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20 SCHWEIZER MASCHINENMARKT 009 2020 – DIE NUMMER 1 IN DER SCHWEIZ*

3D-Daten, IR-Messdaten sowie BildinformationenDer neu entwickelte Laserscanner BLK 360 vom Präzisions-geräte-Hersteller Leica Geosystems bietet eine einmalige Kombination von Eigenschaften. Einen wichtigen Beitrag zur Realisierung des neu konzipierten Messgerätes leistete der Hochpräzisionsbearbeitungsspezialist Polymeca.

«Unser Auftrag lautete, einen neuartigen Jedermann-Laserscanner zu entwickeln, der auch neuen Anwendergruppen den Ein-satz dieser faszinierenden Technologie er-möglichen würde», erläutert Simon Mark,

Leiter Strategische Innovationen bei Leica Geosys-tems AG in Heerbrugg. Laserscanner, welche ihre Umgebung mithilfe von Laserimpulsen abtasten und aus der Zeit zwischen Aussenden und Empfang der Pulse die exakten Koordinaten der Messpunk-te ermitteln, werden in zahlreichen Bereichen der Architektur, des Vermessungs- und Bauwesens, der Archäologie oder der Filmbranche bereits seit Jahrzehnten mit grossem Erfolg eingesetzt. Sie ermöglichen die grossräumige Erfassung von Räu-men und Objekten in Form von Punktwolken mit hoher Auflösung. Mithilfe ausgefeilter Software können im Computer daraus 3D-Darstellungen

Kombiniertes Bild aus Laser scan und Fotos als Hilfsmittel für die Archi­tektur.

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Klaus Vollrath

erzeugt und für unterschiedlichste Einsatzzwecke genutzt werden. Die bisher am Markt verfügbaren Geräte waren jedoch preislich deutlich höher ange-siedelt, aufwendig zu transportieren und erforderten speziell ausgebildetes Personal. Vom Entwicklungs-team wurden jetzt Verbesserungen in einem Um-fang gefordert, die im Vergleich zum Stand der Technik geradezu einem Quantensprung entspra-chen. Die Neuentwicklung sollte klein, leicht und handlich sein, auf Knopfdruck funktionieren, zusätz-lich zu Raumkoordinaten auch noch farbige Bild- sowie Infrarotinformationen liefern und erheblich günstiger sein als alles, was sonst auf dem Markt verfügbar war. Und – last, but not least – sollte das Gerät uneingeschränkt den Qualitätsanforderungen von Leica Geosystems entsprechen. Projektstart war Juni 2015, verlangt wurde, so S. Mark, «das fast Unmögliche».

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Vollständige Raumerfassung in drei Minuten mit einer Genauigkeit von 4 mm/10 m

«Das anfangs aus knapp zehn Mitarbeitern beste-hende Team wuchs im Lauf der Entwicklung auf zeitweise bis zu 40 Personen an», erinnert sich S. Mark. Es umfasste Fachleute aus vielen unter-schiedlichen Bereichen wie Elektronik, Optik, Me-chanik, Bildverarbeitung, Software, Produktionspla-nung oder Supply-Chain-Management. Dank ihres Engagements gelang es den Mitarbeitern, die ge-samte, äusserst komplexe Aufgabe in knapp andert-halb Jahren zu bewältigen: Bereits im November 2016 konnte das Gerät angekündigt werden, und schon im Frühjahr/Sommer 2017 erfolgten die ers-ten Auslieferungen. Das kleine, handliche Gerät in Form einer mittig geteilten Kuppel wiegt nur 1 kg, kann sowohl mit einem Stativ als auch direkt auf einer Unterlage stehend eingesetzt werden und wird mit einem einzigen Knopfdruck gestartet. Danach läuft die gesamte Messsequenz vollautomatisch ab, die Daten werden auf einem Tablet gespeichert und können sofort verarbeitet und angesehen werden. Die Reichweite liegt bei 60 Metern, die Genauigkeit bei 4 mm/10 m und die Messrate bei 360 000 Punk-ten/Sekunde. Eine vollständige Raumerfassung ist in nur drei Minuten erledigt, wobei jedem Messpunkt zugleich Farb- und Infrarotinformationen zugeord-net sind. Dies ermöglicht auch die Verknüpfung von Raumkoordinaten mit Bildinformationen z. B. für Virtual-Reality-Anwendungen. Das Gerät erfreut sich grosser Beliebtheit bei Architekten, Tunnelbau-ern, Filmschaffenden, Raumausstattern oder Fab-rikplanern, die z. B. in einer Werkshalle zusätzliche Ausrüstung zwischen vorhandenen Installationen unterbringen müssen. Dank der Infrarotkamera lassen sich teils sogar unter der Oberfläche verlau-fende Leitungen erkennen.

Sichtlich stolz auf den ge-meinsamen Erfolg: Heinz Staub (li.) und Simon Mark mit dem handlichen La-serscanner BLK 360.

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Entwicklungszusammenarbeit mit Polymeca«Zu den entscheidenden Komponenten des Geräts gehören auch die mechanisch bearbeiteten Metall-komponenten wie das Chassis oder die Kuppelhälf-ten», ergänzt Heinz Staub, Verkaufsleiter bei Poly-meca, einem Hersteller von mechanischen Präzi-sionskomponenten in der Dreiländerecke D-A-CH. Bei der Entwicklung kam es zu einer intensiven Zusammenarbeit mit dem Team von Leica Geosys-tems. Zwar gehören beide Unternehmen inzwischen zum gleichen Konzern, doch musste Polymeca un-geachtet dessen zunächst ein kritisches Auswahl-

verfahren durchlaufen, bevor sie als Lieferant ak-zeptiert wurde. Ausschlaggebend für den Zuschlag waren das spezielle Know-how sowie die umfassen-de Erfahrung, die bei Polymeca aufgrund der jahr-zehntelangen Zusammenarbeit mit führenden Fir-men innerhalb und ausserhalb des Mutterkonzerns Hexagon vorhanden sind. Zudem ist das Unterneh-men sehr breitbandig aufgestellt, nicht nur mit Blick auf die mechanische Bearbeitung mit höchster Präzision, sondern auch was anspruchsvolle Ober-flächenveredelungen angeht. Ein wesentlicher Plus-punkt ist darüber hinaus, dass dies alles aus einer Hand durchgeführt wird, so dass keine aufwendige Lieferkette mit zahlreichen Unterlieferanten nebst dazwischengeschalteten Transport-, Handling- und Prüfabläufen aufgebaut werden muss. Zudem konn-te Polymeca dank der eigenen Labors und techni-schen Einrichtungen auch beim Entwicklungspro-zess schnell und effizient komplexe Prozesslösun-gen passend zu den Wünschen der Designmann-schaft konzipieren, optimieren und validieren. Diese One-Stop-Shop-Befähigung ist auf dem Markt der Präzisionsbearbeitung nicht allzu häufig zu fin-den.

Äusserst genaue und zugleich langzeitstabile Orientierung der Kameras«Als Beispiel für die geforderte Präzision kann die Kuppelteilschale mit den Kameramodulen dienen», sagt H. Staub. Diese sind zusammen in unterschied-lichen Winkeln im Gehäuse angeordnet. Aus den Bildern wird per Software durch Überlagerung ein einziges erzeugt, dessen Pixeldaten anschliessend mit den Entfernungsinformationen des Laserscan-

Der 3D-Laserscanner BLK 360 ist leicht, äusserst kosten-günstig, einfach zu transportieren und zu bedienen und lie-fert zu den 3D-Daten auch noch Bildinformationen sowie IR-Messdaten.

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Der rotierende Spiegel sorgt für die Verteilung der Laserim-pulse in einem Winkel von 360°.

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Polymeca fertigt bereits seit Jahrzehnten kundenspezifi-sche Präzisionsmechani-ken für führende Firmen aus unterschiedlichen Be-reichen.

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ners und den Infrarotdaten des IR-Sensors ver-knüpft werden. Dazu müssen die 15-Megapixel-Ka-meras sowohl von der Orientierung her als auch bezüglich ihrer Farbeigenschaft gemeinsam kali-briert werden. Voraussetzung hierfür ist eine äus-serst genaue und zugleich langzeitstabile Orientie-rung der Kameras samt der dazugehörigen Hilfs-lichtquellen sowie der IR-Kamera. Diese Schale sowie weitere metallische Komponenten wie der Batteriefachdeckel werden von Polymeca mecha-nisch bearbeitet und oberflächenveredelt. An-schliessend wird das gesamte Subsystem mit Zu-behörteilen, Kamera- und Sensorausstattung sowie zugehöriger Elektronik komplett montiert, getestet und einbaufertig ausgeliefert. Zu den Besonderhei-ten der Kameraausstattung gehört ihr High-Dyna-mic-Range(HDR)-Modus. Dabei werden schnell hintereinander mehrere Aufnahmen mit stark un-terschiedlicher Lichtempfindlichkeitseinstellung gemacht. Die Verrechnung der entsprechenden Bildinformationen ergibt ein Bild mit deutlich er-höhter Informationstiefe in Bit, so dass Über- oder Unterbelichtung auch bei stark wechselnden Hel-ligkeiten vermieden werden können.

Speziell entwickelte Oberflächenbehandlung

«Zu den wichtigen Aspekten bei der Entwicklung des Geräts gehörten auch seine Optik und Haptik», sagt S. Mark. Hier wurde gerade angesichts des günstigen Preises grösster Wert darauf gelegt, dass der Scanner auch von diesen Eigenschaften her dem hochwertigen Markenimage von Leica Geosys-tems entspricht. Eine einfache Eloxalbeschichtung, auf der jeder Fingerabdruck sofort zu sehen wäre, kam daher von vornherein nicht in Frage. Da Poly-meca auch die Beschichtungen seiner Produkte selbst entwickelt und mit eigenen Anlagen auf-bringt, wurde dort für die Geräte eine ganz speziel-le Oberflächenbehandlung kreiert, wozu auch eine besondere Oberflächenstruktur gehört. Diese führt in Verbindung mit der Beschichtung zu einer sam-tigen, mattschwarzen Oberfläche, die hohen ästhe-tischen Ansprüchen genügt und leicht zu reinigen ist. Diese Entwicklung, die dem Gerät ein Quasi-Al-leinstellungsmerkmal verleiht, war für Polymeca trotz der vorhandenen Erfahrung eine echte Her-ausforderung, die umfassende Tests und Versuchs-reihen erforderte, bis die hohen Anforderungen

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Der mit Feder und Schliessmagnet versehene Batteriefach-deckel darf keine Erschütterungen verursachen. Dies wird durch einen raffinierten Dämpfungsmechanismus sicherge-stellt.

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Das von Polymeca herge-stellte Chassis verbindet die für die Präzision aus-schlaggebenden Kompo-nenten miteinander. B

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Das makellose, hochwertig anmutende Oberflächenfi-nish des Gehäuses war ein wichtiger Aspekt des Ent-wicklungsprojekts.

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vollumfänglich erfüllt werden konnten. Die Strenge der Vorgaben lässt sich auch daran ermessen, dass der gebogene Deckel des Batteriefachs, der sich seitlich im unteren Bereich des kuppelförmigen Gehäuses befindet, auch von der Oberflächenstruk-tur her exakt der Optik des übrigen Gehäuses ent-sprechen musste.

Bearbeiter als Systempartner«Polymeca war bei diesem Projekt die richtige Wahl. Im Laufe der Zusammenarbeit erwiesen sich deren Mitarbeiter als kompetente Mitstreiter bei der Ent-wicklung, die wichtige Beiträge und Ideen einbrach-ten», fasst S. Mark seine Erfahrung zusammen. Gestützt auf ihre umfassende Erfahrung und Aus-stattung in Bereichen wie mechanische Bearbei-

tung, Messtechnik, Oberflächenveredelung, Bau-gruppenmontage und Qualitätssicherung habe Polymeca massgebliche Beiträge zum Gelingen des Projekts geleistet. Dies betraf auch die zur Umset-zung erforderlichen Produktionsprozesse. Deren Auslegung und Optimierung seien in enger Zusam-menarbeit zwischen Polymeca und seinem Entwick-lungsteam realisiert worden. SMM

Das Kamera-Subsystem mit Zubehörteilen, Kamera- und Sensorausstattung sowie zugehöriger Elektronik wird von Polymeca komplett gefertigt, montiert, getestet und einbau-fertig ausgeliefert.

Polymeca Heinrich-Wild-Strasse 210, 9435 Heerbrugg Tel. 071 727 41 41, heinz.staub@polymeca.com, polymeca.com

Leica Geosystems AG Heinrich-Wild-Strasse 201, 9435 Heerbrugg Tel. 071 727 31 31, info@leica-geosystems.com, leica-geosystems.com