Richtungen X und Z.

Durch Betätigen des Modus-Schalter im Slider kann zwischen den

Richtungen gewechselt werden:

YZ



XZ



ViewTools

Main Features


Move points volume

Mit dieser Funktion wird die Position der zuvor definierten Box zum

Beschneiden der Punktwolke über die Slider geändert. Diese Funktion ist

besonders gut geeignet für Schnitte.

Nach Betätigen des Schalters wird die Zuschneidebox mit den aktuellen

Massen gezeichnet.

Der Modus-Schalter im Slider schaltet auf XZ, Pfeile an der Box zeigen die

Richtungen X und Z.

Durch Betätigen des Modus-Schalter im Slider kann zwischen den

Richtungen gewechselt werden:

YZ



XZ



ViewTools

Main Features


Viewtools

Main Features

Create ELBOWS from

scanpoints

Die Funktion platziert ELBOWs im

Schnittpunkt der Richtung einer

Piping Komponente mit der Richtung

einer gescannten Pipe.

Der ELBOW wird platziert und der

ANGLE eingestellt.


Viewtools

Main Features

Create ELBOWS from

scanpoints






ANGLE eingestellt.

Seite 15

Die gescannte PIPE nach dem ELBOW anklicken.

Die Koordinaten, der Durchmesser und die

Richtung werden im Command Window

ausgegeben, eine flache Scheibe wird in der

Mitte der Pipe gezeichnet.


Viewtools

Main Features

Create ELBOWS from

scanpoints






ANGLE eingestellt.

Seite 15


Escape






Viewtools

Main Features

Create ELBOWS from

scanpoints






ANGLE eingestellt.

Seite 15


Escape





Click…


Viewtools

Main Features

Create ELBOWS from

scanpoints






ANGLE eingestellt.

Seite 15


Escape





Click…

Escape…


Viewtools

Main Features

Create ELBOWS from

scanpoints






ANGLE eingestellt.

Seite 15


Escape





Click…

Escape…

Click…


Viewtools

Main Features

Create ELBOWS from

scanpoints






ANGLE eingestellt.

Seite 15


Escape





Click…

Escape…

Click…

Escape…


Der ELBOW wird platziert.

Entweder die Funktion durch erneutes Betätigen

des Schalters deaktivieren oder die nächsten

ELBOWs platzieren.

ViewTools

Main Features

SCTN Control

Die Form ermöglicht die Auswahl und

Platzierung von Stahlträgern.

▪ Unterstützte Ermittlung von

Stahlträgern


ViewTools

Main Features

SCTN Control




Stahlträgern

▪ Auswahlmöglichkeit


ViewTools

Main Features

SCTN Control




Stahlträgern


Extend SCTN by mouse


ViewTools

Main Features

SCTN Control




Stahlträgern



Mit dieser Funktion lassen sich

SCTNs verlängern.

Der SCTN wird bis zum nächsten

Schnittpunkt mit den X/Y Achsen der

Maus verlängert.


ViewTools

Main Features

SCTN Control




Stahlträgern



Mit dieser Funktion lassen sich

SCTNs verlängern.

Der SCTN wird bis zum nächsten

Schnittpunkt mit den X/Y Achsen der

Maus verlängert.


Software Entwicklung

NEO3D

Seite 17

Die Softwarelösung zur Analyse und

Bearbeitung von Punktwolken

ermöglicht die Durchführung von

komplexen Berechnungen :

• Punktfilterung und Segmentierung

von Laserscan-Punktwolken

• Vollautomatische Erkennung von

Zylindern, Rohrbögen und Flächen

• Abgleich / Oberflächenanalyse zu

Planungsmodellen

Import- und Exportformate

Punktwolken: 3D-Objekte:

- ASCII - DXF

- PTX - STP

- IGES

- PML


•Baunachweis beim Neubau

•Erstellung und Aktualisierung CAD Modell bei

bestehende Anlagen

•Dokumentation der chronologischen Entwicklung

Basis: Methoden um schnelle

Positionsvergleiche zwischen Scanpunkten

und Geometrie durchzuführen

• Sehr große Datenmengen -> Lange

Bearbeitungszeiten, träge Interaktivarbeit

• Planer erfahren erhöhte Belastung durch

erforderliche Wolken-Verwaltung und

Lizenzkosten

Vor-Ort Aufmessungsarbeit > erhöhte CAD

Arbeit……wirklich ?

NEO3D

Auswertung von Scanstand gegen Modellstand

Ziele des As-Built Abgleichs:

Seite 18

Lageauswertung

Lagetoleranz Abweichung in mm


NEO3D

Hauptanwendungen

Seite 19

Erstellung von

Behördennachweisen

zwecks

Bauabnahme, usw.

Verwendung der Auswertung

Dokumentiert im Ergebnisbericht Identifizierte fehlende CAE

Objekte

Identifizierte nichtzugeordnete

Messpunkte

Vermessene

CAE-Objekte

Freie

Messpunkte

außerhalb

Toleranz

Nicht

vermessene

CAE-Objekte

Gebunde

Messpunkte

innerhalb

Toleranz

CAE Modell plus Laserscan Messpunkte


Bisheriger Einsatz des Programms

▪ Automatisierte Korrektur des Modells

▪ Auswertung von Scanstand gegen

Modellstand

▪ Vergleich zweier Scan-Stände

▪ Automatisierte Erstellung des

Modells

NEO3D

Automatisierte Korrektur des Modells

Aufgabe:

In einem PDMS Modell wurden

Halterungen für Kabeltrassen

geplant. Nach Errichtung soll aus

dem Planungsmodell ein As-Built

Modell erzeugt werden.

Eingabe:

Punktwolke und PDMS Projekt

Analyse:

Voll automatisch mit NEO3D


Optimierungsverfahren - numerische Optimierung der Modellobjektparameter

NEO3D


Seite 21

Del-x (mm) Del-Error

-20 101,93

-15 96,45

-10 92,11

-5 88,71

0 87,83

5 88,23

10 90,12

15 93,35

20 98,18

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Del-x (mm)

Del-Error



Gleichzeitige Optimierung mehrerer Elemente -

Beispiel SU

Wahl der Error-Funktion zur Vermeidung

induzierte Minima

RANSAC / Error-Clipping

Rückführung der geänderten Parameter ins

Modell, Kontrolle

NEO3D



Y, Alpha Error-Konturen

X,Y Error-Konturen

NEO3D


Resultat:

▪ Datal mit Lage-Korrekturwerten für

alle Halterungen.

▪ Datal mit Informationen über die

Anzahl der gefundenen Punkte auf

den Oberflächen, um die Qualität

der Berechnung abbilden zu

können.


NEO3D


Resultat in PDMS:

Rot = Planungsmodell

Grün = As-Built Modell nach Lage-

Korrektur


NEO3D


Resultat in PDMS:

Rot = Planungsmodell

Grün = As-Built Modell nach Lage-

Korrektur

TPE | AVEVA DACH 2015 page 25

NEO3D


Resultat in PDMS:

Anzahl der auf den Oberflächen

gefundenen Punkte.

g PDMS UDA :POX

Ergebnis: Oberflächenpunktdichte in

[#Punkte /m²]

Korrekt modellierte Objekte haben

~3000 bis 10.000 Punkte/m²; nicht-

passend oder zufällig beleuchtete

Objekte haben wenige hunderte, je

nach Scandichte und Filtergrad.


Techniken um die Datenmengen zu beherrschen

▪ Möglichst automatisiert

▪ Octree/kD-tree Index der Punktdaten

▪ Filtern, Segmentieren

▪ Minimierung der interaktiven Datenmenge: Entfernung der bestätigten

Scanpunkten g„Clean“

As-Built Abgleich

Techniken


Zur Identifizierung von

unterschiedliche

▪Zeitpunkte (Umbauten)

▪Betriebsstatus (kalt/heiss)

▪Scanarten

Anzeige :

Rot nur in Scan 1

Grün nur in Scan 2

Blau in 1 und in 2

g Nur mit Anwendung einer

Toleranz machbar

NEO3D

Vergleich zweier Scan-Stände


Automatische Erkennung der Flächen,

Zylinder, Tori in den Laserscandaten

Erstellung eines Störkantenmodells in

PDMS bestehend aus CYLI, PANE,

CTOR und BOX Elemente

NEO3D

Automatisierte Erstellung des Modells


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Kontakt Personen:

Herr Pascal Morovic

+49 (0) 621 6506 537

[email protected]

Herr Klaus Bach

+49 (0) 621 6506 272

[email protected]

Tebodin Peters Engineering GmbH

Karl-Räder-Straße 3–5

D–67069 Ludwigshafen

[email protected]

www.peters.bilfinger.com

TPE | AVEVA DACH 2015 page 30

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