Met een drone van binnen naar buiten

In 2010 ging landmeter Liesbeth Buyck (33) met Think 3D van start om nauwkeurige laserscans te verzorgen voor industriële klanten.

Trefwoorden: #3D laserscans, #drone, #Faro-laserscanner, #Liesbeth Buyck, #Michaël Daris, #multicopter, #Think 3D, #wetgeving

Lees verder

maint_art

Download het artikel in

ENGINEERINGNET.BE - Aanvankelijk als een afdeling van E&I Projects, het bedrijf dat haar partner in 2007 oprichtte.

Maar straks, àls de ‘drone-wetgeving’ erdoor komt, het bedrijf gecertificeerd is en Buyck en collega’s hun pilootbrevet halen, gaat de bvba ‘solo’ om 3D-laserscans uit te voeren van op een drone of multicopter.

Huidige toepassingen vindt Think 3D in het nauwkeurig opmeten van allerlei structuren -tankparken, piperacks, analyses van torsingen, genereren van iso’s,... De meeste industriële gebouwen zien er al lang niet meer uit zoals ze ooit op plan werden gezet.

De laserscanner reconstrueert hoe de zaken er vandaag bij staan. Dat is o.a. nuttig bij het verplaatsen van installaties, uitbreidingen en shutdowns. Is er voldoende ruimte? Zijn er risico’s op clashes? Voordeel voor de klant?

Die hoeft geen stellingen te bouwen om op te meten en vaak hoeft de productie niet eens stilgelegd te worden. De lat van de industrie ligt echter zeer hoog en vergt millimeterwerk. Daarom focust Think 3D zich op deze niche.

De Faro-laserscanner, die Buyck gebruikt, meet doorgaans van op een vaste plek op de grond met een nauwkeurigheid van 1 à 2 mm. Dat geeft zelfs aan of een leiding sloop ligt of niet.

Een goed beeld hebben van de installatie is een kwestie van veiligheid, nodig voor de verzekeringen,... De scanner combineren met een drone trekt de toepassingen wijd open. Metingen in het kader van een bouwaanvraag, bijvoorbeeld. Volumemeting van bulk voor inventaris,...

Klanten als Total, Monsanto, Indaver,... wil ze nu ook aanspreken voor 3D-scans vanuit de lucht. Think 3D zal naast de scandrone eveneens een multidrone en thermodrone inzetten. Think 3D biedt reeds diensten aan voor inspecties in binnenruimtes zoals productiehallen en tanken.

Grootste drone van het land
Eind 2013 deed Buyck via het Vlaams Agentschap Ondernemen en de KMO-portefeuille Technologieverkenning een beroep op drone-expert Jon Verbeke - die doctoreert aan de KULeuven en doceert in Oostende - voor een haalbaarheidsstudie. «Mijn marktstudie vond maar twee geschikte drones.

Een derde optie was zelf een multicopter te bouwen en de apparatuur om de scanner daarop te monteren te ontwerpen. En te zien hoever je komt met bestaande componenten». Op die manier zou men alvast goedkoper van start kunnen en basisapplicaties uittesten om later, afhankelijk van de marktrespons, uit te breiden.

Een mooi voorbeeld van hoe universiteiten via dienstverlening bedrijven helpen innoveren. De keuze van Think 3D voor deze derde weg resulteerde tegelijk in een IWT-innovatieproject.

«De combinatie van drone-3D laserscanner staat in Europa nog nergens op punt», aldus Buyck die in zee gaat met Michaël Daris en RC Take Off uit Overijse om nu de grootste drone van het land te bouwen.

De multicopter heeft een diameter van 2,35 m en weegt 12 kg inclusief de twee batterijen van 2,5 kg elk. Zonder extra gewicht kan hij een uur vliegen. Elke kilogram erbij vermindert de vliegtijd exponentieel.

De laserscanner weegt 5 kg. De gimbal weegt een extra 5 kg. Deze drone kan een payload van 25 kg tillen. Aan elk van de vier armen stuwen twee borstelloze, driefasige motoren twee carbonschroeven van 26 inch  (66 cm) aan. Contra-rotatief.

Dat creëert een vacuüm tussen beide schroeven waardoor het hele toestel stabieler vliegt. De meerlagige carbonvezeltubes en platen leveren zowel de nodige rigiditeit van de structuur als een eerste trillingsdemping.

Veiligheid en nauwkeurigheid
Alle elektrische leidingen in de buizen zijn geïsoleerd tegen externe storingen. Het elektronisch circuit is bovendien volledig redundant. De multicopter blijft in de lucht ook al valt er één of zelfs twee motoren uit...

«Alles mag uitgenomen het uitvallen van twee motoren op dezelfde arm», stelt bouwer/integrator Daris. Opdat de scanner, die in een gimbal -een zelfstabiliserende gondel onder de drone- meegedragen wordt, een volledige 360° in het horizontale vlak zou kunnen scannen, worden beide landingsbenen in de vlucht met traploze motoren opgetrokken.

«Wij doen aan frequentie hopping om niet te interfereren met de kanalen van kranen of zo», zegt Daris. Meestal gebruikt zijn afstandsbediening de 2,4 GHz UHF-band. De typische WiFi-band. Maar ook de 5,8 GHz band die weliswaar een korter bereik heeft maar meer bandbreedte.

Voor het doorsturen van live camerabeelden wordt een Full HD downlink opgezet. «De klant staat dan naast ons. Wij lopen een traject af en houden de drone stil als de klant stop roept. Dan kunnen we onmiddellijk inzoemen op een bepaald punt en er beelden van nemen». Het is de bedoeling het laserscannen via drone ‘binnenshuis’ te beginnen.

Haalt men met de vaste laserscanner een nauwkeurigheid van enkele millimeters, dan schuift dit in de lucht snel naar 2 à 3 cm, o.a. afhankelijk van wind/turbulenties. In mist, stoom, regen of sneeuw is de laserscanner minder efficiënt.

Het laserlicht bots immers op de waterdruppels. Met RTK-Real Time Kinematics-gps en grondstations kan een nauwkeurigheid gehaald worden van zo’n 40 cm, het toestel schommelt tot  20 cm links, rechts, voor of achter in zijn vlak.

Met sensoren op de drone en borstelloze motoren op de gimbal wordt de camera stabiel gehouden -tot 0,02° nauwkeurig. Dat is tot 3 cm nauwkeurig op 20 m.

«Dat kunnen we verder finetunen door verschillende technieken te combineren». Er kunnen ook referentiepunten in de omgeving aangebracht worden. Dat vergt wel een extra activiteit.

De scanresultaten, de puntenwolken die op verschillende plekken werden opgenomen, kunnen softwarematig geregistreerd worden om afwijkingen uit te balanceren. Uiteindelijk zet Think 3D de puntenwolk om naar een CAD-bestand.

De uitdaging
«Onze uitdaging bestaat er in de drone te integreren in de industrie», zegt Buyck. Het gaat o.a. om technische procedures, veiligheidscertificaten, een vuur- of werkvergunning, het afbakenen van het terrein, afstanden respecteren van technische installaties, het gebruik van bepaalde frequenties...

Je moet VCA-gecertificeerd zijn. Wat zal de klant opleggen inzake persoonlijke veiligheidsmiddelen? «Zo wordt de vraag naar ‘explosievrij’ wel gesteld maar het was nog geen struikelpunt», zegt Buyck. Kan er in de vliegzone tegelijk nog gewerkt worden? De eerste testvluchten gebeuren nu bij klanten boven braakliggend terrein. De testvluchten met 3D-scanning in binnenruimtes komen er aan.

Het traject kan ‘automatisch’ afgevlogen worden maar hier houdt de piloot toch liever de touwtjes in handen. «Als we de werken starten hebben we steeds een vluchtplan. Tijdens het vliegen mag ook niemand tegen de piloten spreken om afleiding te voorkomen», zegt Buyck die zelf een vliegcursus volgt: 32 uren theorie en 12 uren praktijk.

Vervolgens examen op de droneschool. Slaagt ze, dan is het wachten op de uitnodiging om ook bij de luchtmacht examen af te leggen. «In België is er nu niet echt concurrentie op 3D-laserscanning in de lucht. Uit het buitenland is die nihil».

Als de drone-wet erdoor komt, zal er een prijsconcurrentie ontstaan voor ‘doorsnee’ opdrachten met drones, verwacht Buyck. Toegang tot de industrie is echter minder evident. Buyck hoopt er als eerste de opgebouwde voorsprong met 3D-scannen een nieuwe dimensie te geven.

Nu alvast in binnenruimtes en vandaar -hoopt ze met een gunstige wetgeving- ook buiten. Think 3D werkt ondertussen met zes mensen.


(foto's: Think3D, LDS)
door Luc De Smet, Engineeringnet

Kader 1:
Alles staat of valt met de wetgeving
Vandaag is het gebruik van drones en onbemande multicopters voor commerciële doeleinden in principe verboden in België. Veiligheid -denk luchtvaart maar ook kerncentrales en industriële installaties- maar ook privacy zijn belangrijke consideraties.

Het mag bij wijze van uitzondering voor wetenschappelijke doeleinden. Drones worden hier voor de rest gelijk geschakeld met bemande vliegtuigen... Toch telt België zo’n 125 bedrijven die drones bouwen en of ermee vliegen. Maandelijks zouden er zo’n duizendtal kleinere drones -die toch een paar kilogram wegen- verkocht worden.

«Het is wachten tot het eens mis gaat», horen we bij gesprekspartners. Er is al even een wetgeving in de maak. In 2012 was er een poging tot KB maar het vooruitstrevende totaalpakket werd danig afgezwakt en geraakte niet verder. Het blijft ook nu onder federaal minister Jacqueline Galant nog even wachten.

Verschillende partijen worden gehoord. Het Bestuur van de Luchtvaart, Belgocontrol en de Luchtmacht maar ook de ‘gebruikers’ die niet stilzitten ondertussen. De Belgische Vereniging voor Onbemande Luchtvaart of BEUAS telt organisaties en bedrijven als Flying-Cam maar ook Septentrio, Symbiosys en zelfs Sonaca, INBO, ILVO en KMA,...

Ten vroegste zou er iets in de herfst komen. Vorig jaar verduidelijkte ook de Europese Commissie zijn standpunt inzake ‘remotely piloted aircraft systems’ (RPAS).


Kader 2:
Vliegen op je zesde...
RC Take Off -RC staat voor Radio Commanded- is een firma waarmee Michael Daris (34) in 2010 van start ging, er werken nu drie mensen. In mei opent Michael zijn nieuwe dronewinkel en -atelier. Daarmee zoekt hij het moeilijker werk op.

«We bouwen nu twee à Drie drones per week op maat van klanten». Daris is licentiaat Lichamelijke Opvoeding. Hij studeerde ook drie jaar verpleegkunde, deed twee jaar spoed en intensieve, één jaar rampengeneeskunde en heeft verschillende brandweerbrevetten op zak.

Hij is ook privé-piloot. Voor de speciale drones zoals deze van Liesbeth doet hij , voor de berekeningen althans, beroep op een burgerlijk ingenieur in de luchtvaart Jean Philip Vandamme.

«Ik vlieg sinds ik zes was». Eerst met modelvliegtuigen maar nu ook op Cessna. Hij is instructeur voor telepiloten aan de droneschool ‘EspaceDrone’ op de ULModrome in het Waalse Liernu. Daris is ook actief in het servicebedrijf Drone Media Services bvba dat drie medewerkers telt.

Het blijkt een moeilijke niche om mensen met de nodige expertise te vinden. Het vergt technische profielen met ‘vleugels’. Die vindt hij al eens bij modelbouwers.