Forschungsprojekt zur Qualitätsprüfung

3D-Scanning kann optimiert werden

Gersthofen (ABZ). – Das Forschungsprojekt DigitalTWIN hat eine Demo entwickelt, um Qualitätsprüfungsprozesse auf der Baustelle zu verbessern. Im Zentrum der Demo steht die Übertragung und Verarbeitung von 3D-Scans mit einer leistungsfähigen, cloudbasierten Netzwerk- und Rechnerinfrastruktur für die Qualitäts- und Bauteilprüfung.
Bau digital
In der Demo wurden mmWave-Knoten zur schnellen Datenübertragung eingesetzt. Foto: se commerce

3D-Scans sind im Bauwesen gängige, digitale Werkzeuge, um den Ist-Zustand von Bauteilen mit dem Sollzustand abzugleichen. Das Bauteil wird mit einem 3D-Scanner "abgetastet" und in Form einer Punktwolke als virtuelles Modell aufbereitet. Aufgrund der unterschiedlichen Datenstruktur müssen die Rohdaten für den Abgleich mit dem 3D-Modell oder der CAD-Zeichnung bisher manuell verschlankt und justiert werden. Erst dann kann die Auswerte-Software den Ist-Zustand mit dem Sollzustand vergleichen und dies auf einem Monitor darstellen.

Es sei wichtig, ein Bauteil vor Ort schnell und verlässlich mit den Planungsdaten abgleichen zu können. sagt Fabian Schmid, Projektleiter DigitalTWIN und Leiter Entwicklung digitaler Werkzeuge und Systemintegration bei der se commerce GmbH. "Bei seele setzen wir 3D-Scanner für Qualitätssicherungszwecke seit Jahren gezielt ein. In der Fertigung ist ein solcher Abgleich kein Problem. Aber auf den Baustellen, wo performante IT-Infrastruktur nur selten oder nur rudimentär vorhanden ist, sind datenintensive Anwendungen wie die vernetzte, modellbasierte Qualitätssicherung eine Geduldsprobe."

Bei dem datenintensiven Vorgehen können Bandbreite und Rechnerkapazität auf Baustellen schnell zum "digitalen Flaschenhals" werden. Um den Abgleich des Ist-Zustands von Bauteilen mit dem Sollzustand von der Planung bis zur Montage unter Zeitdruck synchronisieren zu können, werden Remote-Anbindungen mit mobilen Endgeräten auf der Baustelle immer wichtiger, heißt es von den Projektverantwortlichen. In Kombination mit Mixed-Reality-Technologie könne der Prüfungsprozess einfacher und komfortabler werden. Entwickelt wurde die Demo von den Konsortialpartnern seele, Fraunhofer HHI und Carl Zeiss 3D Automation.

DigitalTWIN nutzt für den Soll/Ist-Abgleich hochperformante, skalierbare Technologien. Dabei wurde zunächst gängige LAN-Verkabelung durch schnelle 5G-Funktechnologie ersetzt, damit die Daten schneller übertragen werden. Mittels so genannter mmWaves können die Punktewolken aus dem FARO-Scanner oder andere Daten mit einer Geschwindigkeit von mindestens 2 Gigabit/s an den Knotenendpunkt zur angebundenen, leistungsfähigen Netzwerk- und Rechnerinfrastruktur übertragen werden. Um die datenintensiven Punktewolkenmodelle zu verarbeiten, nutzt DigitalTWIN eine lokal gehostete Cloud-Umgebung mit ScaleIT-Technologien. ScaleIT funktioniert als eine Art Schaltzentrale, hostet die benötigten Anwendungen und stellt die Kommunikation der Systeme sicher. Eingebundene leistungsstarke Edge- oder Enterprise-Server bereiten die 3D-Punktewolken mittels eines Algorithmus als HeatMap für die visuelle Überprüfung auf. Die Rückübertragung des Vergleichsmodells (HeatMap) an den Anwender erfolgt ebenfalls über mmWave-Übertragung.

Durch die Ausreizung der virtuellen Umgebung liefert die Demo ein schnelleres und auch genaueres Ergebnis. Es bleiben deutlich mehr Modellinformationen erhalten. So wird die Differenz zwischen den Punkten im Ist- und Soll-Modell geringer. Der Abgleich ist präziser.

"Freigaben am Bau können schneller gehen", erläutert Fabian Schmid den Vorteil. Dann könnten beispielsweise nachfolgende Montagearbeiten direkt beginnen. Auch erforderliche Nacharbeiten oder eine Nachproduktion könnten schneller in die Wege geleitet werden.

Im Rahmen der Demo testet DigitalTWIN gleichzeitig den Einsatz von Mixed-Reality-Technologie: Statt auf einem Bildschirm wird der Abgleich zwischen Referenz- und Sollmodell in einer AR-Brille (HoloLens) dargestellt. Der Prüfer erhält dabei das dreidimensionale Modell in eine virtuelle Umgebung projiziert. Über Bedienelemente kann der Nutzer das Modell steuern, vergrößern und rotieren, wodurch eine detaillierte Prüfung aus verschiedenen Perspektiven möglich wird. Dabei werden Punkte mit einer hohen Abweichung vom Toleranzbereich visuell in der HeatMap hervorgehoben. Gleichzeitig können über ein 5G-Bedienerinterface Metadaten sowie Livewerte des Datendurchsatzes zwischen den 5G-Knoten abgerufen werden. Sie werden dem Nutzer in Form eines Tachos dargestellt und zeigen Ausschläge bei der Datenübertragung.

DigitalTWIN wurde Ende Oktober für seine Forschungsergebnisse mit Schwerpunkt BIM mit einem Special Mention beim buildingSMART International Award ausgezeichnet. Die Auszeichnung der weltweiten Dachorganisation zur Standardisierung des BIM-Datenaustausch im Bauwesen honoriert beispielhafte und relevante Projekte, die openBIM einsetzen.

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