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Einführung

Mit Hilfe des Laserscannings können reale Objektgeometrien digitalisiert werden. Die mit dem Abtasten der realen Umgebung durch einen Laserstrahl entstehenden Punktwolken können durch geeignete Softwaresysteme zur Weiterverarbeitung in 3D (CAD) Modelle transferiert werden.

Zum aktuellen Stand

Mit der Digitalisierung physischer Objekte durch 3D Laserscanner können hohe Potentiale ausgeschöpft werden. Dabei gibt es unzählige Anbieter und Modelle für verschiedenste Anwendungen und Zielsetzungen. Das Produktspektrum reicht von mobilen handgeführten Scannern bishin zu Scannern zur Vermessung ganzer Gebäude oder Häuserblöcken.  Im Rahmen der voranschreitenden Digitalisierung ist dabei ein stetig wachstendes Markwachstum, weltweit und in unterschiedlichen Branchen zu erkennen. Dies begründet sich in der Notwenigkeit des Erstellens von 3D Cad Modelle für unterschiedlichste Anwendungen und in der erhöhten Verfügbarkeit (und Kostenreduktion) angebotener Lösungen am Markt. Mit der Nutzung von 3D Laserscannern zur Qualitätskontrolle und Inspektion weißt dabei der Bereich Automotive den größten Käuferkreis auf.

Technologieverbreitung

Prototypen und Demonstratoren vorhanden
Branchenübergreifender Einsatz
KMU geeignet?

Technologiebeschreibung

Der Aufbau eines 3D-Laserscanners gliedert sich typischerweise in Scankopf und Ansteuerungselektorinik. Dabei dient der im Scankopf erzeugter Laserstrahl dem zeilen- oder rasterartigem Überstreichen realer Oberflächen von Objekten. Mit der sensorbasierten Detektion der von Oberflächen zurückgeworfener Laserstrahlen lassen sich Punktwolken (typische Datenformate: *.e57, *.xyz, *.ptx, etc.) erstellen, die von Anwender im Nachgang bearbeitet/weiterverarbeitet werden können. Oftmals dient eine zusätzliche HDR Kamera dem farblichen Codieren einzelner Punkte der Punktwolke um eine realistischere Darstellung zu erzielen.

Relevante physikalische Parameter zur Auswahl eines geeigneten Scanners sind:

  • Distanzgenauigkeit
  • Reichweite
  • IP-Klasse
  • Schnittstellen
  • Bildauflösung
  • Kompensation
  • Geschwindigkeit/Scanrate
  • Messrauschen

Abhängig von der eigentlichen Aufgabe und dem Anwendungsgebiet lassen sich verschiedene Arten bzw. Verfahren von Laserscannern unterteilen. Folgende Auflistung gibt einen Ausschnitt über derzeitige Verfahren:

  • Airborne Laserscanning
  • Terrestrisches Laserscanning
  • Handgeführte (3D) Laserscanner
  • Konofokales Lasecanning

Einsatzgebiete

Laserscanner können überall dort Einsatz finden, wo eine Digitalisierung bereits bestehender realer Objekte gewünscht ist, wie z.B zum Einscannen von:

  • Bauwerken im Bauwesen
  • Ruinen in der Archäologie
  • Bestandsanlagen im industriellen Umfeld
  • Menschen (3D Bodyscanner)

Allgemein können nachfolgende Kategorien hinsichtlich Einsatzgebiet von Laserscannern aufgelistet werden:

  1. für Bestandsaufnahmen
  2. für Topografieaufnahmen
  3. für Detailvermessungen

Als ein typisches Anwendungsszenario kann bspw. das Einscannen von Bestandsanalgen veranschaulicht werden. Mit der Digitalisierung von Anlagen zu denen keine aktuellen 3D CAD Modelle vorliegen können hohe Potentiale ausgeschöpft werden. Einerseits können neue Bauteile und Komponenten detailliert für die Anlage entwickelt/konstruiert werden, andererseits kann die Kompatibilität zur weiteren Anlagen simulativ veranschaulicht werden.

Bildquelle: https://precisionpointinc.com/3d-laser-scanning-solutions-renovations/

Chancen für KMU

Präzise und schnelle Digitalisierung von Bestandsanalagen

Berührungslose Aufnahme

Hohe Mobilität

Umfassende Möglichkeiten zur Weiterverarbeitung der Punktwolken

Schrittweise Einführung einer

  • Schritt 1: Identifkation der Ausgangssituation

    Zu Beginn muss die Ausgangssituation und Zielsetzung genauer spezifiziert werden. Für welchen Aufgabenbereich möchten Sie einen Laserscanner anschaffen? Möchten Sie bspw. für Bauarbeiten eine ganze Häuserfront digitalisieren oder eine einzelne Maschinenkomponente detailliert abscannen? Wichtige Parameter an denen Sie sich orietieren sollten sind hier bspw. Reichweite und Distanzgenauigkeit.

    Weiterhin sollte im Vorfeld festgelegt werden, wie der Scanner seinen Einsatz findet. Benötigen Sie einen kleinen, mobilen Scanner oder ein größeres Gerät mit erhöhter Reichweite?

  • Schritt 2: Auswahl des richtigen Scanners

    Vergleichen Sie relevante Anbieter und Modelle. Je nach Anwendungsgebiet und Zielsetzung können Preise für 3D Laserscanner stark variieren. Suchen Sie den für sich passenden, wirtschaftlichsten Scanner. Anbieter von 3D Laserscanner sind bspw. Leica, Faro, ARTEC.

  • Schritt 3: Software

    Zuzüglich zum eigentlichen Scanner erhalten Sie typischerweise Softwaresysteme als Apps für mobile Endgeräte oder Dektopversionen. Diese dienen einerseits zur Ansteuerung und Konfiguration des Scanners am Einsatzort, anderseits zur Weiterverarbeitung der entstehenden Punktwolken. Informieren Sie sich bei dem jeweiligen Hersteller über die einzelnen Funktionsumfänge und ggfs. Add-Ons und Schnittstellen zu Softwaresystemen die Sie bereits im Einsatz haben (bspw. zu CAD Programmen wie Solidworks).

  • Schritt 4: Scanvorgang

    Abhängig von zuvor eingestellten Parametern kann die Zeit des eigentlichen Scans unterschiedlich lange dauer. Sollten Ihre Anwendung das Scannen aus verschiedenen Blickwinkeln erfordern, können Sie mehrere Scans zu einem Bundle zusammenfügen. Technologisch kann das auf zwei Wegen gelöst werden.

    1. Algorithmen finden automatisiert relevante Punkte (bspw. Raumecken) in mehreren Scans und überlagern die einzelnen Punktwolken zu einem Gesamtkonstrukt (bspw. Leica BLK 360).
    2. Positionieren Sie mehrere Hilfskugeln/Referenzkugeln im Raum. Die Software findet diese Referenzkugeln automatisiert und überlagert entsprechend die Punktwolken (bspw. Faro)

    Sollte das relevant für Sie sein, beachten Sie dies bei der Auswahl des Scanners.

  • Schritt 5: Nachbearbeitung

    Abhängig von dem gewünschten Ziel kann die Nachbereitung einen hohen zeitlichen Umfang mit sich ziehen. Entsprechendes (Experten-)Wissen im Umgang mit der zugehörigen Softwarelösung ist hier notwendig.

    Zum heutigen Zeitpunkt gibt es übergreifend keine intelligenten Systeme die einzelne Objekte in der gesamten Punktwolke erkennen können. Die Aufgabe des Zuschneidens der Punktwolke und Definition einzelner aufgenommener Punkte zu einem zusammengehörigen Körper ist typischerweise hier vom Menschen zu übernehmen. Ausnahmen sind Strukturen wie Rohre oder Stahlträger in verschiedenen Ausprägungen, die automatisiert von den Softwaresystemen erkannt werden. Mit der Aufbereitung der Punktwolke und der Überführung in ein typischen 3D Format (bspw. *.obj, *fbx), aufgebaut aus einer vielzahl an Polygonen (Mesh) , kann eine Weiterverarbeitung mit CAD- oder Simulationsprogrammen erreicht werden.

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