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Sitzungsübersicht
Sitzung
Qualitätskontrolle im Bauwesen
Zeit:
Mittwoch, 02.02.2022:
11:00 - 12:30

Chair der Sitzung: Markus Gerke, Technische Universität Braunschweig
Virtueller Veranstaltungsort: ZOOM-Meeting

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Präsentationen

Potenziale und Herausforderungen der additiven Fertigung im Bauprozess

Markus Gerke, Norman Hack, Mehdi Maboudi, Karam Mawas

Technische Universität Braunschweig, Deutschland

Auch wenn die Digitalisierung in der Baubranche immer mehr Fuß fasst (3D-Modellierung, BIM usw.), gibt es immer noch einen Bruch im Ablaufprozess zwischen den Planungsphasen und dem eigentlichen Bauprozess. Vollständig integrierte Design-to-Production-Workflows, die in anderen Branchen entwickelt wurden, sind in der Bauindustrie noch nicht vollständig eingeführt worden. Ersten Versuchen mangelt es an Flexibilität, um die Nachfrage der Nutzer zu befriedigen, da sie sich stark auf standardisierte Bauelemente stützen. Die additive Fertigung hingegen ermöglicht eine große geometrische Freiheit und die Herstellung von nicht standardisierten Bauteilen. Diese neu gewonnene Flexibilität ergibt sich aus der Tatsache, dass bei der additiven Fertigung keine Schalung erforderlich ist und somit jedes Teil ohne zusätzliche Kosten anders sein kann. Ein Nachteil ist jedoch, dass die geometrische Freiheit auf Kosten der geometrischen Präzision geht, so dass Methoden erforderlich sind, um Abweichungen auszugleichen und die Bauteilqualität zu gewährleisten. In diesem Vortrag wird ein Konzept für ein "Intelligentes Produktionssystem" vorgestellt, das auf einem bidirektionalen digitalen Arbeitsablauf basiert, der Sensoren und Methoden zur Qualitätsprüfung und -kontrolle integriert. Eine Fallstudie, die das 3D-Spritzbeton-Druckverfahren verwendet, veranschaulicht das Konzept und zeigt die Potenziale und Herausforderungen dieses Ansatzes auf.

Unsere Arbeit ist eingebettet in ein großes deutsches Verbundforschungsprojekt, "Additive Manufacturing in Construction (AMC)", https://www.tu-braunschweig.de/trr277, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird. In diesem großen Forschungsprogramm werden verschiedene Aspekte von AMC untersucht und neue Methoden entwickelt.



Untersuchung der Bestimmbarkeit der Oberflächenfeuchtigkeit von Beton mithilfe einer Polarisationskamera

Steffen Isfort, Ferdinand Maiwald, Christian Mulsow, Hans-Gerd Maas

Technische Universität Dresden

Der 3D-Betondruck verlangt kontinuierliche und automatisierte Verfahren zur Dokumentation und Kontrolle wichtiger Parameter des Druckprozesses. Eine wichtige Eigenschaft ist die Oberflächenfeuchtigkeit des gedruckten Betons. Sie beeinflusst die Verbundkraft der einzelnen Druckschichten. Im Rahmen einer Pilotstudie wurde untersucht, ob mithilfe einer Polarisationskamera die Oberflächenfeuchtigkeit des Betons bestimmt werden kann. Die Hypothese beruht auf der Abhängigkeit der Polarisationseigenschaften des an der Betonoberfläche reflektierten Lichts von der Feuchtigkeit. In Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichts und den Brechungsindizes der Materialien, welche die Grenzschicht bilden, wird das reflektierte Licht linear polarisiert. Eine Änderung der Oberflächenfeuchtigkeit sollte zu einer Änderung der Reflexionseigenschaften der Grenzschicht und demnach zu einer Änderung des linearen Polarisationsgrades des reflektierten Lichts führen.

Für die experimentelle Untersuchung wurde ein Betonprobekörper hergestellt. Um den Einfallswinkel zu kontrollieren und diffuse Reflexionen zu vermeiden, wurde dieser aktiv beleuchtet. Die Erfassung der Polarisationseigenschaften des reflektierten Lichts erfolgte mithilfe einer Polarisationskamera, welche die Bestimmung der Polarisationseigenschaften für jedes Einzelpixel ermöglicht. Hierzu ist in Form eines Filtergitters vor jedem Sensorpixel ein einzelner Polarisationsfilter verbaut, sodass in jedem Block von 2x2 Pixeln vier Polarisationszustände erfasst werden können. Durch Interpolation werden die Grauwerte aller vier Filterzustände für jedes Pixel bestimmt und aus diesen die ersten drei Stokes-Parameter. Die Stokes-Parameter ermöglichen die Berechnung des linearen Polarisationsgrades. Die Referenzmessung der Oberflächenfeuchtigkeit erfolgte durch Beobachtung der Massenänderung des Probekörpers, welche aus der Verdunstung des Oberflächenwassers resultiert. Dazu wurde der Probekörper im Beobachtungszeitrum regelmäßig mit einer Feinwaage gewogen.

Die Ergebnisse zeigen zu Beginn einen Anstieg des mittleren Polarisationsgrades des Probekörpers, was einem Anstieg der Oberflächenfeuchtigkeit entspricht. Gleichzeitig wird ein Gewichtsverlust gemessen. Mangels geeignetem Referenzverfahren kann die Ursache nicht sicher ermittelt werden, vermutlich handelt es sich um den Einfluss der Betonblutung. Im weiteren Verlauf des Beobachtungszeitraumes zeigt sich eine klare Korrelation zwischen dem ermittelten Polarisationsgrad und dem Gewichtsverlust des Probekörpers, im letzten Drittel liegt der Korrelationskoeffizient im Mittel über alle Versuche bei 0,994. Der damit aufgezeigte funktionale Zusammenhang zwischen dem Polarisationsgrad und der Oberflächenfeuchtigkeit stellt eine Basis dar für ein berührungsloses, kontinuierliches Messsystem zur Überwachung der Betonfeuchte im 3D-Betondruck. Um dies sicher nachzuweisen sind weitere Untersuchungen mit einem zuverlässigen Referenzverfahren notwendig.



Not quite capturing reality - Über Datenblätter und Qualitätssicherung im statischen und kinematischen Laserscanning

Daniel Wujanz, Frank Gielsdorf

technet GmbH, Deutschland

Die Entscheidung, ob ein Messmittel für die Qualitätskontrolle von Bauwerken in puncto Genauigkeit ausreicht, beziehungsweise dafür geeignet ist, wird in der Regel auf Grundlage von Datenblättern getroffen. In der Tachymetrie werden numerische Kenngrößen, auf die in Datenblättern Bezug genommen wird, durch Regularien, wie etwa die ISO 17123-5:2018, spezifiziert. Dies ermöglicht zum einen den direkten Vergleich verschiedener Sensoren, zum anderen kann darüber hinaus die im Feld erreichbare Genauigkeit durch Varianz-Kovarianz-Fortpflanzung abgeschätzt werden.

Bei statischen und kinematischen Laserscannern ist die Ausgangslage auch nach mehr als 20 Jahren der kommerziellen Nutzung leider immer noch unübersichtlich: Alle Hersteller beziehen sensorische Genauigkeitsangaben der reflektorlosen Streckenmessung, welche eine Schlüsselkomponente von Laserscannern ist, auf individuelle und sehr spezifische Messkonfigurationen, die weder Vergleiche untereinander noch belastbare Abschätzungen für vom Datenblatt abweichende Szenarien erlauben. Daher werden in diesem Beitrag zunächst die den Datenblättern zu Grunde liegenden Messkonfigurationen verschiedener Hersteller (anonymisiert) analysiert. Zur Überwindung der zuvor genannten Unzulänglichkeiten wird ein herstellerunabhängiges Verfahren vorgestellt, dass die stochastischen Eigenschaften der reflektorlosen Streckenmessung beschreibt.

Als wesentlicher Nachweis der erreichten Qualität einer Toleranzprüfung im Bauwesen ist bei konventionellen Messmitteln ein aussagekräftiges Protokoll aller getätigten Berechnungen vorzulegen. Im Laserscanning haben sich Residuen zwischen Scans und tachymetrischen Anschlusspunkten oder einer digitalen Planungsgrundlage als omnipräsentes Qualitätsmaß durchgesetzt, die folglich als Berechnungsnachweis verwendet werden. Nachteilig an diesen Maßen ist, dass diese stark konfigurationsabhängig und damit wenig aussagekräftig sind. Zur Überwindung dieses wesentlichen Nachteils wird ein alternativer Ansatz vorgestellt, der die Stationierungsgenauigkeit jedes Scans, egal ob statisch oder kinematisch erfasst, nachweist und so zu belastbaren Ergebnissen führt. Die vorgeschlagene Vorgehensweise wird anhand eines Praxisbeispiels demonstriert.

Wujanz-Not quite capturing reality_b.pdf


 
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