Apr
11
2011

Glossar

 

3D-Dokumentation:

Die Dokumentation bzw. Ausführungsdokumentation zur Erfassung des Ist-Zustands komplexer Gebäude und Anlagen konnte in den letzten Jahren um ein Vielfaches vereinfacht werden. Mobile 3D-Messsysteme, wie der FARO Laser Scanner Focus3D, trugen maßgeblich zum Fortschritt im Bereich der 3D-Dokumentation bei. Die Datenerfassung mittels Laserscanner ist weitaus schneller als eine konventionelle Dokumentation.

Mit dem FARO Laser Scanner Focus3D lässt sich eine Punktwolke der gesamten Umgebung erzeugen, wobei die erhaltenen Messdaten in digitaler Form gespeichert werden. Durch die Digitalisierung des Bauwerks oder Objektes hat der Architekt oder Konstrukteur die Möglichkeit, das reale Objekt in einer virtuellen 3D-Umgebung zu vermessen, zu betrachten und zu bearbeiten. Vor allem historische Gebäude wie Kirchen und Schlösser, aber auch komplexe Anlagen der Industrie verlangen nach einer perfekten Dokumentation.

Beim Bau zahlreicher Kraftwerke und Fabrikationsanlagen der Chemie, Pharmazie und Petrochemie ebenso wie in den Bereichen Hochbau, Tiefbau und Straßenbau konnte mittels 3D-Dokumentation und Reverse Engineering die Projektierung erheblich beschleunigt werden. Weitere Anwendungsgebiete für die digitale Dokumentation mittels Laserscanner finden sich im Flugzeugbau, Bootsbau bzw. Schiffbau, im Automobilbau, Antennenbau und in weiteren Industrien, wo höchste Präzision bei minimalem Zeitaufwand gefragt ist.

 

3D-Messtechnik:

Bevor sich die mobile 3D-Messtechnik etablierte, musste ein Konstrukteur auf konventionelle Messgeräte wie eine Schieblehre zurückgreifen, um mögliche Änderungen an einem Bauteil oder einem Modell zu messen. Heutzutage ermöglichen Lasermessgeräte wie der Laser Scanner Focus3D dreidimensionale Laser-Messungen von Bauteilen und Anlagen direkt bei der Fertigung bzw. im Fertigungsprozess.

Da die Vermessung direkt am Bauteil vorgenommen werden kann, sind Produktionsfehler, Ungenauigkeiten und Normabweichungen schneller zu erkennen als bei herkömmlicher Qualitätssicherung. Der Transport in einen Messraum, wie er bei der Messung mit traditionellen 3D-Koordinaten-Messmaschinen notwendig wäre, ist nicht mehr erforderlich. Durch die patentierte Temperaturkompensation der FARO Messsysteme und die Kompensation der Bauteiltemperatur wird höchste Genauigkeit erreicht.

FARO Laserscanner vereinfachen die detaillierte Inspektion von Bauteilen durch die 3D-Darstellung in Form großer Punktwolken. Darüber hinaus bietet FARO CAD-basierte Software an.

 

CAD:

Egal ob im Maschinenbau oder in der Architektur, ob im Automobilbau oder Bootsbau bzw. Schiffsbau oder in der Medizintechnik, CAD-Programme sind heute aus dem Entwicklungsprozess nicht mehr wegzudenken. Deshalb setzt auch FARO auf 3D-CAD-Anwendungen. Computer Aided Design, also die rechnergestützte Konstruktion, ist mehr als ein digitales Zeichenbrett. Komplexe Programme erstellen Volumenmodelle der Objekte, die in zwei- bzw. dreidimensionalen Zeichnungen oder in bewegbaren Visualisierungen wiedergegeben werden können.

Je nach CAD-Programm ist es möglich, verschiedenste Simulationen durchzuspielen oder auch Festigkeitsberechnungen durchzuführen und vieles mehr. CAD-Entwürfe sind außerdem Bestandteil der CIM (Computer Integrated Manufacturing), in der sie die Grundlage für die spätere Produktion darstellen. Die Anzahl spezialisierter CAD-Programme ist entsprechend den vielen Anwendungsmöglichkeiten groß.

Viele Module sind speziell auf bestimmte Nutzungsbereiche zugeschnitten. Auch die Messtechnik-Produkte von FARO setzen auf CAD. Die FARO Softwares, beispielsweise SCENE von FARO, können gut mit sehr vielen bekannten CAD-Formaten arbeiten.

 

FARO Laser Scanner Focus3D:

Mit dem FARO Laser Scanner Focus3D bietet FARO einen revolutionären 3D-Laserscanner an, der sich ganz einfach und intuitiv per Touchscreen bedienen lässt. Er ist er sehr kompakt und kostengünstiger als bisherige Modelle. So bietet der Focus3D all das, was man von einem professionellen 3D-Laserscanner erwarten darf – in einer ungekannten Dimension der Einfachheit. Der FARO Phasen-Scanner verwendet einen Laserstrahl, der von einem Objekt zum Scanner zurückreflektiert wird. Die Distanz wird durch den Phasenwechsel zwischen dem sendenden und dem empfangenden Strahl millimetergenau gemessen. Der Focus3D schafft ein millimetergenaues virtuelles Abbild der Realität mit einer beeindruckenden Geschwindigkeit von 976.000 Messpunkten pro Sekunde.

Der FARO Laser Scanner Focus3D hat sich auf dem Gebiet der Ausführungsdokumentation und im Reverse Engineering weltweit einen ausgezeichneten Ruf erworben. Er ist ein mobiles, anwenderfreundliches Lasermessgerät, das ein exaktes, virtuelles Abbild seiner Umgebung in Form einer 3D-Punktwolke erstellt – und das sogar in Farbe. In Verbindung mit der entsprechenden Anwendungssoftware bietet der FARO Laserscanner unzählige Einsatzmöglichkeiten. Über die flexiblen Schnittstellen von SCENE, der mit dem Focus3D ausgelieferten Software zur Scanverarbeitung, lässt sich das Gerät an AutoCAD ebenso anbinden wie an zahlreiche weitere CAD-Anwendungen wie Rhino, Microstation, Geomagic, PolyWorks u. v. a.

Ob dreidimensionale Gebäudedokumentation und Bauüberwachung, Reverse Engineering, Denkmalschutz oder forensische Tatortdokumentation – durch seine einfache Bedienung und kompakte Bauweise ist der Focus3D ideal geeignet für die verschiedensten Anwendungen. So leistet 3D-Laserscanning beispielsweise in der Architektur und der Denkmalpflege wertvolle Dienste. Mit ihm lässt sich etwa der Ist-Zustand historischer Gebäude auf kostengünstige Art und Weise dokumentieren. Weitere Einsatzgebiete für den bedienerfreundlichen Focus3D finden sich im Bereich der Kriminalistik, Ballistik, Forensik und der Gerichtsmedizin, zum Beispiel bei der Berechnung von Schussbahnen, bei der Tatort-Rekonstruktion oder der Ermittlung von Tätergrößen, etwa aus Bildern von Überwachungskameras in Banken oder Tankstellen.

Sehr häufig wird Laserscanning auch für die Planung im Rohrleitungsbau eingesetzt. Komplexe Rohrleitungen für Kraftwerke oder die produzierende Chemie, Petrochemie und Pharmazie können so am Computer geplant und mit dem erhaltenen 3D-Modell verglichen werden, um unerwünschte Kollisionen zu vermeiden. Der FARO Laser Scanner Focus3D bietet modernste 3D-Messtechnik in einem kompakten Gerät.

 

Laser-Messgerät:

Egal ob Sie ein großes Objekt oder ein kleines Bauteil prüfen oder messen müssen, die Produkte von FARO Technologies sind auf dem weltweiten Markt für Laser-Messgeräte führend in der modernen Messtechnik. Der FARO Laser Scanner Focus3D beispielsweise ist ein portables, mit 3D-Lasertechnik ausgestattetes Messgerät, das durch Scannen eine hochauflösende, digitale Visualisierung seiner bis zu 120 m entfernten 360-Grad-Umgebung erstellt.

Der Focus3D ist ein portables 3D-Messsystem für große Volumina, das Laser-Technologie benutzt, um effektiv Teile und Gebäude zu messen. Mit FARO Messgeräten wie dem FARO Laser Scanner können auch hochkomplexe Anwendungen wie Reverse Engineering oder 3D-Modelling durchgeführt werden.

Diese Anwendungen sind bereits jetzt für die Entwicklung und Produktion ganzer Anlagen in den verschiedensten Industrien, angefangen beim Maschinenbau bis hin zur Medizintechnik, von enormer Bedeutung. Laser-Messgeräte von FARO finden auch schon in der Archäologie oder der Gerichtsmedizin zu Dokumentationszwecken Verwendung.

 

Laser-Messtechnik:

Hersteller aus zahlreichen Anwendungsbereichen, die täglich Objekte oder Bauteile prüfen oder messen müssen, vertrauen auf die Messgeräte von FARO, einem der weltweit führenden Anbieter portabler Laser-Messtechnik. Eine sehr präzise Visualisierung von Großobjekten ermöglicht zum Beispiel der FARO Laser Scanner Focus3D, ein mit der neuesten 3D-Lasertechnologie ausgestattetes Lasermessgerät, das bis zu 120 m große Objekte und Anlagen digital visualisieren und messen kann.

In Kombination mit der benutzerfreundlichen FARO Software ist der FARO Scanner einer der fortschrittlichsten 3D-Laserscanner weltweit.

Hochflexible Messgeräte wie der FARO Laserscanner haben sich mittlerweile auch bei Anwendungen wie Reverse Engineering oder 3D-Modelling bewährt. Als Vorreiter für dreidimensionale Laser-Messtechnik hat FARO portable Messinstrumente entwickelt, die inzwischen sogar bei der Vermessung und Dokumentation historischer Kulturgüter verwendet werden.

 

Laserscanning (auch 3D-Laserscanning oder Laser Scanning genannt):

Zunehmende Verwendung findet 3D-Laserscanning, unter anderem mithilfe der Technologie von FARO, in der Vermessung – mit Schwerpunkten im Straßenbau und Bauwesen. So können zum Beispiel verformte und beschädigte Bauwerke mit räumlich komplizierten Strukturen schnell und vollständig erfasst werden. Weitere Anwendungsgebiete für FARO 3D-Laser-Scanner sind der Rohrleitungs- und Anlagenbau, die Archäologie, der Denkmalschutz, Reverse Engineering und Qualitätssicherung sowie der Tunnelbau, die Forensik und Unfallforschung.

3D-Laserscanner bieten zahlreiche Vorteile, die einzigartig auf dem Markt der Laser-Messgeräte sind. Sie ermöglichen unter anderem eine detaillierte Inspektion von Bauteilen durch die Erfassung von großen Punktmengen. In einer 3D-Punktwolke werden entweder Einzelmaße wie Längen und Winkel dargestellt oder es wird aus ihr eine geschlossene Oberfläche aus Dreiecken konstruiert, die in der 3D-Computergrafik zur Visualisierung verwendet werden.

3D-Laserscanner wie der FARO Laser Scanner Focus3D spielen ihre Stärken vor allem bei der größten Herausforderung für Laser Scanner voll aus – der genauen Abbildung von glänzenden und dunklen Objekten bis zu einer Größe von 120 Metern.

 

Laserscanner (auch 3D-Laserscanner oder Laser Scanner genannt):

Laserscannen ist eine 3D-Messtechnik mit großem Potenzial für die zuverlässige und präzise Vermessung von dreidimensionalen Objekten. Der Laserscanner ist ein tragbares, berührungsloses 3D-Messinstrument, das mithilfe der Lasertechnologie detaillierte 3D-Abbildungen komplexer Umgebungen und Geometrien anfertigt.
3D-Laserscanner arbeiten in der Regel mit einer von zwei Arten der Abstandsmessung: Messung der Phasenverschiebung und Laufzeitmessung. In beiden Fällen wird ein Laserstrahl (mit herstellerabhängiger Wellenlänge) ausgesendet und zum System zurückgespiegelt.

Der Laserscanner dreht sich horizontal um 360°. Dabei wird der horizontale Winkel zusammen mit der Abstandsmessung codiert. Aus der Berechnung des Abstands im 3D-Koordinatensystem, dem vertikalen und horizontalen Winkel ergibt sich eine Polarkoordinate (δ, α, β), die dann in eine kartesische Koordinate (x, y, z) umgewandelt wird.
Einige Laserscanner (wie der FARO Laser Scanner Focus3D) messen den Abstand zu einer Oberfläche über die Phasenverschiebung: Ein Infrarotlaser wird ausgestrahlt und zum System zurückgespiegelt. Anhand der Verschiebung der Wellenlänge des reflektierten Strahls lässt sich nun der Abstand millimetergenau bestimmen.

Eine Laserquelle sendet einen Laserstrahl mit einer bekannten sinusförmigen Wellenform aus („ausgesendetes Licht“). Ein Teil des Laserstrahls wird vom Ziel zur Quelle zurückreflektiert („reflektiertes Licht“). Die Phase dieses „reflektierten Lichts“ wird daraufhin mit der des bekannten ausgesendeten Lichts verglichen („Verlauf des ausgesendeten Lichts“). Der Unterschied zwischen den beiden Wellenspitzen ist die sogenannte Phasenverschiebung (Abb. 1). Die ermittelte Phasenverschiebung beträgt 2π mal die Laufzeit mal die Modulationsfrequenz.

Bei Laufzeitmessungen (auch „Impulsmessungen“ genannt) wird die Laufzeit eines Laserimpulses vom Messgerät zu einem Ziel und zurück gemessen. Diese Verfahren werden meist bei großen Entfernungen von mehreren hundert Metern oder einigen Kilometern angewendet. Einfache Geräte für kurze Distanzen haben eine typische Genauigkeit von wenigen Millimetern oder Zentimetern.

Der Time-of-Flight-3D-Laserscanner ist ein aktiver Scanner, der das Objekt mit Laserlicht abtastet. Die Hauptkomponente dieses Scanner-Typs ist ein Time-of-Flight-Laser-Entfernungsmessgerät. Das Laser-Messgerät ermittelt den Abstand zu einer Oberfläche, indem es die Zeit misst, die ein ausgesendeter Lichtimpuls bis zur Rückkehr zum Gerät benötigt, die Laufzeit des Lichts (Abb. 2). Ein Laser sendet einen Lichtimpuls aus, und es wird gemessen, wann das reflektierte Licht von einem Detektor erkannt wird (siehe Abb. 3). Da die Lichtgeschwindigkeit c bekannt ist, lässt sich aus der Laufzeit die Weglänge des Lichts berechnen, die dem doppelten Abstand zwischen Scanner und Oberfläche entspricht. Wenn t die Laufzeit des Lichts ist, beträgt der Abstand (c*t)/2. Die Genauigkeit eines Time-of-Flight-3D-Laserscanners wird also durch die Genauigkeit der Zeitmessung bestimmt: Für einen Millimeter Weg benötigt das Licht ca. 3,3 Pikosekunden. Das Laufzeitverfahren wird meist bei großen Entfernungen von mehreren hundert Metern oder einigen Kilometern angewendet.
Beide Laserscannertypen werden im Bereich Architektur und Bauwesen eingesetzt. Phase-Shift-Laserscanner sind in der Regel schneller und genauer, haben aber eine geringere Reichweite als Time-of-Flight-3D-Laserscanner.

 

Punktwolke:

Ein Lasersanner erzeugt einen Scan der Umgebung in Form einer Punktewolke, also eine Aggregation der einzelnen Messungen aus einer bestimmten Scanposition. Ein einzelnes Objekt kann je nach Abmessungen und Komplexität aus einer bestimmten Anzahl von Scanpositionen vollständig erfasst werden. Aus der Kombination der verschiedenen Punktewolken entsteht schließlich eine 3D-Abbildung des gescannten Objekts.

Das resultierende Bild eines Scans ist eine Kombination aus Millionen von 3D-Messpunkten – bei Bedarf in Farbe – das eine exakte digitale Wiedergabe der Gegebenheiten darstellt.
Das erste Ergebnis der verschiedenen Erfassungen ist ein Modell des gescannten Bereichs. Aus diesem Modell können danach Querschnitte und Planansichten erstellt werden. Aus den Querschnitten und Planansichten können schließlich zwei- oder dreidimensionale CAD-Zeichnungen erstellt werden.

 

Rekonstruktion:

Rekonstruktionen spielen in vielen Branchen eine Rolle. Ob in der Architektur, Kunst oder der Gerichtsmedizin, schnelle Verfügbarkeit und Bearbeitbarkeit von Informationen sind in diesen Anwendungsbereichen das A und O. Deshalb sind die mobilen FARO 3D-Messgeräte wie der Focus3D optimal geeignet, um in Sekundenschnelle Objekte, Gebäude, Anlagen und ganze Umgebungen zu scannen und auf diese Weise die Daten für die weitere Verarbeitung als Visualisierung im 3D-Modell zur Verfügung zu stellen.

Dabei bietet FARO für jedes Einsatzgebiet das richtige Messgerät. Soll zum Beispiel ein Tathergang ermittelt werden, sind kontaktfreie 3D-Laserscanner, wie der FARO Laser Scanner Focus3D, zur Tatort-Dokumentation zu empfehlen. Auch für die Gerichtsmedizin sind 3D-Rekonstruktionen, beispielsweise von einem Gesicht, interessant. Die Technik der Rekonstruktion wird ebenso für wissenschaftliche Zwecke genutzt, unter anderem in der Anthropologie. Statt CAD-Modelle zu verwenden, wie etwa bei Neu-Konstruktionen in der Architektur, werden in der Denkmalpflege, ausgehend von Messwerten des Ist-Zustandes und alten Unterlagen, verschiedene Bauphasen sichtbar gemacht.

Durch diese virtuelle Rekonstruktion von Gebäuden wird z. B. die Wiederherstellung eines früheren Gebäudezustandes möglich. Eine Ausführungsdokumentation kann natürlich jederzeit erstellt werden. Auch für die Restauration von Kunst-Gegenständen kann mit Einschränkungen die Laserscan-Methode eingesetzt werden. Geräte von FARO sind mit den weit verbreiteten CAD-Anwendungen kompatibel, sodass Sie bei Rekonstruktionen wie gewohnt mit CAD-Modellen arbeiten können.

 

Reverse Engineering:

Die Umwandlung der Realität in virtuelle Abbilder, das sogenannte Reverse Engineering, spielt eine immer größere Rolle. FARO bietet eine Palette von Laserscanner-Modellen für das Reverse Engineering von Objekten. Die kontaktfreien Geräte von FARO, wie der Laser Scanner Focus3D, sind auch zur Digitalisierung hochkomplexer Objekte und großer Anlagen geeignet.

Die Anwendungsbereiche sind dementsprechend breit gefächert und reichen vom Maschinenbau über den Antennenbau bis hin zum Schiffsbau. FARO Produkte dienen der Erstellung von Designkonzepten im Automobilbau, Bootsbau oder Flugzeugbau und der Modellierung im Anlagenbau, Hochbau und Tiefbau.

Durch die mobilen Messgeräte von FARO kann das Aufnehmen der Daten für das Reverse Engineering direkt vor Ort erfolgen. Die FARO Software erlaubt den schnellen Wechsel zwischen verschiedenen Maßeinheiten und erstellt im Zuge des Reverse Engineering in kurzer Zeit CAD-Oberflächenmodelle, die für die Dokumentation oder Reproduktion verwendet werden können.

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