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2- oder 3-dimensional, Punkt oder Wolke?

Digitale Aufmaßsysteme für holzverarbeitende Gewerke
2- oder 3-dimensional, Punkt oder Wolke?

Aktuelle 2D- und 3D-Messsysteme versprechen digitale Aufmaße ohne Medienbrüche. Welche Lösungen für Holzverarbeiter gibt es, worauf sollte man achten und wann sind Dienstleister sinnvoller?

Marian Behaneck

Die Digitalisierung fängt mit dem Aufmaß an. Werden Messdaten digital erfasst, spart man sich einen kompletten Arbeitsschritt: die fehlerträchtige manuelle Eingabe der Messwerte in den Rechner. Die Messdaten lassen sich unmittelbar weiterverarbeiten – für Angebote, Abrechnungen, Pläne und die CNC-Fertigung von Fenstern, Treppenstufen, Arbeitsplatten oder Blenden. Für jede Messaufgabe gibt es die passende Lösung: alphanumerische oder grafische 2D-Systeme, tachymetrische 3D-Systeme oder 3D-Laserscanner. Und dann gibt es noch das fotografische 2D- und 3D-Aufmaß. Was sich am besten wofür eignet, hängt davon ab, was man aufmessen will, welche Messdaten man braucht und wie man sie später nutzt.

2D-Aufmaße für Angebote und Rechnungen

Speziell für Angebote oder Rechnungen werden mengen- oder raumorientierte Aufmaßsysteme offeriert. Sie dienen der digitalen Erfassung von Abmessungen, Flächen und Volumina, um transparente Angebote oder prüffähige Rechnungen mit nachvollziehbarem Rechenansatz erstellen zu können. Dabei werden mithilfe einer Formelsammlung und eines Aufmaß-Assistenten Flächen und Abzugsflächen alphanumerisch oder skizzenorientiert erfasst und daraus Raumaufmaße, Spaltenaufmaße oder freie Aufmaße generiert. Die gemessenen Werte lassen sich LV-Positionen zuordnen, was die Angebotserstellung oder Soll-und-Ist-Vergleiche vereinfacht. Die Aufmaßlösungen bestehen aus einem zum System gehörenden oder separat erhältlichen Laser-Distanzmesser mit drahtloser Bluetooth-Datenübergabe an die Aufmaßsoftware, die auf einem mobilen Notebook, Tablet oder Smartphone installiert ist. Digitale Messdaten können importiert oder Messwerte manuell eingegeben werden, was allerdings zu Übertragungsfehlern führen kann und den Rationalisierungseffekt schmälert. Schritt-für-Schritt-Abfragen und automatische Kontrollen sorgen dafür, dass die Messungen plausibel und vollständig sind, auch wenn man zwischendurch abgelenkt wird.

2D-/3D-Aufmaße für Planung und Fertigung

Grafische Aufmaße dienen der Planerstellung, Fertigung und Montage. Dafür werden teilweise auch 2D-Erfassungssysteme eingesetzt, die jedoch bei krummen und schiefen oder frei geformten Räumen sowie beim dreidimensionalen Aufmaß an ihre Grenzen stoßen. Für diese Aufgaben sind tachymetrische Systeme oder 3D-Laserscanner besser geeignet. Tachymetrische Systeme basieren auf einem Tachymeter (Kombination aus Winkel- und Distanzmessgerät) oder speziellen Aufmaßgeräten, die wichtige Messpunkte eines Objektes über den Horizontal- und Vertikalwinkel sowie die gemessene Distanz in Form von Raumkoordinaten erfassen. Das aus einem Stativ und einem darauf montierten, dreh- und schwenkbaren Messgerät bestehende System wird im Raum aufgestellt und eingeschaltet, worauf es sich selbstständig orientiert und nivelliert. Anschließend können die Messpunkte durch Drehen und Schwenken des Messgerätes von Hand oder halbautomatisch per ferngesteuertem Schrittmotor anvisiert werden. Die Aufmaßskizzen werden parallel in das zum System gehörende Aufmaßprogramm übertragen, sodass man direkt vor Ort sieht, ob alles vollständig erfasst wurde. Die dreidimensionale Aufmaßskizze kann man per DXF-Schnittstelle in beliebige CAD-Programme einlesen und direkt für die Konstruktion verwenden. Einige Systeme erlauben zusätzlich eine automatische Messdatenerfassung entlang einer zuvor definierten Linie oder innerhalb einer Fläche, was beispielsweise die Erfassung von Oberflächenunebenheiten ermöglicht. Eine weitere Funktion ermöglicht die Projektion geometrischer Punkte aus einer CAD-Datei in den realen Raum. Damit können beispielsweise Ausschnitte oder Bohrbilder exakt auf Wänden, Decken oder Böden markiert werden.

Vergleich: Digitale Aufmaßsysteme Foto: BM Grafik

3D-Laserscanner erfassen alles

Je komplexer die Geometrie, je stärker gegliedert das zu messende Objekt ist, desto aufwendiger ist eine Einzelpunkt-Erfassung und desto effizienter ist das 3D-Laserscanning, das sich insbesondere für detailreiche Strukturen eignet. Dabei erfasst ein vertikal rotierender Laserscanner, der sich auch horizontal um die eigene Achse dreht, die Umgebung automatisch. Während einer 360°-Umdrehung werden alle vom Gerätestandpunkt aus sichtbaren Objekte über ihre räumliche Koordinatenwerte geometrisch erfasst und gespeichert. Im Gegensatz zu tachymetrischen Systemen werden nicht einzelne, markante Objektpunkte gemessen, sondern die gesamte Umgebung rasterförmig abgetastet und dreidimensional als eine mehrere Millionen 3D-Messpunkte umfassende „Punktwolke“ erfasst. Eine integrierte Digitalkamera liefert zusätzlich Bildinformationen, aus denen 360°-Fotopanoramen generiert werden. Komplexe Objektgeometrien mit vielen Vor- und Rücksprüngen erzeugen „Messschatten“, was eine mehrfache Aufstellung an unterschiedlichen Standpunkten erforderlich macht. Der gesamte Messvorgang läuft in wenigen Minuten ab, sodass etwa der Baustellenbetrieb kaum beeinträchtigt wird. Allerdings relativiert sich dieser Zeitvorteil bei der anschließenden Auswertung der Punktwolken, die etwas aufwendiger ist. Dabei werden die Messdaten im Büro in eine spezielle Software eingelesen, die einzelnen Punktwolken über Referenzpunkte passgenau zu einem Gesamt-Scan zusammengefügt, ausgerichtet, ausgeschnitten, gefiltert und anschließend im CAD-Programm manuell oder halbautomatisch in CAD-Elemente oder BIM-Bauteile umgewandelt. Für eine Schnellauswertung lassen sich auch Schnitte oder Schnittansichten generieren, indem durch die Punktwolke eine Schnittebene gelegt wird. Auch einige CAD-Programme wie Autocad oder Vectorworks verfügen über Punktwolken-Bearbeitungsfunktionen, was den Workflow vereinfacht.

Produktvergleich 3D-Laserscanner Foto: BM Grafik

2D- und 3D-Fotoaufmaß

Messungen im Foto ermöglichen spezielle Fotoaufmaß-Programme, die Digitalfotos mithilfe von Referenzmaßen perspektivisch entzerren und maßstäblich kalibrieren können, sodass man danach beliebige Maße abgreifen oder 2D-Pläne erstellen kann. Haupteinsatzgebiete sind Aufmaße von Fassaden, Dächern, Wandansichten oder Deckenspiegeln. Mithilfe der Stereofotogrammetrie lassen sich anhand zweier oder mehrerer Fotos auch dreidimensionale CAD-Gebäudemodelle generieren. Bei diesem Verfahren werden zwei oder mehrere, von unterschiedlichen Standpunkten aufgenommene Fotos mithilfe von Passpunkten orientiert und kalibriert. Danach können die Fotos dreidimensional ausgewertet werden. Stereokameras, wie die BLK3D von Leica Geosystems, ermöglichen Messungen im Foto quasi in Echtzeit. Die Fotos und Messergebnisse können in verschiedenen Formaten exportiert und für die Erstellung von Plänen, Angeboten oder Dokumentationen genutzt werden. Das hybride Aufmaßsystem HottScan kombiniert die Fotogrammetrie mit der Tachymetrie und dem 3D-Laserscanning. Anhand der Mess- und Fotodaten kann man am PC Türen, Fenster oder Räume aufmessen und dreidimensional modellieren. Die Genauigkeit der Ergebnisse hängt bei allen Fotoaufmaßsystemen auch von der Fotoqualität ab.

Produktvergleich tachymetrische 3D-Aufmaßsysteme Foto: BM Grafik

Welches Aufmaß ist wann sinnvoll?

Entscheidend für die Wahl des passenden Aufmaßsystems ist die Frage, welche Objekte vorwiegend aufgemessen werden. Sind es Küchenarbeitsplatten oder Passleisten, Treppen oder Treppenstufen, Räume oder Gebäude? Werden eher einfache Aufmaße von Standardräumen oder von schiefwinkligen Räumen, Fachwerk- oder Dachkonstruktionen benötigt? Während kleine, überschaubare, polygonale Objekte sehr effizient mit tachymetrischen Systemen erfasst werden können, eignen sich für verformungsgerechte Aufmaße, für runde, frei geformte oder stark strukturierte Objekte 3D-Laserscanner besser. Da das gesamte Umfeld sowohl maßlich als auch fotografisch erfasst wird, kann man später alle Maße abgreifen – auch jene, an die man zum Aufmaßzeitpunkt nicht gedacht hat. Auch die Distanz zu den Messobjekten spielt eine Rolle – zum einen wegen der Messgenauigkeit, die sich aus der Distanz- und Winkelgenauigkeit zusammensetzt und bei allen Systemen mit der Entfernung abnimmt. Zum anderen wegen der Anvisierung von Messpunkten, die mit zunehmender Distanz und Umgebungshelligkeit bei tachymetrischen Systemen schwieriger wird. Deshalb verfügen einige Systeme neben einer Schrittmotor-Steuerung auch über eine integrierte Digitalzoom-Kamera mit Fadenkreuz, die Messungen auch bei hellem Tageslicht sowie Dokumentationsfotos ermöglicht. Grundsätzlich sind aber für Außenaufmaße – etwa von Fassaden oder Geländeprofilen – 3D-Laserscanner besser geeignet. Für kurze Distanzen und kleinere Objekte eignen sich übrigens auch drahtgebundene tachymetrische Systeme, die 3D-Messdaten nicht per Laserstrahl, sondern manuell über einen mit dem Messgerät verbundenen Messstift bis zu einer maximalen Reichweite von 20 m präzise erfassen können.

Worauf solle man bei der Auswahl achten?

Bei der Auswahl eines konkreten Gerätes sollte man auf den Messbereich, die Distanz- und Winkelgenauigkeit sowie das vertikale, geräteabhängige Sichtfeld achten, das insbesondere beim Treppenaufmaß möglichst 360 Grad betragen sollte. Wichtig sind auch die maximale Messrate bei tachmetrischen Systemen, respektive die mittlere Scandauer bei 3D-Laserscannern. Während nur tachymetrische Systeme eine Projektion von CAD-Daten ermöglichen, erstellen nur 3D-Laserscanner parallel zum Aufmaß auch 360 Grad-Fotopanoramen, die jederzeit ein Heranzoomen von Detailpunkten ermöglichen. Das Gerät sollte sich nach dem Aufstellen und Einschalten möglichst automatisch im Raum orientieren, kalibrieren und nivellieren. Ein Schocksensor sollte sich melden, wenn das Gerät versehentlich angestoßen wurde, da dies zu Messfehlern führt. Mit optionalen Sprach- und Textnotizen lassen sich Zusatzinformationen festhalten. Beim tachymetrischen Aufmaß sollte man darauf achten, dass die Software neben Linien, Polylinien, Kreisen und Kreisbögen auch Symbole für Architektur, Sanitär und Elektro etc. enthält. Geringe Abmessungen und ein geringes Gewicht lernt man schnell schätzen, wenn man das Gerät samt Stativ aufgrund vieler Mess-Schatten häufig umsetzen muss. Da viele Geräte Stromfresser sind, sollte man auf die Akkulaufzeit achten. Beim Kaufpreis ist wichtig, welche Hard- und Software, welche Funktionen sowie welche Zusatzausstattung enthalten sind und wie hoch die Wartungs- und Kalibrierungsgebühren sind.

Auch der Datenfluss muss stimmen

Ganz gleich, welches System man einsetzt: Aufmaße gibt es nicht auf Knopfdruck. Bei 2D-Aufmaßsystemen oder tachymetrischen Messverfahren muss jeder Messpunkt einzeln anvisiert und erfasst werden. Je komplexer, filigraner und detaillierter das Objekt ist, desto sinnvoller ist das 3D-Laserscanning. Wichtig ist, dass der Datenfluss stimmt und die Aufmaßdaten von Angebots-, Kalkulations-, Abrechnungs- oder CAD-Programmen nahtlos und verlustfrei übernommen werden. Auch die Amortisation ist wichtig, denn die Kosten für tachymetrische 3D-Systeme liegen etwa zwischen 6500 und 17 000 Euro sowie zwischen 16 000 und 40 000 Euro und mehr für 3D-Laserscanner – je nach Messgenauigkeit und Messbereich. Hinzu kommen gelegentliche Kalibrierungs- und Wartungskosten (zwischen 300 und 5000 Euro, je nach Anbieter und Leistung). Nicht zuletzt muss das entsprechende Mitarbeiter-Know-how vorgehalten werden. Wer nur ab und zu Aufmaße braucht, sollte sich deshalb genau überlegen, ob sich Investitions- und Betriebskosten lohnen oder ob eine Dienstleistung nicht sinnvoller ist, denn nur bei einer mehrmaligen monatlichen Nutzung amortisiert sich die Investition. Bei geringerer Auslastung ist ein Aufmaß-Dienstleister die bessere Wahl. Dabei sollte man aber darauf achten, dass dieser auch das Wissen und die Werkzeuge besitzt, um Kunden das Gewünschte liefern zu können: 2D-Messbilder, fertige Grundrisse, Ansichten und Schnitte, ein 3D-CAD- oder BIM-Modell. Das setzt nicht nur Mess-Know-how, sondern auch branchenspezifisches Fachwissen voraus.


Aufmaß-Praxis

Korbbogenfenster

Für den Reichshof, ein denkmalgeschütztes Geschäftshaus in Leipzig, wurden rund 20 Korbbogenfenster mit einem tachymetrischen Aufmaßsystem individuell aufgemessen. Nach dem etwa zehnminütigen Aufmaß einer Fensteröffnung konnte das Gerät zum nächsten Fenster umgesetzt werden. Das Ergebnis in Form einer DXF-Zeichnung wurde anschließend an die Arbeitsvorbereitung und Konstruktion von Nickel Fenster in Weißwasser übergeben. Aufgrund der hohen Aufmaßgenauigkeit von etwa 1,5 Millimetern konnten die Fenster anschließend präzise gefertigt und im denkmalgeschützten Objekt passgenau montiert werden.

Küchenarbeitsplatte

Für eine bestehende Küche in einer Wohnung in Berlin wurde eine polygonale Küchenarbeitsplatte aufgemessen. Die Herausforderung bestand darin, dass nahezu alle Winkel nicht rechtwinklig waren und auch eine schräge Wandnische präzise erfasst und in die Arbeitsplatte integriert werden musste. Das Aufmaß und die Datenübergabe dauerte nur wenige Minuten, da nur die relevanten Punkte erfasst wurden und die Messdaten in Form eines Polygons samt Ausschnitten direkt an das CAD- und CNC-Programm übergeben werden konnten.

Treppenstufen

Für diverse Wohngebäude in mussten für die Treppenstufenfertigung Betontreppen erfasst werden. Um später saubere Schattenfugen zu erhalten, mussten alle Maße und Winkel sowie die Unebenheiten der Trittstufen sehr präzise erfasst werden. Deshalb wurde ein 3D-Laserscanner eingesetzt, der aufgrund bauartbedingter Mess-Schatten mehrfach aufgestellt werden musste. Nach der Auswertung und Zusammenführung der Punktwolken wurde für die CNC-Fertigung der Treppenstufen ein Plan inklusive aller Abmessungen und Winkel sowie eines Fotos der Einbausituation übergeben.


Praxis-Statements

M. Elbracht: „Sofort nutzbare Aufmaßskizze“

CAD-Dozent Matthias Elbracht setzt ein tachymetrisches Aufmaß-System ein: „Schon während der Messung entsteht ein komplettes CAD-Kantenmodell. Ich messe dabei nicht nur 3D-Punkte, sondern auch Wände, Türen, Steckdosen. So entstehen Raumgrundrisse, die man direkt zur CAD-Weiterverarbeitung ins Büro senden kann. Treppenstufen oder Arbeitsplatten können im Betrieb so präzise vorgefertigt werden, ohne sie vor Ort einpassen zu müssen. Neben Bohrbildern lassen sich auch Meterrisse und Lote aus dem CAD auf Wand- und Bodenflächen exakt projizieren.“

J. Rechenbach/LSA: „Unschlagbar bei komplexen Objekten“

Laserscanning-Dienstleister Johannes Rechenbach von Laser Scanning Architecture ist überzeugter 3D-Laserscanner-Anwender: „3D-Laserscanner sind insbesondere bei großen, komplexen und detailreichen Objekten unschlagbar und auch Wand- oder Bodenunebenheiten werden eher erkannt. Man vergisst kein Maß und anhand des parallel erstellten 360 Grad-Fotopanoramas kann sich beispielsweise der Monteur vorab die Einbausituation und mögliche Problempunkte im Detail anschauen.“

Treppenbau Bieg: „Ohne präzises Aufmaß geht es nicht“

Treppenbauer Stefan Bieg misst tachymetrisch: „Wenn das Aufmaß nicht präzise ist, nutzt auch die Präzision der CNC-Maschinen nichts. In CNC-Maschinen und Hallen werden Hundertausende Euro investiert, die Messtechnik ist demgegenüber noch altmodisch. Ein präzises Aufmaß reduziert die Montagezeit um die Hälfte, weil keine zeitraubenden Anpassungen nötig sind. Aber auch das digitale Aufmaß selbst ist deutlich schneller: So konnten wir ein Gebäude mit 600 Stufen in zwei Tagen vermessen, wofür wir sonst knapp vier Wochen für den (analogen) Zuschnitt von Schablonen gebraucht hätten.“

H. Derksen/Artline: „Präzise Aufmaße setzen Know-how voraus“

Schreiner und Aufmaßdienstleister Henrik Derksen von Artline, misst seit vielen Jahren sowohl tachymetrisch als auch per 3D-Laserscanner: „Jedes Aufmaßverfahren hat seine Berechtigung und in der Praxis ergänzen sich beide. Wichtig sind auch die Auswertungs-Werkzeuge und das Know-how der Mitarbeiter, denn die Zusammenführung und Bearbeitung insbesondere von Punktwolken erfordert Erfahrung. Sonst kommt hinterher nicht die Genauigkeit heraus, die man erwartet.“


Produkte und Anbieter*

2D-Aufmaß:

On-Site Survey (www.maxmess.de), Mobilaufmaß (www.sander-doll.com), Palette Home (www.palettecad.com), Roometric (www.roometric.com), Siebert Scale (www.siebertscale.de), SiteMaster (www.graebert-isurvey.com), Mobiles Aufmaß (www.winworker.de), ViSoft Smart (www.visoft.de)

Punktwolkenbearbeitung:

Faro Scene (www.faro.com), Leica Cyclone (www.leica-geosystems.com), PinPoint (www.pinpoint-suite.com), PointCab (www.pointcab-software.com), ReCap Pro (www.autodesk.de), Scalypso (www.scalypso.com), Trimble Realworks (www.geospatial.trimble.com)

Fotoaufmaß: Fotoaufmass (www.sander-doll.de), Fotoaufmaß (www.farbeplus.de), Foto-Aufmaß Professional (www.hottscan.de), Leica BLK3D (www.leica-geosystems.com), My Measures (www.mymeasuresapp.com), On-Site Photo (www.maxmess.de), Mobiles Fotoaufmaß (www.winworker.de)

Tachymetrische Systeme:

Flexijet 3D (www.flexijet.info), HottScan (www.hottscan.de), Leica 3D Disto, Leica DISTO S910 etc. (www.leica-geosystems.de), Pro Collector (www.sl-laser.com), Proliner (www.prodim.eu), TheoCAD (www.theocad.com)

3D-Laserscanner:

www.deltasphere.com, www.faro.com, www.geo-konzept.de, www.leica-geosystems.de, www.riegl.co.at, www.topcon-positioning.eu/de, www.trimble.com, www.zf-laser.com

Dienstleister: www.3d-aufmasse.de, www.artline-hd.de, www.christofori.de, www.farlo-projekt.de, www.inobatec.de, www.laser-scanning-architecture.com, www.laserscanning-europe.com, www.wekoplan.de

* Ohne Anspruch auf Vollständigkeit


Der Autor

Dipl.-Ing. Marian Behaneck ist freier Journalist mit den Schwerpunkten Software, Hardware und IT im Baubereich.

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