Laserscanning

Laserscanning ist ein Verfahren des 3D-Scannens, bei dem die Oberfläche eines Objekts mit einem Laserstrahl oder einer Laserlinie abgetastet und die Lage der Punkte per Triangulation oder über eine Entfernungsmessung bestimmt wird (englisch laser scanning). Unter dem Begriff verbergen sich zwei ganz unterschiedliche Gerätegruppen: Scanner für Maschinenbauteile und Maschinen sowie LiDAR-Scanner mit großer Reichweite für Hallen, Gebäude und Gelände.

Triangulationsscanner projizieren eine oder mehrere Laserlinien auf die Oberfläche, die eine Kamera unter einem bekannten Winkel erfasst. Dazu gehören Handscanner, Laserscanköpfe an Messarmen sowie Scanner auf Robotern oder Koordinatenmessgeräten. Handscanner mit blauem Laser und mehreren bis Dutzenden sich kreuzender Linien bestimmen ihre Position anhand von Referenzmarken, die auf das Objekt geklebt werden, oder sie werden von einem externen optischen System verfolgt (Tracking). Die typische Genauigkeit liegt in der Größenordnung von 0,02 bis 0,05 mm und verschlechtert sich mit der Objektgröße um etwa einige Hundertstelmillimeter pro Meter.

LiDAR-Scanner, ob terrestrisch auf dem Stativ, mobil oder von einer Drohne getragen, messen die Entfernung über die Laufzeit oder die Phasenverschiebung des reflektierten Strahls. Ein rotierender Scankopf erfasst von einem Standpunkt aus in wenigen Minuten die Umgebung mit einer Reichweite von Dutzenden bis Hunderten Metern. Die Punktgenauigkeit liegt im Millimeterbereich, bei mobilen und luftgestützten Systemen im Zentimeterbereich. Ergebnis ist eine Punktwolke der gesamten Halle oder des Gebäudes, häufig im Format E57.

Gegenüber der Streifenlichtprojektion ist der Laser weniger empfindlich gegenüber Umgebungslicht und kommt mit dunklen und glänzenden Oberflächen besser zurecht. Bei kleinen Teilen mit feinen Details ist ein stationärer Streifenlichtscanner jedoch meist genauer.

Ein handgeführter Laserscanner eignet sich für mittelgroße bis große Bauteile und Baugruppen (Rahmen, Karosserien, Formen, Maschinenbetten, Rohrleitungen, Schiffspropeller) und für das Scannen vor Ort, wenn sich das Teil nicht transportieren oder ausbauen lässt. Bei Objekten von mehreren Metern Größe wird er mit Photogrammetrie kombiniert, um die Gesamtgenauigkeit zu halten.

LiDAR-Scanner dienen der Bestandsaufnahme von Hallen, Produktionslinien, technischen Leitungsnetzen und Gebäuden, etwa als Grundlage für die Integration einer neuen Maschine, den Umbau einer Linie oder ein Bauwerksinformationsmodell (BIM). Sie erfassen auch Elemente, die beim manuellen Aufmaß leicht übersehen werden, etwa Rohrleitungen, Kabeltrassen oder Träger, und senken so das Kollisionsrisiko bei der Montage.

Die Referenzmarken werden direkt auf das Bauteil geklebt. Auf kleinen und stark gegliederten Teilen ist dafür oft kein Platz, und nach dem Ablösen können Kleberückstände bleiben. Scharfe Kanten, Blechränder und kleine Bohrungen erscheinen in den Daten oft verrundet oder ungenau, deshalb empfiehlt sich bei kritischen Merkmalen eine taktile Nachmessung. Wählen Sie die Auflösung nach dem Zweck: Eine feine Auflösung verlangsamt das Scannen und vergrößert die Datenmenge.

Die Genauigkeit von LiDAR-Scannern reicht für die Prüfung der Toleranzen von Maschinenbauteilen nicht aus, ihre Daten dienen der Integrationsplanung und der Dokumentation. Achten Sie beim Aufmaß von Hallen darauf, dass die einzelnen Standpunkte über Kontrollpunkte verknüpft werden und der Dienstleister die erreichte Registrierungsgenauigkeit angibt.

Fragen Sie, welche volumetrische Genauigkeit der Dienstleister für die jeweilige Objektgröße zusichert, ob er Photogrammetrie einsetzt und in welchem Koordinatensystem und Format er die Daten liefert.