Einsatz des optischen Messsystems TRITOP beim Aufbau von Offshore-Windenergieanlagen

Einsatz des optischen Messsystems TRITOP beim Aufbau von Offshore-Windenergieanlagen

Die Einzelteile von Windenergieanlagen werden in der Regel an verschiedenen Orten gefertigt und oft zum ersten Mal bei der Montage auf hoher See zusammengefügt. Montageflächen und Verbindungen von Türmen und Fundamenten müssen vor der Montage unabhängig voneinander kontrolliert werden, da Probleme, die vor Ort auftreten, die Offshore-Montage noch schwieriger machen. Um einen reibungslosen Aufbau der Offshore-Windenergieanlagen zu gewährleisten, wird das optische Messsystem TRITOP zur Überprüfung der Montageflächen und Befestigungsbolzen eingesetzt.

Inspektion der Montagebolzen auf den Offshore-Fundamenten

Für den Aufbau von Offshore-Windenergieanlagen werden an Land spezielle Betonfundamente gefertigt. Diese haben eine Höhe von über 20 m und einen Durchmesser von ca. 10 m auf der oberen Plattform. Die fertigen Fundamente werden mit einem Schiff zur Zielposition geschleppt und im Meeresboden verankert, wobei die Plattformoberkante etwa 2–4 m aus dem Wasser ragt. Windturbinen sind sehr hoch, weshalb die Türme aus mehreren Teilen bestehen. Auch diese Türme werden zu ihrem Ziel auf See transportiert und dann direkt vor Ort mit einem speziellen Schwimmkran aufgebaut. Für die Montage des untersten Turmsegments sind 120 Stahlbolzen in zwei Kreisen angeordnet in das Betonfundament eingelassen.

Betonfundament auf See verankert.

Position der Montagebolzen im Betonfundament und Vorbereitungen zur Messung.

Da Fundamente und Turmelemente an verschiedenen Orten gefertigt werden, ist ein Testaufbau an Land selten möglich. Passen die Montagebolzen im Fundament jedoch nicht zu dem Lochbild im untersten Turmsegment, müssen vor Ort zeitintensive Anpassungen vorgenommen werden – zusätzlich zur ohnehin schwierigen Montage des Turms auf hoher See. Durch den Einsatz des sehr teuren Schwimmkrans können dabei extreme Zusatzkosten und große Verzögerungen entstehen.   
Um solche Probleme zu vermeiden, wird das optische Messsystem TRITOP eingesetzt, um die Bolzen direkt nach der Fertigung des Fundaments an Land und auch nach der Verankerung des Fundaments im Meer zu inspizieren und überprüfen, wobei die Positionsabweichung auf die benötigte Genauigkeit von 1/10 mm geprüft wird.

Dabei stellen auch kritische Rahmenbedingungen wie der eingeschränkte Platz und Messabstand auf den Betonfundamenten, der kräftige Wind oder die fehlende Stromversorgung keine Herausforderung für die Messung mit dem mobilen und kompakten TRITOP System dar. Falsch positionierte oder schräg stehende Montagebolzen auf den Fundamenten können schnell und mit der erforderlichen Genauigkeit identifiziert werden, sodass die Position der Bolzen vor dem Beginn der Turmmontage korrigiert werden kann.

Messung von 120 Montagebolzen mit dem TRITOP System auf dem offenen Meer.

Messungen mit dem photogrammetrischen TRITOP System

Für die Messung werden Messmarken und zwei Maßstäbe direkt auf dem Fundament platziert. In der Zwischenzeit werden kundenspezifische Adapter für die Messung der Bolzen hinsichtlich Zylinder, Löcher, Kugeln und Randkanten angebracht. Die Photogrammetriekamera des TRITOP Systems nimmt dann Bilder des Messfeldes aus verschiedenen Blickrichtungen auf.

Noch während des Messvorgangs werden die Bilder automatisch auf den Laptop übertragen. Anhand aller erfassten 2D-Bilder werden die 3D-Koordinaten der Messmarken direkt über den Bündelausgleich berechnet. Zwei zertifizierte Maßstäbe garantieren die Genauigkeit des Messergebnisses und vermeiden Fehler, die durch die Zusammensetzung der Einzelbilder entstehen könnten. Sofort nach der Bildübertragung werden in der TRITOP Software die 3D-Koordinaten aller 120 Montagebolzen anhand des eindeutigen Punktemusters auf den Adaptern innerhalb weniger Minuten berechnet. Durch die Auswertung noch vor Ort kann die Messung auf Vollständigkeit geprüft werden.

Abhängig von der Definition der Adapter können einzelne Punkte oder die Achse der Montagebolzen berechnet werden, sodass die Position oder auch die Ausrichtung jedes einzelnen Montagebolzens bestimmt werden kann. Die TRITOP Software ermöglicht das Erstellen von Messberichten sowie den Export von Messdaten in Tabellen. Reportvorlagen können für individuelle Messaufgaben kundenspezifisch angepasst werden.

Messbericht in der TRITOP Software mit der Position der Montagebolzen und GD&T-Details

Das TRITOP System ist sehr mobil und flexibel. Die gesamte Ausstattung, bestehend aus einem Kamerakoffer, einem Laptop sowie einem Maßstabskoffer, kann problemlos von einer Person transportiert werden. Für den Messablauf ist ebenfalls nur eine Person erforderlich. Die Vorbereitung der Messung dauert weniger als 30 Minuten, die Messung selbst etwa 10 Minuten. Somit kann, inklusive des Übersetzens per Schiff zum nächsten Standort, für jedes Fundament etwa eine Stunde einkalkuliert werden.

Das leicht zu transportierende optische Messsystem TRITOP ermöglicht die präzise Vermessung und Kontrolle von Montagebolzen und -flächen. Dadurch können mögliche Probleme durch falsch positionierte oder schräg stehende Montagebolzen bereits vor der Montage identifiziert und behoben werden. Aufgrund des leichten Messequipments und des einfachen Messablaufs kann die Inspektion von über 120 Montagebolzen pro Plattform durch eine einzelne Person erfolgen. Die Messdatenauswertung direkt vor Ort garantiert, dass alle Merkmale korrekt erfasst wurden.

Durch die Kontrolle von Montageflächen mittels optischer Messtechnik kann ein reibungsloser Aufbau von Offshore-Windenergieanlagen ohne die Gefahr von hohen Zusatzkosten und zeitlichem Mehraufwand gewährleistet werden

TRITOP

Portables KMG-System zur Koordinatenmessung von dreidimensionalen Objekten

TRITOP