Digitales Aufmaß − Teil 1

Tachymetrische Systeme

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

Die Digitalisierung im Metallhandwerk fängt mit dem Aufmaß an. Werden Messdaten digital erfasst, spart man sich nicht nur einen kompletten Arbeitsschritt: die fehlerträchtige manuelle Eingabe der Messwerte in den Rechner. Man spart auch Zeit, Personal und Ärger – etwa wenn man teueres Material mit langen Lieferzeiten aufgrund fehlerhafter Messdaten falsch bestellt oder zuschneidet. Ein präzises, korrektes Vor-Ort-Aufmaß ist für eine professionelle Planung, Fertigung und Montage entscheidend. Die digitalen Messdaten lassen sich unmittelbar weiterverarbeiten – für Angebote, Abrechnungen, Pläne oder die Produktion von Türen, Toren, Fenstern, Treppen oder Blenden.

Für jede Messaufgabe gibt es eine passende Lösung: tachymetrische Systeme, 3D-Laserscanner oder fotobasierende Systeme. Teil 1 dieser dreiteiligen Serie geht auf die Vor- und Nachteile tachymetrischer Messsysteme näher ein.

Welches System wählen?

Entscheidend für die Wahl eines geeigneten Aufmaßsystems ist die Frage, welche Objekte vorwiegend aufgemessen werden. Sind es Treppen und Treppenstufen, Fenster, Türen und Tore, Räume, Fassaden oder komplette Gebäude? Werden eher einfache Aufmaße von Standardräumen oder von schiefwinkligen Räumen oder Dachkonstruktionen benötigt? Während kleine, überschaubare, auch polygonale Objekte sehr effizient mit tachymetrischen Systemen erfasst werden können, eignen sich für verformungsgerechte Aufmaße, für frei geformte oder stark strukturierte Objekte wie Stahl- oder Holzkonstruktionen 3D-Laserscanner besser. Auch im Außenbereich, etwa beim Fassadenaufmaß, haben die hier vorgestellten tachymetrischen Systeme ihre Grenzen, da das Anvisieren einzelner Messpunkte mit dem Laserpointer mit zunehmender Umgebungshelligkeit und Entfernung schwieriger wird. Zwar verfügen beispielsweise Flexijet oder der 3D Disto neben einer Schrittmotor-Steuerung auch über eine integrierte Digitalzoom-Kamera mit Fadenkreuz, die Messungen auch in heller Umgebung sowie Dokumentationsfotos ermöglicht. Aber auch diese technischen Hilfsmittel geraten schnell an Grenzen. Die Distanz zum Messobjekt spielt auch im Hinblick auf die Präzision eine wichtige Rolle, denn sie setzt sich aus der gerätebedingten Distanz- und Winkelgenauigkeit zusammen. Erstere nimmt bei allen Systemen mit der Entfernung ab. Sie liegt bei einem gängigen Messbereich von 50 Zentimetern bis maximal 100 Meter zwischen ± 1 bis 5 Millimeter. Mindestens ebenso wichtig ist die Winkelgenauigkeit: Je höher diese ist, desto geringer sind Messfehler auch bei größeren Entfernungen. Ein guter Wert ist z.B. 0,0007 Grad. Für kurze Distanzen und kleinere, zugängliche Objekte eignen sich übrigens auch drahtgebundene tachymetrische Systeme, wie etwa der Proliner von Prodim. Damit werden 3D-Messdaten nicht per Laserstrahl, sondern manuell über einen per Drahtseil mit dem Messgerät verbundenen Mess-Stift bis zu einer maximalen Reichweite von 20 Metern präzise erfasst.

Worauf soll man bei der Auswahl achten?

Bei der Auswahl eines Gerätes sollte man auf den Messbereich, die Distanz- und Winkelgenauigkeit sowie das geräteabhängige horizontale und vertikale Sichtfeld (Messfeld), respektive den sich daraus ergebenden „Mess-Schatten“ achten. Insbesondere bei beengten Raumverhältnissen oder Treppenaufmaßen ist ein möglichst großes vertikales Sichtfeld von Vorteil. Wichtig ist auch die maximale Messrate, also die maximale Anzahl an Messpunkten, die pro Minute erfasst werden können. Sie bestimmt die Schnelligkeit des Aufmaßes. Das Gerät sollte sich nach dem Aufstellen und Einschalten möglichst selbständig 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. Geringe Abmessungen und ein geringes Gewicht lernt man schnell schätzen, wenn das Gerät samt Stativ aufgrund vieler räumlich bedingter Mess-Schatten häufig umgesetzt werden 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 ob eventuell Wartungs- oder Kalibrierungsgebühren anfallen. Bei der Aufmaßsoftware sollte man darauf achten, dass sie neben Linien, Polylinien, Kreisen oder Kreisbögen auch Architektur-, Elektro- oder Sanitärsymbole etc. enthält und Zeichenebenen (Folien oder Layer) erzeugen und verwalten kann. Damit die Datenübergabe an allgemeine oder metallbauspezifische CAD-Programme wie AutoCAD, HiCAD oder Tenado Metall klappt, muss die Aufmaßsoftware zwingend über eine aktuelle DXF-/DWG-Exportschnittstelle verfügen.

Fazit: der „Workflow“ muss stimmen

Ganz gleich, welches System man einsetzt: Aufmaße gibt es nicht auf Knopfdruck. Beim tachymetrischen Messverfahren muss jeder relevante Messpunkt einzeln anvisiert und erfasst werden. Dafür erhält man nach dem Aufmaß ein im CAD-Programm direkt verwertbares Ergebnis. Je komplexer, filigraner und detailreicher das Objekt ist, desto aufwendiger ist allerdings die Vor-Ort-Erfassung und desto sinnvoller sind andere Systeme wie 3D-Laserscanner, LIDAR-Scanner oder Fotogrammetrie. Wichtig ist, dass der Datenfluss stimmt und die Aufmaßdaten in Angebots-, Kalkulations-, Abrechungs- oder CAD-Programme nahtlos, verlustfrei, ohne Zusatzaufwand und Zusatzsoftware übernommen werden können. Das ist bei den oben vorgestellten Systemen der Fall. Auch die Amortisation ist wichtig. Die Kosten für tachymetrische 3D-Systeme liegen zwischen 8.000 und 17.000 Euro. Hinzu kommen gegebenenfalls Kalibrierungs- und Wartungskosten. Nicht zuletzt muss bei Mitarbeitern das Know-how für die Bedienung der Hard- und Software vorgehalten werden. Wer nur ab und zu Aufmaße braucht, sollte sich einen Kauf genau überlegen, denn nur bei einer mehrmaligen monatlichen Nutzung amortisiert sich die Investition. Bei geringerer Auslastung sind eine Gerätemiete oder ein Aufmaß-Dienstleister die bessere Wahl. Die Mietkosten betragen, abhängig von der Mietdauer, ca. 40 bis 100 Euro pro Tag, zuzüglich Versand- und Versicherungskosten (ca. 80 Euro). Beim Dienstleister solle man darauf achten, dass dieser nicht nur das System bedienen kann, sondern auch über das Know-how und die Softwarewerkzeuge verfügt, um das Gewünschte liefern zu können: 2D-Grundrisse, Ansichten und Schnitte, 3D-Aufmaßskizzen, ein 3D CAD- oder BIM-Modell oder CAM-Daten.

Nachgefragt bei Schmid Metallbau         

Für Schmid Metallbau aus Achberg ist Qualität und eine saubere Ausführung wichtig, die bereits mit der Bestandserfassung beginnt. Für die Fertigung und Montage eines Geländers für einen Hubschrauberlandeplatz auf dem Dach eines Krankenhaus-Neubaus musste jeder Halter separat aufgemessen und individuell konstruiert werden. An diesen Einbauteilen wurden dann 2,5 Meter lange Kragarme montiert und darauf eine Reling samt Stahlnetz befestigt, die im Extremfall einen Helikopter auffangen muss. „Mit Maßband oder Hand-Laser-Distanzmessgerät wäre das Aufmaß unmöglich gewesen“, erläutert Markus Schmid die schwierigen Randbedingungen. „Im Gespräch mit den Mitarbeitern haben wir lange diskutiert, welche Hilfsmittel wir einsetzen könnten. Dann haben wir auf der BAU-Messe in München und bei einem Kollegen den Leica 3D Disto kennen gelernt und gleich bestellt. Wir haben ihn einfach in die Mitte der Hubschrauberlandeplattform gestellt, sodass alle 54 Einbauteile auf einmal erfasst werden konnten. Begeistert war ich von der Kamera und dem einfachen Heranzoomen des Messpunkts, erinnert sich Schmid an sein erstes 3D Disto-Aufmaß. Rückblickend ist er zufrieden mit der Entscheidung, vor allem weil alles gleich geklappt hat: „Als Ausführender muss ich sicher sein, dass die Daten 1:1 ins CAD-Programm übertragbar sind und dass hinterher alles zu 100 Prozent passt. Die Übertragung war einfach und problemlos und wir konnten sofort mit den Daten weiterarbeiten.“

www.metallbau-schmid.de

Drei Systeme im Vergleich

Flexijet 3D: … besteht aus einer Dreh-Schwenkheinheit mit integriertem Laserdistanzmessgerät und 7-Zoll-Touchdisplay, die auf einem Stativ montiert ist, und einer 3D-Aufmaßsoftware. Der Laser kann manuell und/oder motorisch zum Zielpunkt bewegt werden. Die Fein-Ansteuerung des Messpunktes erfolgt mit einer sensiblen Fernbedienung, mit der Zielpunkte auch bei größeren Entfernungen exakt angefahren und erfasst werden können. Die integrierte 5-Megapixel-Kamera ermöglicht eine optische Zielwahl per Fadenkreuz im Kamera-Livebild sowie eine Fotodokumentation. Die Messung wird über einen Touchsensor am Gerät, per Tastendruck am Mobilcomputer oder per Smartphone-App ausgelöst. Sowohl das horizontale als auch vertikale Sichtfeld beträgt 360 Grad, was Messungen in beengter Umgebung vereinfacht. Die Messwerte werden kabellos per WLAN vom Messgerät zum Laptop oder Tablet übertragen und quasi in Echtzeit in der Aufmaßsoftware angezeigt. Das ermöglicht eine Vor-Ort-Überprüfung der Messung und macht Arbeitsabläufe bis zur fertigen CAD-Aufmaßskizze weniger fehleranfällig. Neben den Geometriedaten können auch Sprach- und Textnotizen oder Fotos gespeichert werden. Ergänzend zu Flexijet 3D offeriert der Hersteller auch Flexijet Face für das Aufmass von Gebäudefassaden sowie die 2D-Aufmaßsysteme Flexijet Stairbox und Flexijet Stairbox 360 für die Erfassung von Treppenstufen, Schablonen, Arbeitsplatten, Fenster- und Türenausschnitten etc.       www.flexijet.info

Leica 3D Disto:  Auch der 3D Disto ist eine Mischung aus einem handgeführten Laser-Distanzmessgerät und einem Aufmaß-Automat. In Gegensatz zum Flexijet verfügt der 3D Disto allerdings über kein Display – es muss separat z.B. in Form eines Windows-Tablets erworben werden. Damit lassen sich beispielsweise die mit der integrierten Zoom-Kamera erfassten Messpunkte bequemer anvisieren. Das Anfahren der Messpunkte erfolgt manuell und/oder motorisch. Wird  das robuste und selbstnivellierende tachymetrische Messgerät auf einer stabilen Oberfläche platziert oder auf einem optionalen Stativ montiert, kann man nach einer menügeführten Orientierung auch schon loslegen. Die Messergebnisse zeigt die im Lieferumfang enthaltene Software parallel dreidimensional an, was ebenfalls eine vor Ort-Überprüfung auf Vollständigkeit und Korrektheit ermöglicht. Neben der automatisierten Erfassung von Messreihen in der Line und Fläche unterstützt der 3D Disto auch die Datenprojektion. Die eingebaute Kamera liefert zoombare Bilder vom zu messenden Punkt, mit der mitgelieferten WLAN-Fernbedienung kann man den Laser frei im Raum bewegen und die Messung auslösen. Das vertikale Sichtfeld beträgt bauartbedingt allerdings nur 250 Grad. Messdaten können per USB-Kabel oder ‑Stick importiert und exportiert werden. Dank Lithium-Ionen-Akku kann der 3D Disto bis zu acht Stunden autark betrieben werden. Mit dem Leica Disto X4 und S910 offeriert Leica Geosystems weitere, nach dem tachymetrischen Prinzip messende Systeme. Diese sind allerdings eher für die dreidimensionale Erfassung kleiner Objekte geeignet, wie etwa Tür- oder Fensteröffnungen.

www.leica-geosystems.de

HottScan:  … kombiniert die Messverfahren Tachymetrie und Laserscanning mit der Fotogrammetrie. Messpunkte werden nicht selektiv erfasst. Stattdessen tastet ein auf einem Dreibeinstativ befestigtes 3D-Aufmaßsystem die Umgebung, ähnlich wie ein 3D-Laserscanner, automatisch rasterförmig ab. Rund 30 3D-Messpunkte werden für ein Raumaufmaß innerhalb einer Minute nach dem tachymetrischen Messprinzip in einem horizontalen und vertikalen Messfeld von 347 und 180 Grad erfasst. Bei Bedarf können zusätzliche Messpunkte aufgemessen werden. Aus den parallel aufgenommenen Einzelbildern wird zusätzlich ein hochauflösendes räumliches 360-Grad-Panoramabild erstellt, mit dem man jederzeit – auch nach dem Vor-Ort-Aufmaß – Maße ermitteln, Details anschauen, die bauliche Situation, eventuelle Bauschäden oder Montagebedingungen abklären kann. Auch bei der Auswertung unterscheidet sich HottScan von den obengenannten Systemen: Nach der Erfassung der Mess- und Fotodaten werden mit der mitgelieferten Modellierungs-Software am PC die Räume oder Objekte dreidimensional modelliert, um ein verwertbares 3D-Geometriemodell zu erhalten. Dabei werden mit Hilfe der Messpunkte Raum-Ebenen definiert, innerhalb derer Objekte wie Tür- und Fensteröffnungen, Schalter oder andere Details millimetergenau aufgemessen werden können. So entstehen schrittweise und je nach Bedarf mehr oder weniger detaillierte CAD-Aufmaßskizzen. Diese können dann per DXF/DWG, IFC-, Collada- oder HottCAD-Schnittstelle an CAD-Programme übergeben werden, ebenso wie die automatisch generierten Massenauswertungen an Angebots- oder Abrechnungsprogramme.

www.hottscan.de

Technische Daten (Preise ohne MwSt.)

Flexijet 3D: Messbereich: 0,05 - 100 Meter, Distanzgenauigkeit: ± 1 mm, Winkelgenauigkeit: 0,0007 Grad, horizontales/vertikales Sichtfeld: 360/360 Grad. Messrate: 60 Punkte/Minute. Zusatzfunktionen: automatische Nivellierung, Schocksensor, Messreihen, Datenprojektion. Maße: 370 x 170 x 175 mm, Gewicht: 5 kg. Lieferumfang: Koffer, Stativ, Ladegerät, Fernsteuerung, Notebookauflage, Aufmaßsoftware. Preis: 16.900 Euro

Leica 3D Disto: Messbereich: 0,5 - 50 Meter, Distanzgenauigkeit: ± 1, 2, 4 mm auf 10, 30, 50 Meter, Winkelgenauigkeit: 0,0014 Grad, horizontales/vertikales Sichtfeld: 360/250 Grad. Messrate: 30 Punkte/Minute. Zusatzfunktionen: automatische Nivellierung, Messreihen, Datenprojektion. Maße: 187 x 216 mm, Gewicht: 2,8 kg. Lieferumfang: Koffer, Ladegerät, WLAN-Fernbedienung, Aufmaßsoftware. Preis: 8.600 Euro

HottScan: Messbereich: 0,05 - 80 Meter, Distanzgenauigkeit: ± 2 mm auf 10 Meter, Winkelgenauigkeit: 0,01Grad, horizontales/vertikales Sichtfeld: 347, 180 Grad. Messrate: 30 Punkte/Minute. Zusatzfunktionen: 360 Grad-Fotopanorama, Messreihen. Maße: 200 x 320 x 150 mm, Gewicht: 4,2 kg. Lieferumfang: Stativ, Ladegerät, Aufmaßsoftware. Preis: 7.999 Euro

Produkte/Hersteller und Dienstleister

Produkte/Hersteller: Flexijet 3D, Flexijet Face, Flexijet Stairbox, Flexijet Stairbox 360 (www.flexijet.info), Geomax Zoom3D Series (www.geomax-positioning.com), HottScan (www.hottscan.de), Leica 3D Disto, Leica Disto X4, S910 etc. (www.leica-geosystems.de), Pro Collector (www.sl-laser.com), Proliner (www.prodim.eu), TheoCAD (www.theocad.com)

Dienstleister: www.3d-aufmasse.de, www.de.elcovision.com, www. hiermeier.com, www.scanner2go.de, www.schlosserei-pauly.de, www.schuster-innenausbau.de, www.tedicad.com, www.wekoplan.de

* Ohne Anspruch auf Vollständigkeit

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