Case Study Hochgeschwindigkeitsscanner erfasst Nuancen eines

Case Study
Hochgeschwindigkeitsscanner
erfasst Nuancen eines Artefakts
des Panzerschiffs USS Monitor
aus dem Sezessionkrieg
von Belinda Jones
Die neue Leica
Scanning-Technologie T-Scan bietet eine
Vielzahl von Vorteilen
für die berührungslose
Datenerfassung.
Die Schätze, die sich im Mariners’ Museum von Newport News, Virginia befinden,
können die Herzen vieler Geschichtsfans erobern. Das Museum ist voll mit
ausgezeichneten Artefakten, die Seefahrer-Abenteuerlust wecken. Besucher aus
der ganzen Welt können eine 18.300
Quadratmeter große Galerie besuchen,
gefüllt mit Funden der USS Monitor aus
dem Sezessionkrieg, Archiven, Gemälden,
kleine Handwerksarbeiten mit seltenen
Galionsfiguren, handgefertigten Schiffsmodellen und vielen anderen Gegenständen. Mitten in einem großen Waldpark
wurde das Museum kürzlich Thema eines
wichtigen Datenerfassungsvorhabens, um
ein wichtiges Artefakt in digitaler Form
zu erfassen und aufzubewahren, das aus
der gesunkenen USS Monitor geborgen
wurde.
Im kalten Neujahrsabend im Jahre 1862
kam die USS Monitor in einen Sturm
und sank sechzehn Meilen vor der Küste
von Cape Hatteras im Nord-Carolina.
Das Wrack der USS Monitor wurde 1973
gefunden und das Seegebiet wurde zwei
Jahre später als erstes Nationales Schutzgebiet Amerikas erklärt. Das Gebiet wird
vom National Marine Sanctuary Program
der US-amerikanischen Wetter- und Ozeanbehörde (NOAA) geschützt und verwaltet. Im Auftrag der Bundesregierung
erklärte 1987 die NOAA das Mariners’
Museum als den Aufbewahrungsort der
Artefakten und Archive der USS Monitor. 1987 barg die NOAA den Anker der
Monitor vom Fundort als eines der ersten
großvolumigen Objekte. Zwischen 1998
Die neue Technologie von
Leica Geosystems bietet
vielfältige Vorteile in dieser
Messumgebung.
und 2002 führten die NOAA und die USNavy Tauchoperationen in großem Umfang durch, um die vom Zusammenbruch
bedrohte Schiffswand zu verstärken, und
Artefakte sowie bedeutende Komponenten zu bergen, einschließlich des Propellers, der Dampfmaschine, des drehbaren
Geschützturmes und den Kanonen. Heute
beherbergt das Mariners’ Museum über
3.000 Artefakte und Archive, welche die
Geschichten des ersten Seekriegs der
einzigartigen gepanzerten Kriegsschiffe
erzählen: Der von der CSS Virginia und
der USS Monitor.
Da das Mariners’ Museum und seine
Partner bei der NOAA Antiquitäten bearbeiten, die im Laufe der Zeit erodieren,
suchten sie nach hochpräzisen Scantechnologien zur Digitalisierung der
Artefakte, im speziellen den historischen
Anker. Die Ankeroberfläche ist nach 140
Jahren unter Wasser sehr brüchig. Der Anker wurde mit Hilfe einer elektrolytischen
Behandlung konserviert ist nun in der Galerie der Artefakte aus dem Panzerschiff
bei dem Mariners’ Museum ausgestellt.
“Unsere Möglichkeit, einen Vergleich
zwischen dem gegenwärtigen Zustand
und dem ursprünglichen Zustand durchzuführen, ist wesentlich zum Zweck der
Erhaltung unserer wertvollen kulturellen
Gegenstände.” erklärt Marcie Renner,
Leiter der Abteilung. “ Entsteht ein Riss
auf der Oberfläche eines Artefakten, sind
wir imstande festzustellen, ob die Situation schlechter wird. Sobald die digitalen
Messwerte gespeichert worden sind, kann
die Vollständigkeit der Artefakte, wie hier
beim Anker, auf Verlangen mit einem
sehr hohen Genauigkeitsniveau überprüft
werden.” Die Erfassung der Daten der
historischen Relikte stellt viele Herausforderungen für den Messtechniker dar.
Zunächst einmal darf der Artefakt nicht
mit den Händen oder mit einem Instrument berührt werden. Zweitens durfte
der Anker weder versetzt noch umgestellt
werden. Drittens mußte die Arbeit in zwei
Tagen im wesentlichen während der Öffnungszeiten des Museums vorgenommen
werden.
Jack Shry und Denny Warren von Leica
Geosystems (Lawrenceville, GA) sowie der
Leiter der Messtechnik Steve Hand der
MAGLEV Inc. (McKeesport, PA) wurden
durch diese zweitägige Unternehmung
nicht eingeschüchtert. Durch die sehr
schnelle Datenerfassung des neuen Leica
T-Scan konnte das Team die Oberfläche
schnell berührungslos digitalisieren. Der
tragbare Scanner erfasst 7.000 Punkte
pro Sekunde auf der komplexen Ankeroberfläche und erlaubte damit dem Team,
den 3D-Gegenstand rasch und problemlos zu erfassen. Der Hochgeschwindigkeitsscanner arbeitet zusammen mit dem
Leica Laser Tracker, einem portablen
Koordinatenmessgerät (PCMM), das für
Mess- und Prüfanwendungen in der
Industrieumgebung eingesetzt wird. Der
Leica Laser Tracker bietet den schnellsten
Messzyklus seiner Klasse mit einer Messrate von 3.000 Punkten/Sekunde.
Die Messtechniker können hochgenaue
Daten in einem Messvolumen von bis zu
30 Meter erfassen. Der Bediener kann
den tragbaren Scanner verwenden,
um große und kleine Gegenstände zu
digitalisieren, und Millionen 3D-Punkte in
wenigen Minuten mit einer Genauigkeit
von unter 0,1mm erfassen.
Mit Hilfe des Leica T-Scan reduzieren sich
die Prozesse des Reverse Engineering und
Bauteilprüfung, für das Einrichten sowie
der Vorbereitung der Objekte oft bis zu
50%. Die neue Technologie von Leica
Geosystems, die Laser Tracking Funktion
mit der Mess- und Scan-Möglichkeit im
größten Messvolumen zu verbinden, bietet vielfältige Vorteile in dieser Messumgebung. Diese Technologie wird von den
wichtigsten Herstellern in der Luftfahrtund Automobilindustrie sowie im Ingenieurwesen verwendet, die Portabilität,
höchste Genauigkeit und berührungsloses
Messen benötigen.
“Die Oberflächendaten, die während
dieses Projekts erfasst worden sind,
waren sehr umfassend … kein Messrauschen, kein Postprozessing; die Daten
standen unmittelbar zur Verfügung”,
erklärt Jack Shry, Verkaufsleiter von Leica
Geosystems / Ostküste. “Tatsächlich mit
7.000 Punkten pro Sekunde erschien das
Endresultat wie ein Bild. Wir brauchten
nur drei Laser Tracker Standpunkte dank
der Flexibilität des manuellen Scanners.
Die vier Seiten des Scanners bieten meh-
rere Scanpositionen zur Objektseite. Mit
der Laser Tracking-Technologie konnte ein
lokales Koordinatensystem eingerichtet
werden und anschließend wurde der Laser Tracker so oft umgestellt, wie es der
Prozess erforderte, ohne die Genauigkeit
im Gesamtsystem zu verlieren.
Die Datenerfassung wurde mit der spezialen Messsoftware, SpatialAnalyzer™
(New River Kinematics, Williamsburg, VA),
durchgeführt. Die New River Kinematics
hat eine robuste Bedieneroberfläche für
die neuen Positionierungs Technologien
von Leica entwickelt, den Leica T-Scan
und der Leica T-Probe. Bruce Thomas,
NRK Spezialist in Hardware-Software
Schnittstellen, unterstütze das Messteam
vor Ort während der zweitägigen Messphase.
Das Bedienkonzept des Leica T-Scan ist
so intuitiv, dass die Museumsmitarbeiter
bei dem historischen Projekt selbst Hand
anlegen konnten. Die hochgenaue Erfassung der Punktewolke auch in schwer
zugänglichen Bereichen wurde durch die
Möglichkeit des Trackers erleichtert, an
verschiedenen Stellen neu zu positionieren, und damit sich überlappende Punktewolken im gleichen Koordinatensystem
zu erfassen.
“Den Leica T-Scan zu bedienen ist wie ein
einen Pinsel in der Hand zu halten, und
Abmessungen auf der Ankeroberfläche zu
malen.” sagte Steve Hand. “Die Mitarbeiter des Museums konnten selbst daran
teilnehmen und auch die Patrons des
Museums waren an der Arbeit sehr interessiert. Es ist eine sehr aufschlussreiche
Erfahrung, die Ergebnisse in Echtzeit auf
dem Computer zu verfolgen. Das ganze
Projekt benötigte achteinhalb Stunden
Scanning-Aufwand. Die Genauigkeit war
hervorragend“.
Am Abschluß des Projekts kehrte Steve
Hand zu MAGLEV mit den Ankerdaten
zurück. Die Oberflächendaten, die in dem
Scan-Job gesammelt wurden, bildeten die
Basis für die sehr detaillierten 3D-Modelle, welche das MAGLEV Team erstellte
und die für Messungs-, Dokumentations-,
Animations- und Archivierungszwecke benutzt werden können. Dieser Anker-Datensatz kann auch dazu benutzt werden,
um den Ankerzustand zu überwachen und
physikalische Prototypen für Marketingund Präsentationszwecke zu reproduzieren.
Hand sagte: “Bei MAGLEV haben wir mit
einer Punktdichte von 0,5mm gearbeitet und die Punktewolke mit zirka 6,5
Millionen Dreiecke vermascht mit einem
Speicherbedarf von 200MB. Das Rendering und die anfänglichen Animationen
waren durch die Qualität der gescannten
Daten außerordentlich. Man konnte wirklich die Schmiedekratzer auf dem Anker
sehen.”
Das Mariners’ Museum und die NOAA
arbeiten gerade am Bau des neuen
Monitor Center, das 30 Millionen Dollar
kosten soll und am 9. März 2007 eröffnet
wird. Die Nachbildung des Kriegsschiffes
in Originalgröße wird den Schwerpunkt
des Museums darstellen. Die Arbeit der
Datenerfassung von Leica und andere
Scanning-Projekte werden direkt zur
Möglichkeit des Museums beitragen,
hochinteressante Exponate und detailgetreue Visualisierungen dieser historischen
Artefakte zu erstellen.
Jack Shry folgert: “Aus einem historischen
Standpunkt hat das Mariners’ Museum
heute ein genaues CAD 3D Modell, das es
ermöglicht, Best-Fit-Operationen durchzuführen, um festzustellen, ob der Anker
beschädigt worden ist. Nun kann man die
Daten bis zur 0,1 mm Schicht überprüfen, und dadurch kleinste Deformationen
analysieren.”
Das Mariners’ Museum
Seit über siebzig Jahren wird die Geschichte des Ozeans und sein Verhältniss
zum Menschen in einem der größten Schifffahrtsmuseen der Welt erzählt und
ausgestellt. Das Mariners’ Museum, eine gemeinnützige Institution, die von der
American Association of Museums anerkannt ist, pflegt und interpretiert die
Schifffahrtsgeschichte über eine internationale Sammlung von Schiffsmodellen,
Galionsfiguren, Gemälden und anderen maritimen Objekten. Das Museum ist
täglich von 10 bis 17 Uhr geöffnet. Es ist geschlossen zu Thanksgiving (4. Donnerstag im November) und am 25. Dezember. Weitere Informationen erhalten
Sie unter den Telefonnummern (757) 596-2222 bzw. (800) 581-7245, unter
der Adresse The Mariners’ Museum, 100 Museum Drive, Newport News, VA
23606 oder im Internet: www.mariner.org
Leica T-Scan
Seit der Einführung vor über einem Jahr wurde der Leica T-Scan begeistert von
zahlreichen Kunden in der Automobil- und Luftfahrtindustrie aufgenommen. Die
Erfolge des Leica T-Scan haben den Bereich Messtechnik von Leica Geosystems
dazu ermutigt, Pro Bono-Aktivitäten für zahlreiche Museen und andere Anläße
kostenlos durchzuführen. Das Museum der Opera di Santa Maria del Fiore in
Florenz hat sich auf den Leica T-Scan gestützt, um einige seiner Kunstwerke
masstabsgetreu zu replizieren und dadurch ihre Erhaltung für die zukünftigen
Generationen zu garantieren. In Texas, USA, wurde das weltweit schnellste Vierzylinder-Flugzeug “Polen Special” vollständig digitalisiert, um seine Aerodyamik
zu analysieren und verschiedene Motorteile zu scannen.
VIII.2006
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