Top 5 3D-Scanner für große Objekte
Einführung und Relevanz
Immer wieder war und ist es notwendig, große Objekte oder Topologien zu vermessen. Historisch gesehen war das keine triviale Aufgabe. Beispielsweise mussten Gebäude aufwändig abgesteckt und mit Schnüren bekannter Länge vermessen werden.1 Tatsächlich wurden die ersten 3D-Scanner genau aus dem Bedürfnis entwickelt, Gebäude oder ganze Landstriche vermessen zu können.2 3 4
Zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels wurden diese aufwändigen Methoden größtenteils durch moderne 3D-Scan-Verfahren ersetzt.
In diesem Artikel geben wir Ihnen einen Überblick über 3D-Scanner und deren grundlegende Verfahren, die speziell entwickelt wurden, um große Objekte und Topologien schnell und einfach vermessen und digitalisieren zu können.
Warum spezifische 3D-Scanner für große Objekte?
Objekte mit einer Seitenlänge von mehr als 2 Metern lassen sich mit gebräuchlichen, handgeführten 3D-Scannern nicht mehr effizient vermessen. In diesem Fall dauert es zu einfach zu lange und ist zu fehleranfällig, das ganze Objekt ab zu tasten, zu berechnen und zu analysieren. Für große Objekte gibt es deshalb dedizierte Geräte, auf die wir in diesem Beitrag näher eingehen wollen.
Top 5 3D-Scanner für große Objekte
Um Ihnen die Auswahl eines Gerätes für Ihre Anwendung leichter zu machen, möchten wir Ihnen hier die unserer Meinung nach besten 3D-Scanner für große Objekte präsentieren.
Unsere Empfehlungen basieren ausschließlich auf den Erfahrungen des 3Dee-Scan Teams, und wir erhalten keinerlei Vergütung oder sonstige Leistungen von den Herstellern.
Empfohlene 3D-Scanner für große Objekte
In der Praxis verwendete Technologien
Zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels haben sich vor allem mehrere Variationen des Photogrammetrie- und Time-of-Flight-Verfahrens am Markt etabliert. Lidar, eine Implementierung des Time-of-Flight-Verfahrens, wird zum Beispiel für die Vermessung von Gebäuden, Anlagen und Gelände verwendet.5 6 Photogrammetrie kommt vor allem in Stereo-Kameras und Satelliten zur Oberflächenvermessung zum Einsatz.7
Photogrammetrie
Bei dem Photogrammetrie-Verfahren kann, sofern die Position und der relative Abstand der Aufnahmegeräte zueinander bekannt ist, aus mindestens einem stereoskopischem Bildpaar durch die Triangulierung mehrerer Referenzpunkte auf den Bildern, Tiefeninformation herausgelesen werden.8
Ein Vorteil der Photogrammetrie ist, dass gleich eine Textur mit Farbinformation für die Anwendung auf das computergenerierte Objekt verwendet werden kann.
Photogrammetrie wird häufig in der Unterhaltungsindustrie oder in der Geländevermessung verwendet.
Time-Of-Flight
Das Time-of-Flight-Verfahren basiert auf der Laserdistanzmessung. Hierbei wird die Distanz vom Gerät (Referenzpunkt) zu einem Messpunkt ermittelt, indem die Zeit gemessen wird, die Licht braucht, um den Punkt zu erreichen. Aus mehreren Messpunkten kann dann eine Punktwolke erstellt und zu einem 3-dimensionalen Objekt trianguliert werden.7 Dieses Verfahren kann sehr genaue Messdaten liefern.
Eine oft verwendete Implementierung des Time-of-Flight-Verfahrens sind zum Beispiel LIDAR Scanner.
Anwendungsgebiete
In der Praxis werden 3D-Scanner für große Objekte vor allem in der Architektur, dem Bauwesen, der Denkmalpflege und der Archivierung von Kulturerbe verwendet. Durch die Weiterentwicklung herkömmlicher Verfahren und gemeinsame Implementierung mit Struktur-Licht-3D-Scannern kann eine hinreichende Messgenauigkeit erreicht werden, um auch große Bauteile, Mockups und Prototypen in der Industrie genau vermessen zu können.
Industrie und Fertigung
In der Industrie (Automobil, Luft und Raumfahrt, etc…) werden 3D-Scanner, wie zum Beispiel der Scantech TrackScan, für große Objekte eingesetzt, um zum Beispiel Karosserien, große Baugruppen und Fertigungsanlagen zu vermessen und zu analysieren. In den meisten Fällen wird dies zur Qualitätskontrolle, Fehlererkennung, Wartung/Reparatur und Prozessoptimierung genutzt.
Architektur und Bauwesen
In der Architektur und im Bauwesen werden Laser-Distanz-Scanner mit dem Time-Of-Flight-Verfahren, wie zum Beispiel der Faro Focus, eingesetzt, um Baugrund zu vermessen, Maßhaltigkeiten beim Bau zu überprüfen, oder die Abnutzung bestehender Gebäude zu überwachen.
Denkmalpflege und Kulturerbe
Einen besonderen Platz haben 3D-Scanner für große Objekte in der Denkmalpflege und Archivierung von Kulturerbe gefunden. Sie erweisen sich als ein sehr effizientes Werkzeug, um kontaktlos und genau historische Gebäude und Denkmäler zu dokumentieren und zu überwachen oder archäologische Stätten zu vermessen.
Der richtige 3D-Scanner für Sie
“Wenn Sie nicht wissen, worauf Sie beim Kauf achten müssen, geben wir Ihnen hier einen kurzen Überblick über die wichtigsten Auswahlkriterien und Herausforderungen. Sollten Sie eine individuelle Beratung oder eine Produktvorführung brauchen, dann zögern Sie nicht und kontaktieren Sie uns während unserer Geschäftszeiten unter office@3dee.at oder telefonisch mit +43 1 7102041
Auswahlkriterien
- Anwendungsgebiet: Wählen Sie Ihren 3D-Scanner nach Ihrem spezifischen Anwendungsgebiet.
- Größe des Objektes: Achten Sie darauf, dass das zu scannende Objekt in den Scanbereich des 3D-Scanners passt.
- Volumetrische Genauigkeit und Auflösung: Volumetrische Genauigkeit beschreibt die dreidimensionale Toleranz, Auflösung die kleinst messbaren Details.
- Scan-Geschwindigkeit: Die Scan-Geschwindigkeit gibt an, wie viele Messpunkte pro Sekunde erfasst werden können.
- Softwarekompatibilität: Wenn Sie bereits eine Softwarelösung verwenden, dann stellen Sie vor dem Kauf sicher, dass das Gerät mit Ihrer Software kompatibel ist. Bei manchen 3D-Scannern ist eine zusätzliche Software notwendig. Diese wird meist vom Hersteller zum Download angeboten oder wird auf einem Datenträger mitgeliefert.
- Benutzerfreundlichkeit: Viele 3D-Scanner setzen ein gewisses Maß an Erfahrung und Wissen voraus. Erkundigen Sie sich im Vorfeld über das benötigte Wissen.
- Referenzmarker: Einige 3D-Scanner brauchen Referenzmarker am Objekt. Bei stationären Laser-Distanz-Scanner und vielen 3D-Scannern mit dem Strukturlich-Verfahren ist das nicht notwendig.
- ISO17025: Wenn Ihre Anwendung dem ISO17025 Standard entsprechen soll, erkundigen Sie sich vor dem Kauf über die genauen Parameter des Gerätes.
Herausforderungen beim Scannen großer Objekte
- Geometrie der Objekte: Seien Sie sich bewusst, dass große Objekte mit komplexer Geometrie sehr schwer vollständig zu erfassen sind. Für komplexe Objekte bis 10 m empfehlen wir den Scantech TrackScan oder den Shining Freescan Track. Bei Größenordnungen von mehr als 10 m können auch mehrere 3D-Scans von Laser-Distanz-Scannern zusammengefügt werden.
- Umgebungsbedingungen und Beleuchtung: 3D-Scanner, welche nicht mit Laserlicht funktionieren, können durch zu helle Beleuchtung und Reflexionen in der Umgebung gestört werden. Viele Laser-Distanz-Scanner haben Probleme, reflektierende Oberflächen zu erfassen.
- Parallaxenfehler: Farbdaten werden aus einem anderen Blickwinkel als die Entfernungsdaten erfasst, dadurch sind manchmal Farbtexturen verzerrt..
- Große Datenmenge: Achten Sie auf die gemessenen Datenmengen. Es kommt auf den Computer an, auf dem Sie die Daten verarbeiten, ob ein einzelner Scan, oder ein Mosaik mehrerer 3D-Scans sinnvoller ist.
Welcher 3D-Scanner passt zu mir?
Nutzen Sie unsere Expertise
Wenn Ihnen die notwendige Erfahrung zum 3D-Scannen fehlt, dann bieten wir Ihnen Beratung und Schulungen. Sollten Sie unsicher sein, oder sich keinen 3D-Scanner anschaffen wollen, können Sie auch gerne unseren 3D-Scan-Service nutzen. Haben Sie noch Fragen zum Thema 3D-Scanner für große Objekte? Zögern Sie nicht und kontaktieren Sie uns!
Fazit
Große Objekte wie Gebäude oder Gelände zu vermessen war historisch sehr mühsam. Neue Entwicklungen in der Laserdistanzmessung und Photogrammetrie machen es möglich, diese schnell und einfach digital zu vermessen. Moderne handgeführte 3D-Scanner, wie zum Beispiel der Scantech TrackScan oder der Shining Freescan Track, mit Kameratracking liefern sogar bei sehr komplexen Modellen ausgezeichnete Messdaten.
Achten Sie vor dem Kauf auf die wichtigsten Auswahlkriterien und seien Sie sich bewusst über die Herausforderungen beim 3D-Scan von großen Objekten.
Wenn Sie Fragen haben oder Hilfe brauchen, zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren. Wir kümmern uns gerne um Ihre Anliegen!
Referenzen und Quellen
1.) Heribert Kahmen: Vermessungskunde. 18./20. Auflage, De Gruyter-Verlag Berlin 1993 und 2005
2.) Franz Ackerl, Geodäsie und Fotogrammetrie Bd.I: Instrumente und Verfahren der Vermessung, G.Fromme-Verlag, Wien 1950.
3.) Albrecht Meydenbauer: Die Photometrographie. In: Wochenblatt des Architektenvereins zu Berlin Jg. 1, 1867, Nr. 14, S. 125–126; Nr. 15, S. 139–140; Nr. 16, S. 149–150.
4.) Orel Eduard von. In: Österreichisches Biographisches Lexikon 1815–1950 (ÖBL). Band 7, Verlag der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, Wien 1978, ISBN 3-7001-0187-2, S. 243 f.
5.) Eling D.: Terrestrisches Laserscanning für die Bauwerksüberwachung. Verlag der Bayerischen Akademie der Wissenschaften in Kommission beim Verlag C.H. Beck, München 2009, ISBN 978-3-7696-5053-2.
6.) Zeybek M. & Sanhoglu I.: Accurate determination of the Taskent (Konya, Turkey) landslide using a long-range terrestrial laser scanner. In: Bulletin of Engineering Geology and the Environment. Nr. 74, 2015.
7.) Gopal Shah, 18. April 2017 in “Google Earth’s Incredible 3D Imagery, Explained”. URL: https://www.youtube.com/watch?v=suo_aUTUpps
8.) Karl Kraus: Fotogrammetrie (7. Auflage) Band 1 und 2, de Gruyter, Berlin 2004.
9.) Cui, Yan; Schuon, Sebastian; Chan, Derek; Thrun, Sebastian; Theobalt, Christian (2010). “3D shape scanning with a time-of-flight camera”. 2010 IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. pp. 1173–1180.
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