Jan
05
2012

Großes Kino dank 3D-Dokumentation

„Die letzte Fahrt der Gustloff“ gehört zu den absoluten Spielfilm-Highlights der letzten Jahre. Der TV-Zweiteiler von Joseph Vilsmaier schildert die dramatischen Ereignisse rund um den Untergang des Passagierschiffs. Für realitätsnahe Bilder setzte die Produktion auf einen FARO Laserscanner.

3D-Dokumentation lässt Geschichte auferstehen

Die Katastrophe an Bord der „Wilhelm Gustloff“ steckt tief im kollektiven Gedächtnis der Deutschen. Am Abend des 30. Januars 1945 wurde das Schiff von einem russischen U-Boot versenkt. Etwa 10.000 Menschen befanden sich auf der völlig überfüllten Gustloff. Für über 9.000 gab es keine Rettung. Die Tragödie ist für viele ein Symbol für Wahnsinn und Leid des Zweiten Weltkriegs. Immer wieder haben sich Künstler wie Günther Grass und Filmemacher wie Frank Wisbar mit dem Thema beschäftigt. In einer aufwendigen TV-Produktion inszenierte Joseph Vilsmaier das Drama der Gustloff für das ZDF. Ein FARO Laserscanner ermöglichte es dem Regisseur Studio-Aufnahmen mit digitalen Bildern zu verbinden.

Hollywood-Qualität mit FARO Laserscanner Focus3D

Die gewaltigen Ausmaße des Schiffs – über 200m lang, fast 24m breit und rund 56m hoch – waren eine der großen Herausforderungen für die Produktion. Ein kompletter Studio-Nachbau der Gustloff, die nur etwas kleiner war als die Titanic, kam für die Macher nicht in Frage. Wie beim großen Film-Vorbild von James Cameron setzten die Produzenten deshalb auf Digitaltechnologie in 3D. In den Studio-Hallen entstanden die benötigten Schiffskulissen für die Spielszenen. Sie sollten später in Computeransichten integriert werden, welche die Berliner Elektrofilm Postproduction Facility GmbH erstellte. Rund 100 digitale Einstellungen steuerten die Special Effects Spezialisten bei. Damit es beim Zusammenfügen der Setaufnahmen mit den Digitalbildern keine Diskrepanzen gab, griff Elektrofilm auf einen 3D Laserscanner von FARO zurück. Mit ihm wurden die Studiobauten vermessen und digitalisiert. Wie beim großen Hollywoodvorbild konnten sie anschließend perfekt in die Computeraufnahmen integriert werden.

Mit Hilfe der 3D-Dokumentation zum fertigen Film

Laserscanner gehören mittlerweile zum Filmbusiness wie Regiestuhl und Klappe. Für die Gustloff-Produktion vermaßen die Effekt-Experten von Elektrofilm die Setbauten. Binnen einer Stunde hatte die Crew beispielsweise 18 digitale Scans der Kulissen im Berliner Studio erfasst, die mit den Originalplänen des Schiffs verglichen werden konnten. So erreichte die Produktion eine nahezu originalgetreue Nachbildung des Schiffs. Auf Basis der Daten wurden zudem Informationen über die Kameraposition bei den Filmaufnahmen gewonnen. Beim Einfügen der Aufnahmen in das Computermodell ermöglichten die Daten perfekte Bilder im richtigen Winkel. Auch konnten die Visual Effects Profis die digitale Gustloff mit den 3D Daten an die realen Setbauten anpassen. Im Ergebnis schafften Vilsmaier, Kameramann Jörg Widmer und Elektrofilm einen ergreifenden und wirklichkeitsnahen Film über den tragischen Untergang der Gustloff.

 

 

 

Dez
15
2011

Wo die Jahrhunderte übereinander liegen

Auf einer Felseninsel am Ufer des Genfersees gelegen, zieht das Chateau Chillon jährlich über 300.000 Besucher aus aller Welt. Das Schweizer Schloss  hat die Jahrhunderte überdauert und wurde dabei immer wieder umgebaut – meist ohne Pläne. Der FARO Laser Scanner ermöglichte die erste umfangreiche 3D-Dokumentation der Anlage.

Archäologe vermisst Schloss mit Hilfe des FARO Laser Scanners

Die erste historische Erwähnung des Schloss Chillon wird ins Jahr 1005 datiert. Auch die ältesten, heute noch sichtbaren Bebauungen stammen aus dem 11. Jahrhundert, Teile des inneren Burgbezirks etwa, oder der Hauptturm. Über die Jahrhunderte wechselten die Hausherren: Sie bauten die Wasserburg nach ihren Vorstellungen um, legten neue Verteidigungsvorrichtungen an. Aus Platzmangel, die Insel misst nur 120×45 Meter, wurde zumeist auf- und ineinander gebaut. Vom Schloss existieren keine vollständigen Pläne. Der Archäologe Olivier Feihl, Gründer und Inhaber von Archeotech in Epalinges bei Lausanne, wurde beauftragt das Schloss zu vermessen. Er nutzte dafür den FARO Laser Scanners LS 880. Das Ergebnis waren millimetergenaue Pläne und Mauern des Chateaus. [weiterlesen …]

Dez
14
2011

3D Dokumentation der 1200 qm überspannenden Stahlkonstruktion des Glasdaches der Leibniz-Universität Hannover

Digitales Aufmaß mit FARO Laser Scanner Focus3D. War das dreidimensionale Aufmaß von Bauwerken bisher sehr aufwändig, teuer und fehleranfällig, gelingt die Datenerfassung mit der neuesten Generation von 3D-Laser Scannern einfach, präzise und schnell. Ganze Gebäude und deren Einbauten lassen sich mit ihrer Hilfe vollständig und maßgenau in digitale Modelle übertragen. Die aktuellen Scanner erfassen bis zu einer Million Messpunkte pro Sekunde, wodurch Oberflächen bis zu einer Entfernung von etwa 50 Metern detailliert und hoch aufgelöst wiedergegeben werden können. Die äußerst geringen Maßabweichungen von ca. 0,1 Prozent liegen dabei innerhalb der im Bauwesen geforderten DIN-Toleranzen.

Jetzt lassen sich die 3D Daten auch vom Endnutzer komfortabel bearbeiten, da die Computer-Hardware leistungsfähiger und direkter CAD Import dank Autodesks Punktwolke-Engine für Autocad und Revit Architecture möglich geworden ist. Dadurch entfällt die teure externe Aufbereitung der Daten und die Kosten sinken auf ein ähnliches Niveau wie bei klassischen Aufmaßverfahren. Damit ist das bisherige Nischendasein der 3D-Dokumentation für viele Anwendungsbereiche beendet: 3D Dokumentation wird den bisherigen Umgang mit Bestandsdaten revolutionieren! Räumliche Gebäudemodelle haben gegenüber der klassischen 2D-Bestandsaufnahme zahlreiche Vorteile. Weil im räumlichen Modell alle Informationen dreidimensional vorliegen, sind multifunktionale Anwendungen möglich.

Die Spanne reicht dabei von einfachen Maß und Flächenberechnungen bis hin zur stereoskopischen Navigation im virtuellen Gebäude. Weil der Scanner sämtliche sichtbaren Strukturen von Gebäuden und Bauteilen erfasst, entstehen vollständige und lückenlose Datensätze, die interdisziplinär genutzt werden können. Informationen, die für den jeweiligen Anwendungsfall nicht benötigt werden, können gelöscht werden, um wichtige Details freizulegen und die Dateigrößen gering zu halten. Die Einsatzbereiche sind überaus vielfältig, denn überall, wo exakte geometrische Ermittlungen der Umgebung und eine schnelle Visualisierung derselben benötigt werden, ist die optische 3D-Vermessung mit Hilfe der 3D Dokumentation konkurrenzlos.

Das Projekt Im Rahmen der energetischen Sanierung des Lichtdaches über dem denkmalgeschützten Innenhof des Welfenschlosses wurde eine Neuverglasung aus einer Aluminium-Profilkonstruktion mit hochwärmegedämmten Schüco-Elementen ausgeführt. Diese sind auf den Lichthof von einer überspannenden Stahlkonstruktion, mit einer Größe von ca. 1200 qm, aufgelagert. Die Bestandsunterlagen des räumlichen Tragwerkes aus Stahlrundrohr und Doppel-I-Profilen waren zu alt und ungenau, um alle notwendigen Maße zu erhalten. Nach abwägenden Überlegungen entschied sich der ausführende Betrieb, Masche Metallbau aus Langenhagen, für die Bestandserfassung per 3D-Dokumentation. Diese Dienstleistung wurde vom Architekten J. Rechenbach, mit seinem Büro Laser Scanning Architecture, erbracht. Dazu wurde die Unterkonstruktion aus Stahl mit 12 Einzelscans dreidimensional vermessen und die Scandaten zur Werkplanung an die hauseigene CAD-Abteilung übergeben.

Durch dieses Verfahren konnte innerhalb von zwei Werktagen das digitale 3D-Abbild der kompletten Geometrie erstellt und übergeben werden. Die Einsatzdauer des Laser Scanners vor Ort betrug sogar nur 3 Stunden. Ein manuelles Aufmaß hätte ca. 40-60 Arbeitsstunden gedauert, jedoch ohne die Sicherheit, alle Maße detailgenau ermittelt zu haben.
Diese Zahlen belegen, dass die Methode der 3D-Dokumentation nicht nur präzise und schnell, sondern auch höchst wirtschaftlich ist! Visualisierung der 3DPunktwolke mit SCENE von FARO und Autodesk Navisworks Eine anschauliche Visualisierung wurde mit verschiedenen Softwarelösungen realisiert. Zum einen bietet die FARO Software SCENE einen fotorealistischen Anzeigemodus der aufgenommenen Daten, darüber hinaus wurde der Scan auch in Autodesk Navisworks eingelesen. Hier besteht die Möglichkeit, die Daten des Laserscans mit 3D-Daten, aus anderen Quellen, zu vereinen. Dadurch lässt sich ein Soll-Ist- Vergleich durchführen, bei dem die Scandaten mit der neu erstellten CAD-Planung überlagert dargestellt und Abweichungen sofort sichtbar werden. Somit können schon in einer frühen Phase Planungsfehler systematisch vermieden und dadurch der Bauablauf optimiert werden. In diesem Fall wäre die Fehlproduktion eines einzigen großformatigen Aluminium-Glaselementes teurer gewesen, als die gesamte 3D-Vermessung des Objektes!

AutoCAD Architecture als optimales Tool zur Weiterverwendung der Daten Die Detailzeichnungen entstanden in der CAD-Abteilung von Masche Metallbau im 2DModus mit Autocad Architecture. Dazu wurde das 3D-Punktwolkemodell an beliebigen Stellen in „Scheiben“ geschnitten, um die wahre Geometrie der Stahlunterkonstruktion an der jeweils gewünschten Position anzuzeigen und die Glaselemente der Überdachung entsprechend zu planen. Dabei wurde der frei erhältliche Zusatz-Plugin von Autodesk, Point Cloud Extraction, direkt in Autocad angewendet. Blitzschnell lässt sich damit das komplexe 3D-Modell auf beliebige 2D-Inhalte reduzieren. Das Verfahren ist sehr intuitiv und einfach. So konnten alle gewünschten Maße entnommen und die 2D-Details zügig erarbeitet werden.

FAZIT
Die erfolgreiche Fertigstellung der Baumaßnahme dokumentiert nun, wie präzise die Daten der digitalen Vermessung sind und welch hohen Nutzen die 3D Dokumentation für Anwendungen des Bauens im Bestand und des baulichen Denkmalschutzes bietet. Gerade bei komplexeren Geometrien und älteren Bauten, an denen Verformungen aufgetreten sein können, bildet die 3D Dokumentation den As-Built Zustand exakt ab und bietet dadurch eine hohe Planungssicherheit für einen optimierten Bauprozess.

Dez
13
2011

FARO Laser Scanner ermöglicht Änderungen an historischer Kathedrale in England

Im Südosten Englands, etwa 35 Kilometer außerhalb Londons, steht die Abtei von St. Albans. Grundriss und Struktur der Kathedrale stammen zu großen Teilen noch aus dem 11. Jahrhundert. Jedoch wurde die Kathedrale im Laufe der Zeit häufig umgebaut. Nun wurden Mittel- und Seitenschiffe mit einem Laser Scanner vermessen. Die so entstandene 3D-Dokumentation soll helfen, die Abtei auf die Bedürfnisse der heutigen Gemeinde anzupassen.

3D-Dokumentation der St. Albans Kathedrale

Die Abtei wurde im Jahr 793 gestiftet. Namenspatron ist der römische Soldat Alban, der erste christliche Märtyrer Englands. Im Mittelalter avancierte sie zu einem der reichsten und mächtigsten Klöster der britischen Inseln. Im 11. Jahrhundert entstand der normannische Bau der “Cathedral Church of St Albans”. Bis heute ist die Kathedrale noch eine wichtige Pilgerstätte für Gläubige aus dem ganzen Land. Gleichzeitig muss die Abtei als Veranstaltungsort den Ansprüchen der lokalen Gemeinde genügen. Die Gemeindeleitung entwarf daher Pläne zur Änderung des Mittelschiffs. Der Umbau sah eine Ver­größerung der Bühne, eine Überarbeitung der Sitzanordnung, sowie die Versetzung des Taufbeckens vor. Eine detaillierte 3D-Dokumentation per Laser Scanner lieferte die, für die genaue Planung erforderlichen, Informationen. [weiterlesen …]

Dez
06
2011

Mythologie trifft High-Tech

Im Hinduismus wird das älteste Gottespaar durch Stier und Kuh versinnbildlicht. Seitdem steht das Rind unter einem besonderen Schutz: Die lebende Kuh wird verehrt, der Stier ist das Begleittier mehrerer Gottheiten. Auch Shiva, Gott der Zerstörung, nutzt als Reittier einen Stier, Nandi genannt. Der Stier fungiert in jedem Shiva-Tempel als Schwellenhüter. Eine Hindu-Gemeinde in Südindien hatte sich zum Ziel gesetzt, eine riesige Nandi-Statue zu errichten. Die neue Statue sollte sowohl die Götter zufrieden stellen, als auch neue Gläubige anziehen. Nach mehreren misslungenen Versuchen griff die Gemeinde auf die Expertise eines Ingenieurbüros und die 3D-Dokumentation zurück.

Innovative 3D-Dokumentation trifft auf jahrtausendealte Religion

Traditionell steht in jedem Tempel des Hindu-Gottes Shiva eine Nandi-Statue, gegenüber dem Haupt-Schrein. Gläubige beten zuerst zu Nandi, bevor sie sich Shiva zuwenden. Für seine Gemeinde in Coimbatore wünschte sich der Sadhguru, das spirituelle Oberhaupt, eine riesige Nandi-Statue. Sie sollte wie keine zweite im Land sein und mehr als 500 Jahre überdauern. Eine Herausforderung für die Konstrukteure, denn sie hatten bereits schlechte Erfahrungen mit überdimensionierten Shiva-Statuen aus Stein gemacht. Die Götzenbilder waren ohne die Hilfe von Laser Scannern und CAD-Modellen errichtet worden und entsprachen nicht den Vorstellungen der Auftraggeber. Auf der Suche nach einer verlässlicheren Lösung für das neue Vorhaben beauftragten sie das Ingenieursbüro VectraFORM. Die Ingenieure schlugen vor, die Arbeiten mit Laser Scannern zu unterstützen. Zudem sollte die Nandi-Statue aus Metall konstruiert werden, da sich Stein als Material als ungeeignet erwiesen hatte.

Eine Nandi-Statue in Chamundi*

Laser Scanner im Einsatz

Aus Fotografien verschiedener Tiere entwarfen Künstler ein Gipsmodell eines Idealtypus. Der Entwurf ist einem aufstehenden Stier mit ausgestrecktem Vorderlauf nachempfunden. Diese Haltung symbolisiert in der Mythologie, dass das Tier seinen Meister Shiva erkennt. Das Modell war im Maßstab 1:6 erstellt, die fertige Statue sollte 4x6x8m messen. Die Studie wurde per Laser Scanner vermessen und das CAD-Modell auf die Endgröße hochskaliert. Mit Hilfe dieses Zwischenergebnisses berechnete das Ingenieursteam Gewicht und Statik der Statue. Ein ähnlicher Prozess wiederholte sich: Das Projektteam der Gemeinde, ungeübt im Umgang mit der CAD-Software, bevorzugte es, an einem physischen Modell zu arbeiten. Aus dem Modell wurde nun, in Originalgröße, in eine Wachsstatue gegossen.

Konstruktion der Statue nutzt 3D-Dokumentation

Das Team erhitzte und veränderte Bereiche des Wachsmodells, bis es mit der endgültigen Form zufrieden war. Auch dieses Resultat wurde per Laser Scanner erfasst. Da der Laser Scanner den Boden des Modells nicht vermessen konnte, wurde dieser per Post-Processing in der 3D-Dokumentation ergänzt. Zur Debatte stand, die Statue aus einem Stück zu gießen. Die geringe Anzahl an Gießereien in der Gegend war nicht der einzige Grund, der dagegen sprach. So waren Haltung des Tieres und Statik ungeeignet für einen Guss. Der schwere Kopf musste gesondert gestützt werden. Die Gemeinde merkte zudem an, dass eine händisch gebaute Statue bei den Göttern mehr Anklang findet. So wurde nur der Kopf der Statue aus sieben Stücken gegossen. Der Körper wurde zuerst aus einem Skelett aus 16mm Bewehrungsstäben geformt und anschließend mit 8mm Stahlblech überzogen. Die mit Hilfe des Laser Scanners erstellten Pläne stellten sicher, dass die Konstruktion dem Wachsmodell gleicht und stabil ist.

Dank 3D-Dokumentation konnte das Kunstwerk realisiert werden. Die Errichtung der Statue war ein voller Erfolg. Der Sadhguru des Tempels weihte sie in einer feierlichen Zeremonie vor 250.000 Menschen ein.

*(Bild: Rameshng / flickr)

Nov
17
2011

Treemetrics – Der neue Weg Wälder zu vermessen

Der FARO Laser Scanner Focus3D wird neuerdings auch zur verbesserten 3D Vermessung von Treemetrics verwendet, die sich auf Waldvermessung, Forstwirtschaft und Verbesserung der Logistikkette spezialisiert haben.

Sehen Sie wie der Focus3D zur Katalogisierung/Dokumentation eines Waldes verwendet wird!

(Sprache: Englisch)

Nov
14
2011

Anderson & Associates beschleunigt dank Laser Scanner die Innenvermessung von Tunneln um 60 Prozent

Für dieses Projekt verwendete A&A einen FARO Laser Scanner sowie die ATS Real Reality Tunnel-Software. Damit ließ sich der komplette Innenraum der Tunnel und Bauten in 60 % weniger Zeit als bisher modellieren.

„Der FARO Scanner erwies sich für dieses Projekt als geradezu ideal. Durch seine hohe Scangeschwindigkeit konnten die Arbeiten in einem Bruchteil der Zeit erledigt werden, die mit herkömmlichen Verfahren benötigt wird.“

Tunnel- und Bergbau/Ausführungsdokumentation

Der Heartland Corridor ist das ehrgeizigste Eisenbahnbauprojekt des letzten Jahrhunderts. Für das Projekt war es erforderlich, die Durchfahrtshöhe von 28 Tunneln zu erhöhen und 24 über der Strecke befindliche Hindernisse zu entfernen. Anderson & Associates (A&A) wurde mit der Dokumentation der Tunnel beauftragt, um die endgültigen Durchfahrtshöhen zu prüfen und Wartungsaufzeichnungen zu liefern.

Anderson & Associates (www.andassoc.com) ist in Blacksburg im US-Bundesstaat Virginia ansässig und betreibt außerdem Niederlassungen in West Virginia und North Carolina. A&A ist ein professionelles Planungsbüro, das sich auf Hoch- und Tiefbau sowie Umwelttechnik, Vermessung, Planung und Landschaftsarchitektur spezialisiert hat. Seit 1968 ist das Unternehmen in den Bereichen Planung, Entwurf, Beratung und Vertretung für diverse Institutionen, Stadtverwaltungen, Bundesstaatsbehörden sowie Kunden aus der Industrie und dem Privatsektor tätig.

Für dieses Projekt verwendete A&A einen FARO Laser Scanner sowie die ATS Real Reality Tunnel-Software (RTT). Damit ließ sich der komplette Innenraum der Tunnel und Bauten in 60 % weniger Zeit als bisher modellieren. „Neben der enormen Zeitersparnis ermöglichte das Laserscannen auch die Modellierung des kompletten Tunnelinnenraums“, so Neil Martin, Project Manager & Associate Vice President Surveying. „Auf diese Weise konnten wir sicher sein, dass alle Probleme schon im Vorfeld erkannt wurden. Früher, als wir nur bestimmte Querschnitte vermessen konnten, war das nicht möglich.“

Das Heartland-Corridor-Projekt

Der Heartland Corridor ist eine öffentlich-private Partnerschaft zwischen der Eisenbahngesellschaft Norfolk Southern (NS), den US-Bundesstaaten Virginia, West Virginia und Ohio sowie der US-Bundesregierung mit dem Ziel, die kürzeste und schnellste Route für doppelstöckige Containerzüge zwischen dem Port of Virginia in Norfolk und dem mittleren Westen zu schaffen. Die Bahnlinie war Ende des 19. Jahrhunderts gebaut worden und diente seitdem vor allem dem Kohletransport. Der Neubau begann im Oktober 2007 und erforderte den Umbau von gut 9 Kilometern Tunnel, mit Abgrabung und Neuauskleidung der Tunneldecke, Auskerbung der Deckengewölbe sowie Absenkung und Neuausrichtung der Schienen. Die Strecke, deren Kapazität, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit durch diese Erschließungs¬arbeiten erhöht wurde, kann nun von doppelstöckigen Containerzügen befahren werden. Die neue Streckenführung verkürzt die Fahrtzeit von Norfolk nach Chicago von vier auf drei Tage und ist etwa 400 Kilometer kürzer als die frühere Strecke mit ihren Umfahrungen.

Die Mitarbeit von A&A am Heartland Corridor begann 2005, als das Unternehmen als Untervertragnehmer von Hatch Mott McDonald mit der Änderung der Durchfahrtshöhe in 28 Tunneln und an 8 Brücken in Virginia, West Virginia, Kentucky und Ohio beauftragt wurde. Beim doppelstöckigen Eisenbahntransport werden Container für den kombinierten Verkehr in zwei Lagen auf Güterwagen gestapelt. Die 1984 in Nordamerika eingeführten doppelstöckigen Güterwagen sind heute weit verbreitet. Sie werden für 70 % des kombinierten Verkehrs in den USA eingesetzt und reduzieren die Kosten pro Container erheblich.

Herausforderungen bei der Vermessung des Tunnelprofils

Die Tunnelmitte war für die doppelstöckigen Züge in nahezu allen Abschnitten hoch genug. Allerdings waren die ursprünglichen Tunneldecken annähernd rund geformt, sodass die Außenkanten der doppelstöckigen Güterwagen nicht hindurchpassten. Diese Hindernisse wurden in der Bauphase des Projekts durch eine Auskerbung der Tunnel beseitigt. Für die Vermessung während der Entwurfsphase wurden herkömmliche Geräte wie Totalstationen eingesetzt. Dieser traditionelle Ansatz basiert auf einer Sichtprüfung zur Auswahl der Querschnitte, die pro Tunnelabschnitt den niedrigsten Punkt darzustellen scheinen.

Tunnel- und Bergbau/Ausführungsdokumentation

Der FARO Laser Scanner vor einem Scanvorgang im Tunnel Twin-Branch-1

Mit einer Totalstation werden dann der Winkel und der Abstand der Messpunkte zu einem Prisma bestimmt. Da dieser herkömmliche Ansatz auf einer Sichtprüfung beruht, ist er ebenso fehleranfällig wie die manuellen Methoden zum Abgleich der Messergebnisse mit dem Zugprofil.

Für die Bauphase wurde A&A von STV/Ralph Whitehead mit der Überprüfung der endgültigen Durchfahrtshöhen beauftragt, nachdem die Untervertragnehmer ihre Arbeiten abgeschlossen hatten. Dazu kam die Dokumentation der Tunnel für die zukünftige Wartung. „Mit den herkömmlichen Methoden zur Prüfung dieses Projekts hätten wir praktisch nicht gewährleisten können, dass die gesamte zu vermessende Strecke frei von Problemen ist“, sagte Justin Lewis, Assistant Survey Manager bei A&A. „Ein in der Bauphase nicht behobenes Problem hätte zum Hängenbleiben eines Zuges an der Tunnelwand führen können. Dies hätte sehr hohe Reparaturkosten verursacht und wäre möglicherweise auch für die Zugbesatzung gefährlich gewesen.“

Wechsel zum Laserscannen

„Um das Projekt exakt und kosteneffizient durchführen zu können, haben wir verschiedene Laserscan-Systeme für Vermessungen geprüft“, erklärte Lewis. „Als phasenbasierter Scanner ist der FARO Photon 120 LS schneller als die Laufzeitscanner, die wir uns angesehen haben. Dieser Laserscanner erfasst Daten mit einer Rate von 120.000 Punkten pro Sekunde. Beeindruckt hat uns auch die RRT-Software, die FARO im Paket mit diesem Scanner liefert. So konnten wir das Tunnelprofil erfassen und eine Mittelachse sowie ein Profil der doppelstöckigen Güterwagen erstellen und dann beides automatisch über die gesamte Tunnellänge vergleichen, um etwaige Probleme rasch zu erkennen.“

Die Vermessungstechniker von A&A legten mithilfe eines Global Positioning System (GPS) Kontrollpunkte an der Tunneleinfahrt fest. Dann referenzierten sie diese Punkte in das Koordinatensystem des Scanners, indem sie an den Punkten jeweils eine Tastkugel auf einem Stativ aufstellten. Der Scanner wurde in der Nähe ebenfalls auf einem Stativ aufgestellt. Eine Totalstation wurde eingesetzt, um die Position von Scanner und Tastkugel zu bestimmen. Dann wurde die Tastkugel mit dem Scanner gescannt, um den Ausgangskontrollpunkt in den gescannten Daten zu identifizieren. Die Vermessungstechniker durchquerten den gesamten Tunnel, wobei sie mehrere Konfigurationen aus Stativen und Kugelzielen verwendeten. Bei jeder Verschiebung von Stativ und Ziel maßen sie deren Position mit der Totalstation und scannten sie dann mit dem Laserscanner, um einen Referenzpunkt für den nächsten Satz an Scandaten zu haben. Beim Erreichen des Tunnelausgangs überprüften die Techniker die Position mit dem GPS, um die Exaktheit der Tunneldurchquerung zu gewährleisten. „Wir konnten die Felddaten für einen typischen 300-Meter-Tunnel in weniger als 6 Stunden erfassen“, so Joey Conrad, Vermessungstechniker.

Tunnel- und Bergbau/Ausführungsdokumentation

Die beiden Stative im Hintergrund tragen die Vermessungskugel sowie das Totalstationsprisma zum Erstellen der Kontrollpunkte
Draufsicht des Oberflächenmodells des Twin-Branch-1-Tunnels

Zuverlässiger Ausschluss aller Probleme

Die Messungen der Totalstation wurden in die FARO Scene-Software importiert und zur Abstimmung der an verschiedenen Positionen im Tunnel erfassten Scandaten in einen einzigen Bezugsrahmen eingesetzt. Die Scandaten aus jedem einzelnen Tunnel wurden, basierend auf den mit der Totalstation durchgeführten Messungen der Positionen von Scanner und Zielen, mithilfe der Scene-Software in ein durchgehendes Modell des Tunnelinneren eingefügt. Anschließend wurde dieses Oberflächenmodell in die RRT-Software importiert, um die Durchfahrtshöhe zu überprüfen. Die Techniker erstellten anhand der Konstruktionszeichnungen unter Verwendung der CAD-Software (Computer-Aided Design) AutoCAD die Mittelachse sowie die Silhouette der doppelstöckigen Güterwagen und exportierten die Daten dann als LandXML-Datei. Diese Datei wurde in die RRT-Software importiert.

Bei einem typischen gebogenen Tunnel hat diese Vorlage eine ständig wechselnde vertikale Ausrichtung. Darum wäre es mit manuellen Methoden sehr schwierig gewesen, alle Probleme zu identifizieren. Die RRT-Software erkannte dagegen die Probleme automatisch, indem sie die Vorlage für den doppelstöckigen Zug über die gesamte Tunnellänge an der Mittelachse entlang bewegte. A&A fertigte Querschnitte von den Problembereichen an und stellte diese den Vertragnehmern zu Nacharbeitung zur Verfügung.

Nach Abschluss der Reparaturen scannte A&A diese Bereiche erneut, um sicherzustellen, dass die Probleme beseitigt worden waren. Die Bereitstellung einer vollständigen Oberflächenkarte des Tunnelinneren und deren automatischer Abgleich gegen den Umriss eines doppelstöckigen Güterwagens ermöglichten eine wesentlich höhere Zuverlässigkeit der Identifizierung der Problembereiche, als dies früher möglich gewesen wäre. Nachdem feststand, dass die Baustruktur keine Probleme mehr aufwies, wurden die endgültigen Zeichnungen an NS übergeben.

„Der FARO Scanner erwies sich für dieses Projekt als geradezu ideal“, so Lewis. „Durch seine hohe Scangeschwindigkeit konnten die Arbeiten in einem Bruchteil der Zeit erledigt werden, die mit herkömmlichen Verfahren benötigt wird. So konnten wir den Zeitplan einhalten, obwohl wir nur zu bestimmten Uhrzeiten arbeiten konnten.“

„Wir entdecken immer mehr Anwendungen für das Laserscannen, und es spielt eine zunehmend wichtige Rolle für unsere Arbeit“, so das Fazit von Lewis. „Für zukünftige Aufträge lautet unsere Empfehlung, vor dem Entwurf alle Tunnel und Brücken zu scannen. Diese Scans liefern dann eine präzise Ausgangsbasis für den Entwurf und können im gesamten Entwurfs- und Bauprozess eingesetzt werden. Die endgültigen Zeichnungen stellen zudem eine hilfreiche Wartungsdokumentation dar.“

Okt
18
2011

Der FARO Laser Scanner unterstützt die Mordermittlungen beim Tod eines Boxers

„21st Century Forensic Animationen“ verwendete den FARO Laser Scanner Focus3D bei den Ermittlungen des ungeklärten Todesfalls des ehemaligen Federgewicht und Junior-Weltergewicht Boxweltmeister Arturo Gatti.
Die US Fernsehserie „48 Hours Mystery“ begleitete die Ermittler bei der Untersuchung des Falls.

Dank des Focus3D konnte der Tatort rekonstruiert und die generierten Daten neu analysiert werden. Das so gewonnene dreidimensionale Bild, bestehend aus Millionen von Datenpunkten, wurde mit Hilfe der Autodesk ® 3D-Max ®-Modelling-Software, zu einer dreidimensionalen Animation zusammengesetzt.

Hier die komplette “48 Hours Mystery” Folge ansehen

Sep
12
2011

Bauüberwachung mit dem 3D-Laserscanner

Die Bauüberwachung ist eines der Haupteinsatzfelder des 3D-Laserscanners. Von der Überprüfung des Baugrubenaushubs angefangen bis hin zur wöchentlichen Kontrolle der Rohbauten: Der Laserscanner ermöglicht eine zeit- und kosteneffiziente Arbeiten. In regelmäßigen Soll-Ist-Vergleichen werden Abweichungen des Bauobjekts von den Bestandsplänen kontrolliert. In diesem Artikel zeigen wir, wie der Laserscanner bei der Bauüberwachung hilft und welche Vorteile der Laserscanner gegenüber herkömmlichen Messinstrumenten bietet.

Per 3D-Laserscanner die Baufortschritte eines Bürogebäudes überwachen
Ein Auftrag in der Baubranche könnte lauten, die Baufortschritte eines Bürokomplexes zu überwachen. Der Baugrubenaushub ist bereits erfolgt. Der Auftraggeber verlangt eine wöchentliche Dokumentation und Überwachung des Baufortschritts für die rechtliche und technische Dokumentation. Beim Objekt handelt es sich um einen modernen Entwurf mit zahlreichen Freiformflächen. Herkömmliche Messinstrumente können diese nicht flächendeckend vermessen. Laserscanner sind hierfür   prädestiniert. Zudem eignen sie sich, Abweichungen des Baubestands von den Planungsunterlagen zu dokumentieren. Laserscanning spart Zeit und Kosten. Mit der passenden Software können darüber hinaus gegebenenfalls neue Pläne erstellt werden.

Die Vermessung des Objekts per 3D-Laserscanner
Im ersten Schritt werden die Standorte des Laserscanners in einem Lageplan vermerkt. Diese dienen als Orientierungspunkte, um später die Ergebnisse am PC zusammen zu setzen. Laserscanner, wie der FARO Focus3D, erfassen fast eine Million Messpunkte in einer Sekunde und erstellen so innerhalb weniger Minuten ein detailliertes, dreidimensionales Abbild der bestehenden Gegebenheiten. In der zweiten Phase der Vermessung müssen die Messdaten ausgewertet werden. Mit einer Software wie SCENE ist allerdings auch das gut möglich.

Die Vorteile des 3D-Laserscanners in der Bauüberwachung
Eine Stärke des Laserscanners in der Bauüberwachung zeigt sich in der Nachbearbeitung der Ergebnisse. Einmal in den PC eingespeist, entsteht aus mehreren Millionen Messpunkten eine Punktewolke. Aus diesen Messdaten können nun Detailpläne, Auf- und Grundrisse erstellt werden. Im Soll-Ist-Vergleich mit den alten Plänen können Differenzen aufgedeckt werden.

1. Überprüfen des Baugrubenaushubs
Mit dem Laserscanner lässt sich bereits der Baugrubenaushub überwachen. Der Laserscanner kann an der Grube installiert werden. Regelmäßig können so Veränderungen in der Grube gemessen werden. Sowohl das Aushubvolumen als auch die Größe der Grube sind überprüfbar. Der Bauträger behält so, etwa beim Abtransport des Aushubs, die Kostenkontrolle, da der Laserscanner hilft, die Auslastung der LKW zu optimieren. Hinzu kommt, dass herkömmliche Messinstrumente wie Tachymeter nur einzelne Punkte vermessen. Mit 3D-Laserscannern ist es nun erstmals möglich, mit einer einzigen Messung die gesamte Grube zu erfassen. Bewegungen der Grube, beispielsweise Erdrutsche an den Grubenwänden, werden frühzeitig erkannt.

2. Vermessung von Freiformflächen
Der Vorteil des 3D-Laserscanners gegenüber gängigen Messinstrumenten wird noch deutlicher in der Vermessung der Freiformflächen. Diese Tachymeter und Theodoliten können nur eine begrenzte Anzahl von Messaufgaben erledigen. Sie messen nur einzelne Koordinaten vordefinierter Objekte. Freiformflächen lassen sich somit unmöglich flächendeckend vermessen. Der Laserscanner hingegen erfasst in kürzester Zeit Millionen Messpunkte. Archiviert stehen sie dem Architekten auch lange nach der eigentlichen Messung noch zur Verfügung. Einzelne Werte sind im Scan nachmessbar. Wer mit Tachymetern arbeitet, muss für jeden neuen Messwert erneut auf die Baustelle.

3. Überwachen von Baufortschritten
In der Bauüberwachung spielt der 3D-Laserscanner bei der regelmäßigen Erfassung des Objekts seine größte Stärke aus. Auch hier kann das Gerät, ähnlich der Baugrubenüberprüfung, installiert werden und den Rohbau erfassen. Bislang musste ein externes Landvermessungsbüro für die Vermessung engagiert werden. Dies kann nun kosten- und zeitsparend von Architekten selbst übernommen werden. Mit SCENE kann er die aus den Messergebnissen erstellten 3D-Modelle mit den Planzeichnungen vergleichen und Abweichungen erkennen. Durch die regelmäßige Überwachung der Baufortschritte per Laserscanner lassen sich Probleme frühzeitig erkennen und so kostensparend vorbeugen.

Fazit
Dies ist nur ein kurzer Anriss der Möglichkeiten, die sich in der Bauüberwachung mit einem Laserscanner ergeben. 3D-Laserscanner erfassen Bauobjekte schneller und umfassender als dies mit herkömmlichen Methoden bisher möglich war. Zudem lassen sich nun auch Freiformen flächendeckend vermessen. Scans werden gegeneinander und mit Planzeichnungen abgeglichen, um Missstände zu erkennen und Baufortschritte zu dokumentieren.

Sep
12
2011

Nukleare Sicherheit – Remote Deployment mit Laserscannern

Remote Deployment mit Laserscannern in kontaminierten Umgebungen mit Software zur Abbildung von Deformationen für 3D-Punktewolken-Modelle

Ein zentraler Sicherheitsaspekt beim Betrieb eines Atomreaktors oder einer nuklearen Entsorgungsanlage ist die Kontrolle und der sichere Einschluss von radioaktivem Material, wobei Risikobeurteilung und Management mittels regelmäßiger Inspektionen einen wesentlichen Bestandteil des Sicherheitsmanagements und eine aufsichtsbehördliche Vorgabe sind.

In Anbetracht der Herausforderungen, die die Arbeit in strahlungskontrollierten Umgebungen mit sich bringt, steht nur eine begrenzte Auswahl an kontaktlosen Techniken zur Fernuntersuchung zur Verfügung. Aus diesem Grund war die Sichtprüfung bisher die am häufigsten angewandte Technik –obwohl sie auf die Erkennung offensichtlicher Defekte beschränkt ist und eine gute Sehkraft sowie Beleuchtung erfordert. Sehr häufig liefert sie subjektive und in Bezug auf die Abmessungen wenig informative Befunde.

Seit einigen Jahren erlaubt das Remote Deployment mit Laserscannern in kontaminierten Umgebungen die Erfassung präziserer Vermessungsdaten. Mittels der systematischen Emission von Millionen von Laserstrahlen tätigt ein 3D-Laserscanner (z. B. der FARO Focus3D) akkurate Messungen hinsichtlich der Entfernungen zu Objekten. Das Ergebnis ist ein 3D-Modell, das oft als „Punktewolke“ bezeichnet wird.

Ein zentraler Sicherheitsaspekt beim Betrieb eines Atomreaktors oder einer nuklearen Entsorgungsanlage ist die Kontrolle und der sichere Einschluss von radioaktivem Material, wobei Risikobeurteilung und Management mittels regelmäßiger Inspektionen einen wesentlichen Bestandteil des Sicherheitsmanagements und eine aufsichtsbehördliche Vorgabe sind.
Durch die Vernetzung einzelner Punkte der Punktewolke kann die Form des jeweiligen Objekts extrapoliert werden. Wie bei anderen physikalischen Messsystemen unterliegen alle gesammelten Daten statistischem Rauschen. Deshalb kann ein durch Vernetzung roher Punktewolkendaten erstelltes Oberflächenprofil sehr grobkörnig sein und die gesamte geometrische Darstellung des Objekts verschleiern.

Point Cloud Engineering ist eine maßgeblich von Geopticks Ltd entwickelte innovative neue Technologie, die sich mit der Erkennung und Beseitigung des statistischen Rauschens bei Punktewolkendaten befasst. Mit Hilfe dieser Technik erhält man glatte Punktewolkenoberflächen, ohne dass dabei die tatsächliche Objektform verändert würde. Mathematisch gesprochen besteht der Vorteil von Point Cloud Engineering darin, dass jede präzise vernetzte Flächennormale aus vier benachbarten Punkten auf einem quadratischen Gitter benachbarte Flächennormalen in weit größeren Abständen schneidet.

Steve Foster, Technical Manager (Encapsulation) bei Sellafield Ltd., erläutert:
„Die Zustandsüberwachung der Anlage, der Ausrüstung und der Produkte am Standort Sellafield ist ein zentraler Aspekt des gesamten Standortmanagements. Sie verbessert die Zuverlässigkeit der Ausrüstung und ermöglicht den Nachweis nuklearer Sicherheit. Es zeigte sich, dass man eine kontaktlose Methode zur Messung von dimensionalen Veränderungen über mehrere Jahre mit einer Genauigkeit von 1 mm oder besser benötigte, um die laufende Zustandsüberwachung des radioaktiven Abfalls zu unterstützen. Da der Laserscanner in einer radioaktiven Umgebung betrieben wird, muss er zu seinem Schutz entfernt werden können, wenn er nicht im Einsatz ist. Die Arbeit von Geopticks in Bezug auf die Glättung von Punktewolken und vergleichendes Scannen nach langen Zeiträumen ohne die Notwendigkeit präziser Positionierung von Laserscanner und Zielobjekt wird von der Atomindustrie ausgesprochen positiv aufgenommen, erhöht sie doch den Nutzen von Laserscannern in einem Bereich, in dem noch so kleine, aber mitunter bedeutende Abmessungsveränderungen mittels kontaktloser Methoden gemessen werden müssen. Wir freuen uns, dass uns diese neue Technologie nun zur Verfügung steht.“

Dank der hervorragenden Oberflächengestaltung können mathematische Operationen durchgeführt werden – die Subtraktion der überlappenden Normalenlängen erlaubt die Berechnung des Abstands zwischen zwei vernetzten Oberflächen oder, mit anderen Worten, die Feststellung der Breite von Oberflächenablenkungen oder -verformungen.



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