nieuws

Afstand meten met geluid goedkoper dan met licht

bouwbreed

Afstanden meten met geluid is gemakkelijker dan met licht. Het is daarom goedkoper om automaten te voorzien van akoestische dan van optische meetinstrumenten. Dat geldt ook voor robots op de bouwplaats. Dat is de mening van B. Snoeck, senior consultant bij het Centrum voor Micro-Electronica te Delft. Hij pleit voor het gebruik van ultrageluid voor meten en plaatsbepalen (ultrageluid is geluid met een zeer hoge frequentie, voor mensen onhoorbaar).

“Het middelgrote en kleine bouwbedrijf heeft niet de middelen om dure apparatuur te ontwikkelen of aan te schaffen” , aldus Snoeck. “Maar automatiseren van het werk op de bouwplaats is nu eenmaal niet mogelijk zonder apparaten die zelf ke bepalen waar zij zich bevinden. Het gebruik van ultrageluid kan de kosten daarvan beperken.”

De snelheid van geluid (in lucht) is 340 meter per seconde, die van licht is circa 300000 km per seconde. Een akoestisch signaal wordt dus later ontvangen dan een optisch signaal. In de tussentijd kan de computer de resultaten van de vorige meting evalueren. De snelheid van moderne pc’s is hoog genoeg om de akoestische signalen te verwerken tot een bruikbaar beeld. Voor het verzenden en ontvangen van ultrageluid maakt men gebruik van eenvoudige sensoren, die zowel als luidspreker als als microfoon dienstdoen. “Zon systeem hoeft niet duur te zijn. De hardware (computer en sensoren) is op het moment al voor minder dan f.5000 te koop” , aldus Snoeck.

Navigeren Er is een verschil tussen automatiseren op de bouwplaats en in de fabriek. Op de bouwplaats staat het te bewerken produkt over het algemeen stil en bewegen de werknemers en het materieel zich ten opzichte van het produkt. In de industrie is meestal sprake van een soort lopende band. De produkten bewegen zich door de fabriek en worden onderweg in fasen bewerkt. Bij industriele automatisering bestaat er dus minder behoefte aan kennis van de omgeving. Op de bouwplaats daarentegen moeten automaten precies weten waar zij zich bevinden, voordat ze aan een bewerking van het produkt beginnen.

“Automaten voor de bouw moeten goed ke navigeren” , legt Snoeck uit. “Zij moeten zich over de bouwplaats bewegen en hebben daarom veel behoefte aan ‘ogen en oren’. Zij zijn wat dat betreft te vergelijken met autonome voertuigen. Voorbeeld van zulke voertuigen zijn de zichzelf besturende steekwagens in automatische magazijnen. Robots voor op de bouwplaats hebben ook een goed beeld van hun omgeving nodig.”

Het is in de bouw gebruikelijk om metingen te verrichten met laserstralen. Het meest bekend is de toepassing van laserlicht in waterpasinstrumenten. Het Centrum voor Mechanische Constructies TNO (een afdeling van TNO-Bouw te Delft) heeft dit uitgebreid tot het Capsy-systeem, een apparaat dat in een horizontaal vlak zijn plaats weet te bepalen met behulp van een driepuntsmeting.

Het laserlicht valt op drie plaatsen op een barcode aan de wand. “De licensie van dit apparaat is naar Spectra-Physics gegaan en qua vormgeving en robuustheid is het al op de bouwplaats afgestemd” , aldus ir. R.P.W.J. Kloek van het Centrum.

Gewicht De gedachte gaat nu uit naar de ontwikkeling van een automaat voor de bouwplaats, die met behulp van zowel het Capsy-systeem als ultrageluid zijn weg weet te vinden. “Een kritische factor is het gewicht” , stelt Kloek. “De automaten in de industrie zijn meestal zwaar en daardoor stijf, wat gunstig is voor het positioneren. Het gewicht speelt daarbij niet zon grote rol, omdat het produkt wordt verplaatst en de automaat blijft staan. De bouw echter heeft behoefte aan lichte automaten, die zwaar werk ke verrichten. Dat zijn minder stijve systemen, die goed moeten worden bijgeregeld aan de hand van hun waarnemingen.”

Bij de Technisch Physische Dienst (TPD) van TNO en TUDelft wordt gewerkt aan het waarnemen van de omgeving met behulp van geluid. Een wagentje met sensoren rijdt langs een bepaalde route door een maquette op ware grootte.

Het uitgezonden ultrageluid weerkaatst tegen wanden, deuren en kolommen. Het wordt opgevangen en door een computer verwerkt tot een beeld. Eventueel wordt dit beeld vergeleken met ingevoerde gegevens, zoals een getekende plattegrond. De computer bepaalt aan de hand van de tekening en de waarnemingen de meest waarschijnlijke vormen van de omgeving van het wagentje. Als de graad van waarschijnlijkheid voldoende is besluit de computer dat er sprake is van een wand, een deur of een ander obstakel.

Arbo Volgens ir. L.F. van der Wal van de TPD is de drijvende kracht

ter de ontwikkeling van automaten voor de bouw meestal een kwestie van arbeidsomstandigheden. “Bij repeterend of vuil werk is het aantrekkelijk om een automaat in te schakelen” , aldus Van der Wal. “Dat komt de veiligheid ten goede. Een automaat kan ook goedkoper zijn dan handarbeid. Er zijn situaties waarin een robot noodzakelijk is, bijvoorbeeld in een radioactieve omgeving, zoals bij werkzaamheden aan een kernreactor.” Een ander voorbeeld is een metselautomaat, die de steenlaag in de hoogovens van een staalfabriek in Luxemburg eens in de drie weken herstelt.

Een dergelijke robot wordt ook wel ‘telemanipulator’ genoemd. In Europees verband zijn zestien verschillende ‘telemannen’ ontwikkeld, die elk een bijzondere eigenschap hebben, zoals behendigheid, observatievermogen, mobiliteit, bestendigheid tegen vervuiling, hitte of straling, enzovoort.

Ook de vraag naar een bepaalde kwaliteit van het bouwprodukt kan leiden tot het gebruik van een robot. Dat is het geval bij het automatisch boren van tienduizenden gaten voor de verankering van spoorrails op beton. Het is een gezamenlijk initiatief van de HBW, Strukton, Hilti en TNO-Bouw. Eind januari wordt de robot in een proefopstelling getest. “Deze automaat moet zeer nauwkeurig werken” , aldus Kloek.

“Het gaat om millimeters. De robot moet zich een beeld vormen van de wapening, alvorens te boren, omdat de wapening in geen geval mag worden geraakt. Dan zouden er zwerfstromen ke optreden, die het functioneren van de elektrotechnische voorzieningen verstoren.”

Nauwkeurigheid De meest eenvoudige toepassing van ultrageluid is het bepalen van afmetingen met een electronisch doosje. Voor makelaars een uitkomst, want met zon apparaatje zijn zon der meetlint of duimstok de binnenmaten van een gebouw eenvoudig te bepalen. De nauwkeurigheid (circa 1:500) is echter niet groot. “Met wat moeite is echter een nauwkeurigheid van 1:5000 haalbaar” , aldus Van der Wal. “Zonder correctie van de waarneming is 1:1000 mogelijk. Dat is voor de meeste toepassingen in de bouw voldoende.”

De laatste ontwikkeling op het gebied van waarnemen met ultrageluid is een verzameling van 32 sensoren, die in een cirkel zijn geplaatst. De vorm van de behuizing is zo, dat het geluid weerkaatst en in een horizontaal vlak wordt uitgezonden. De sensoren geven tegelijkertijd of beurt om beurt een impuls met een piekfrequentie van circa 80000 Herz. Het geluid weerkaatst tegen vormen in de omgeving en wordt door de sensoren ‘gehoord’. Een computer (of ‘dedicated processor’) berekent razendsnel wat het apparaat ‘waarneemt’

en maakt een print van de omgeving (op het scherm of op een printer). Het beeld geeft niet alleen informatie over afstanden, maar ook over de textuur van de waargenomen oppervlakken. Een vlakke wand weerkaatst het geluid direct, terwijl een ruw wand zorgt voor ‘scattering’ (een spreiding van het geluid).

Echografie “Het gebruik van ultrageluid is in sommige sectoren al heel gewoon” , aldus Snoeck. “Bijvoorbeeld in de medische sector (‘echografie, het waarnemen van een ongeboren kind in de moederbuik) en in de supermarkt (voor het herkennen van lege statiegeldflessen). Ook in de civiele techniek is ultrageluid ingeburgerd voor het inspecteren van constructies onder water en het aftasten van de zeebodem. De Wegmeetdienst te Apeldoorn maakt gebruik van ultrageluid voor het waarnemen van spoorvorming in het wegdek van autosnelwegen. En met behulp van ultrageluid zijn ook objecten in de ondergrond waarneembaar.”

Binnen de bouw zijn er ongetwijfeld mogelijkheden voor toepassing van ultrageluid.

“Het CME biedt toeleveranciers en aannemers de gelegenheid om kennis te maken met deze methode’, aldus Snoeck. “We richten ons in het bijzonder op onderzoek voor het midden- en kleinbedrijf, ook voor de bouw.”

Verzameling van 32 sensoren voor het waarnemen met ultrageluid in een horizontaal vlak.

Reageer op dit artikel
Lees voordat u gaat reageren de spelregels