Virtuelle Planung

Artikel vom 30. Juni 2017 

Virtuelle Planung mit 3D-Laserscanning

Meterstab, Stift, Notizblock und ein gutes Auge – mehr braucht man nicht um Gebäude oder Anlagen zu vermessen. Oder doch? Wie in vielen anderen Bereichen des Lebens hält die Digitalisierung auch hier Einzug.

Seit einigen Jahren hat 3D-Laserscanning die Möglichkeiten zur Dokumentation und Planung in Archäologie, Architektur und Industrie revolutioniert. Die dreidimensionale Visualisierung von Gebäuden oder komplexen Geometrien ermöglicht eine genauere, sicherere und schnellere Arbeitsweise.

Laserscanner arbeiten, wie schon der Name sagt, mit Laserlicht. Während eines einzelnen Scanvorgangs wird eine kurze Abfolge von Schritten mehrere Millionen Mal durchgeführt: Der Scanner sendet einen Laserstrahl aus, der von der Umgebung reflektiert wird. Die Empfangsoptik des Scanners nimmt den Strahl wieder auf. Das vom Scanner empfangene Laserlicht wird durch spezielle Messverfahren ausgewertet.

Von der Punktewolke zum realen Abbild

Der 3D-Laserscanner wird auf einem Stativ befestigt und dreht sich langsam mittels eines Standardservomotors um eine vertikale Achse. Ein Spiegel, der mit mehreren Hundert Umdrehungen pro Minute um seine horizontale Achse rotiert, lenkt den ausgesendet Laserstrahl ab. Dabei tastet der Laser in einem bestimmten Umkreis alle Oberflächen um ihn herum ab, erfasst die Intensität des reflektierten Signals und erstellt Millionen kleiner Messpunkte – bis zu 976.000 Punkte pro Sekunde. Diese Messpunkte ergeben ein Bild der Umgebung in Form von einer Punktewolke. Der Scanner verknüpft diese Punkte mit Fotos der realen Umgebung. Das Ergebnis ist ein Abbild der Oberflächen im dreidimensionalen Raum.

Die Messpunkte ergeben ein Bild der Umgebung in Form von einer Punktewolke, die der Scanner mit Fotos der realen Umgebung verknüpft.
Die Messpunkte ergeben ein Bild der Umgebung in Form von einer Punktewolke, die der Scanner mit Fotos der realen Umgebung verknüpft.

Mittels sogenannter Referenzkugeln, die als Orientierungspunkte für den Scanner dienen, lassen sich mehrere aufgenommene Scans miteinander verbinden, um ein digitales Bild beispielsweise einer ganzen Gebäudeebene zu erstellen. Mittels eines handelsüblichen CAD-Programms können die 3D-Bilder des Scanners durch Objekte und Konstruktionen erweitert werden. Dies erleichtert die Planung immens.

Digitale Fabrik trifft auf Realität

Schon der Neubau von Festos Technologiefabrik Scharnhausen wurde mithilfe eines additiven Fertigungsverfahrens (3D-Druck) geplant. In einer Miniaturfabrik konnten Mitarbeiter einen ersten Eindruck von ihrem zukünftigen Arbeitsplatz noch während der Bauphase erhalten. Bei der Modernisierung der Elektronikfertigung setzte Festo auf das 3D-Laserscanning. Dies ermöglichte eine schnelle und gleichzeitig detaillierte Planung für die künftigen Arbeitsplätze. Überraschungen nach der Planungsphase, teure Anpassungen und Terminverschiebungen wurden vermieden, da die technische Gebäudeausstattung auf Basis von Realdaten geplant wurde und fehlende Maße sich schnell und einfach ermitteln ließen.

Fertiges Abbild im CAD-Programm.
Fertiges Abbild im CAD-Programm.