SHINING 3D EinScan Trak im Extremtest: Fahrzeugscan bei direkter Sonne

EinScan Trak im Extremtest: Wie gut klappt 3D-Scanning bei direkter Sonne und über 100.000 Lux? Handscanner-Modus und Scanqualität im ausführlichen Praxistest.

Warum beim 3D-Scanning stabiles Alles ist?

Ein 3D-Scanner erfasst ein Objekt aus verschiedenen Blickwinkeln und setzt die aufgenommenen dreidimensionalen Messdaten zu einem gemeinsamen 3D-Modell zusammen. Das Tracking muss sich sozusagen an etwas festhalten können, damit es die neuen Messdaten laufend den bereits erfassten Daten räumlich zuordnen kann. Hierfür gibt es verschiedene Methoden: Entweder orientiert sich das Tracking an der Modelloberfläche und/oder an angebrachten Referenzpunkten, und/oder der 3D-Scanner selbst wird mithilfe eines zweiten Geräts, des sogenannten Trackers, kontinuierlich im Raum verfolgt.

warning(Die meisten erschwinglichen 3D-Scanner arbeiten überwiegend mit Infrarot- und/oder Blaulaser-Technologie. Beide Verfahren haben ihre eigenen Stärken und eignen sich daher für unterschiedliche Anwendungen:

⊳ Infrarotscanner bieten ein sehr stabiles Tracking für organische und amorphe Strukturen. Insbesondere bei stofflichen, detailreichen Oberflächen, wie Menschen, Stoffen, Pflanzen oder Steinen. Technische Bauteile mit ihren scharfen Kanten und glatten Flächen können dagegen zur Achillesferse werden. Des Weiteren eignen auch gewisse Plastiksorten (PVC), dunkle bzw. schwarze Oberflächen oder transparente/stark reflektierende Oberflächen nicht. Hier muss die Oberfläche zwingend mit Scanning-Spray vorbehandelt werden, das einen matten, weißen Film auf der Modelloberfläche hinterlässt.

⊳ Blaulaser-Scanner arbeiten hier deutlich präziser und leistungsstärker. Technische Bauteile, scharfe Konturen oder tiefe Bohrungen machen Blaulaserscannern deutlich weniger Probleme. Doch sind Blaulaser im Vergleich zu Infrarotscannern, in puncto Tracking echte Nieten. So benötigen günstige Blaulaserscanner, wie der Creality Raptor (Testbericht), stets Marker zur räumlichen Orientierung. Es gibt zwar Scanner wie der EinStar Rockit (Testbericht) der beim Blaulaser-Scanning von seinem Infrarotmodus Unterstützung bekommt. Doch bei technischen Bauteilen mit geringem Detailreichtum reicht das bei weitem nicht aus.)

Hinzukommt eine weitere Schwierigkeit bei großen, glatten und planen Flächen mit wenigen geometrischen Merkmalen, etwa Autos, Wohnmobilen, Fassaden und technischen Anlagen: Sie bieten dem Scanner zu wenige Anhaltspunkte für ein stabiles Tracking. Hier sind zusätzliche Referenzpunkte zwingend erforderlich, damit sich das Tracking nicht im endlosen Raum verscannt.

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Welche Möglichkeiten hat man, um dennoch bequem und zuverlässig mit Blaulaserscannern zu arbeiten?

Wird mit Referenzpunkten oder in einem globalen Markersystem gearbeitet, können Blaulaser selbst detailarme Oberflächen, scharfe Kanten, Vertiefungen und tiefe Löcher mit einer bemerkenswerten Genauigkeit erfassen. Doch Referenzpunkte müssen meist vor dem Scan aufgeklebt und danach wieder entfernt werden. Hinzu kommt, dass die bedingten Erhöhungen der Aufkleber in der Scandatennachbearbeitung wieder bereinigt werden müssen. Mehr Arbeit ist in unserer heutigen Zeit immer schlecht, also wieso anstatt das Objekt zu tracken, einfach den Scanner im Raum tracken - die Lösung EinScan Trak!

⊳ Kleine bis mittelgroße Objekte werden meist in Scanumgebungen mit Markern eingescannt.

⊳ Bei großen bis sehr großen Modellen wie Motorrädern, Autos, Industrieanlagen und Booten setzt man hingegen auf markerfreie Scansysteme. Hier kommt ein zusätzlicher Tracker zum Einsatz, der die Bewegungen des eigentlichen 3D‑Scanners im Raum kontinuierlich verortet.

Welche Vorteile ergeben sich bei Trackersystemen?

3D-Scanner-Tracker-Systeme bringen gleich mehrere Vorteile mit sich:

✅ Erstens spart man viel Zeit, weil deutlich weniger oder gar keine Referenzpunkte am Objekt angebracht werden müssen.

✅ Zweitens dürfen manche Objekte nach Vorgabe des Auftraggebers überhaupt nicht beklebt werden – etwa bei empfindlichen oder hochwertigen Oberflächen oder um die erfasste Oberfläche nicht durch aufgeklebte Marker zu verändern.

✅Drittens entfällt das anschließende Entfernen dieser Marker, das gerade bei sehr empfindlichen Oberflächen problematisch sein kann.

Gleichzeitig lassen sich riesengroße Objekte bis zu kompletten Fahrzeugen über mehrere Scanabschnitte hinweg erfassen. Für stationsübergreifende Scans werden weiterhin Referenzpunkte benötigt, die hier jedoch in Abständen von etwa 30 bis 40 cm verteilt werden können. Diese bilden ein globales Markersystem rund um das Objekt. Bei jedem Stationswechsel orientiert sich das System an den zuvor erfassten Referenzpunkten. So lassen sich mehrere Scanabschnitte präzise miteinander verbinden. Wie zuverlässig dieses Prinzip in der Praxis funktioniert und ob das Tracker-System sowohl bei kleinen technischen Bauteilen als auch bei kompletten Fahrzeugen überzeugen kann, zeigt der folgende Test. Einen Überblick über aktuelle 3D-Scanner, Infrarot-, Blaulaser- oder Hybrid-3D-Scanner bietet die Bestenliste 3D-Scanner. Zusätzlich ermöglicht das Vergleichsportal einen direkten Vergleich technischer Daten, Funktionen und Preise.

In 5 Minuten einsatzbereit

Kalibrierung - Dreistufige Kalibrierung von Scanner und Tracker

Vor dem ersten Einsatz beziehungsweise bei Bedarf lässt sich das komplette System in mehreren Schritten kalibrieren. Dabei unterscheidet EXScan Trak zwischen der Kalibrierung des Handscanners, des Trackers und des vollständigen Tracker-Scanner-Systems. Für den Handscanner gehört eine Kalibrierungsplatte zum Lieferumfang, während der Tracker mit einem speziellen Kalibrierungsstab eingerichtet wird. Sobald der Ablauf vertraut ist, dauert jede der drei Kalibrierungen nur wenige Minuten; im Test ließ sich die vollständige Kalibrierung in etwa zehn bis fünfzehn Minuten abschließen. SHINING 3D bietet hier ein durchdachtes System, dessen klare Softwareführung die Kalibrierung gegenüber anderen im Test eingesetzten Lösungen deutlich erleichtert.

Bei der Tracker-Kalibrierung erfasst das System zunächst den QR-Code des Kalibrierungsstabs. Anschließend wird der Stab entsprechend den Anweisungen der Software vertikal sowie in unterschiedlichen Winkeln – unter anderem etwa 45 Grad – vor dem Tracker positioniert. Die Software führt Schritt für Schritt durch die benötigten Positionen und überprüft dabei die optische Erfassung durch den Tracker. Abschließend folgt die gemeinsame Kalibrierung von Tracker und Scanner. Dazu wird die Kalibrierungsplatte in einem vorgegebenen Abstand und einer definierten Position vor dem Tracker aufgestellt und zunächst vom Trackingsystem erfasst. Anschließend gibt die Software die Aufnahme mit dem Handscanner frei und führt durch die erforderlichen Positionen und Abstände. In diesem Arbeitsschritt lässt sich außerdem der Weißabgleich für die Farberfassung durchführen. Danach sind Tracker und Scanner aufeinander abgestimmt und das komplette System steht für die eigentliche Aufnahme bereit. Sind Handscanner, Tracker und das Zusammenspiel beider Geräte mithilfe des Ballframes kalibriert, kann der Scan beginnen. Die Software erinnert monatlich an eine erneute Kalibrierung, um möglichst zuverlässige Scandaten sicherzustellen.

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Aufbau Scan-Setup

Wie immer gilt beim 3D-Scanning: Kenne Dein Objekt und plane den Scan vorab! Überlege bei kleinen Objekten, wo Du am besten beginnst und wie Du auch schwer zugängliche Bereiche erreichst. Bei großen Objekten lohnt es sich, die Trackerpositionen so zu wählen, dass jeweils zwei Seiten einsehbar sind. So lassen sich unnötige Stationswechsel vermeiden. Beim BMW bietet es sich beispielsweise an, den Tracker nacheinander an den vier Fahrzeugecken aufzustellen und von jeder Position einen Teilbereich zu erfassen. Idealerweise lässt sich das Fahrzeug so in vier Scanvorgängen aufnehmen. Ausreichend überlappende Bereiche erleichtern das direkte Anfügen beim Stationswechsel im Leapfrog-Modus oder das spätere Zusammenfügen einzelner Scans.

Weitere hilfreiche Grundlagen zeigen die folgenden Folien von SHINING 3D. Die Präsentation wurde beim Experience Day über EinScan Rigil Lite gehalten. Sie behandelt vor allem kleinere Objekte, enthält aber auch viele Hinweise, die sich auf die Arbeit mit dem Handscanner des Track-Systems übertragen lassen: etwa zur Scanplanung, zur Zugänglichkeit schwieriger Geometrien sowie zu Arbeitsabstand, Helligkeit und Scanwinkeln. Die Hinweise zur Markerplatzierung sind dabei im Zusammenhang mit dem jeweiligen Trackingverfahren zu betrachten; konkrete Einstellungen und Markeranforderungen gelten für das jeweils eingesetzte System.

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Sind die Akkus geladen, Tracker aufbauen, Ballframe/Tracker einschalten und Laptop mit angeschlossenem Router starten. Der zusätzliche Router lässt sich theoretisch über einen USB-3-Port direkt vom Laptop mit Strom mitversorgen. Da aber der Laptop beim Scannen jedoch stark ausgelastet ist und entsprechend viel Energie benötigt, empfiehlt es sich, Laptop und Router über eine externe Stromquelle oder mobil über eine Powerstation zu versorgen. Nach dem Start der Scansoftware dauert es etwa ein bis zwei Minuten, bis die drahtlose Verbindung zu Scanner und Tracker steht. Ein deutlich hörbarer Signalton bestätigt die Verbindung; zusätzlich zeigt die Software den Verbindungsstatus an. Dort sind auch die Akkustände jederzeit sichtbar.

Extrem Outdoor-Scanning mit dem SHINING 3D EinScan Trak

Beim 3D-Scanning im Außenbereich spielen die Lichtverhältnisse eine entscheidende Rolle. Für möglichst kontrollierte Bedingungen empfiehlt sich der Einsatz in einer Halle. Doch manchmal muss es schnell gehen oder das Objekt ist schlichtweg zu groß für den verfügbaren Innenraum. Da SHINING 3D den Betrieb bei bis zu 100.000 Lux angibt, liegt ein Außeneinsatz nahe. Das schreit förmlich nach einem Extremtest unter direkter Sonneneinstrahlung. Wer weniger extreme Bedingungen sucht, findet bei bewölktem Wetter oder in den frühen Morgen- und späten Abendstunden häufig günstigere Lichtverhältnisse.

Im Praxistest funktioniert der EinScan Trak auch bei direkter Sonneneinstrahlung. Auf reflektierenden Oberflächen können allerdings Fehlstellen entstehen, wenn das Sonnenlicht in einem ungünstigen Winkel auftrifft. Hier lohnt es sich, die betroffenen Bereiche aus einer anderen Scanrichtung zu erfassen. Auch Feuchtigkeit auf der Oberfläche ist nicht sinnvoll: Verbliebene Regentropfen verursachen zusätzliche Reflexionen und können die präzise Erfassung der Geometrie beeinträchtigen. Für zuverlässige Outdoor-Scans empfehlen sich deshalb trockene Oberflächen und möglichst gleichmäßige Lichtverhältnisse. Der Outdoor-Scan fand als Test unter Extrembedingungen statt; für reguläre Anwendungen empfiehlt SHINING 3D eine Umgebung ohne starke direkte Sonneneinstrahlung, um optimale Scanbedingungen zu gewährleisten.

Große Objekte scannen: Tracker-Positionen und Stationswechsel

Bei kleineren Objekten mit Abmessungen von etwa 2 × 1,5 × 1,5 Metern lässt sich der Scan in der Regel von einer einzigen Tracker-Position aus durchführen. Ein Stationswechsel ist hierbei nicht erforderlich, solange der optische Tracker den Ball-Frame des Handscanners während der Erfassung zuverlässig verfolgen kann. Bei deutlich größeren Objekten, etwa einem kompletten Auto, wird dagegen mit mehreren Tracker-Positionen gearbeitet. Hierfür bietet das System den sogenannten Standard-Station-Transfer. Zunächst werden die globalen Referenzpunkte entlang des zu erfassenden Objektbereichs aufgenommen. Anschließend erfolgt der eigentliche 3D-Scan innerhalb des Tracking-Bereichs.

Ist dieser Bereich vollständig digitalisiert, wird der Scan pausiert und der Tracker an einer neuen Position aufgestellt. Dort werden die bereits erfassten globalen Referenzpunkte erneut aufgenommen, sodass das System die neue Tracker-Position dem bestehenden Koordinatensystem zuordnen kann. Auf diese Weise lassen sich die einzelnen Scanabschnitte schrittweise zu einem zusammenhängenden 3D-Modell großer Objekte erweitern.

⊳Globale Marker erfassen: Zunächst alle rund um das Fahrzeug verteilten Referenzpunkte einscannen.

⊳Markernetz speichern und laden: Als externe Referenz verwenden, um den Grafikspeicher zu entlasten.

⊳ Ersten Fahrzeugbereich scannen: Die Oberfläche innerhalb der ersten Tracker-Station erfassen.

⊳ Tracker versetzen: Bereits erfasste Marker erneut aufnehmen, damit das System die neue Position erkennt.

⊳ Scan fortsetzen: Die weiteren Fahrzeugbereiche Station für Station ergänzen.

Hybrid Leapfrog: Stationswechsel mit zusätzlicher Geometrieerkennung

Eine weitere Möglichkeit bietet der Hybrid-Leapfrog-Modus. Im Unterschied zum klassischen Stationswechsel berücksichtigt dieser nicht ausschließlich die Referenzpunkte, sondern zusätzlich die bereits erfasste Objektgeometrie. Dadurch stehen dem System weitere Informationen zur Verfügung, um die neue Tracker-Position mit den vorhandenen Scandaten abzugleichen.

Die Kombination aus optischem Tracking, globalen Referenzpunkten und bereits erfasster Geometrie ermöglicht einen weitgehend durchgängigen Scanprozess. SHINING 3D hat damit eine durchdachte Lösung geschaffen, um auch Objekte zu digitalisieren, deren Abmessungen deutlich über den regulären Tracking-Bereich hinausgehen.

Hardwareanforderungen beim Scannen kompletter Fahrzeuge

Im Praxistest arbeitet ein Lenovo Legion Pro 5 mit Ryzen 9 9955HX, RTX 5070 Laptop (8 GB VRAM) und ursprünglich 32 GB RAM. Kleinere und mittlere Projekte sowie großflächige Scans mit gröberem Punktabstand lassen sich damit gut bearbeiten. Große, hochauflösende Scans füllen jedoch den VRAM: Ohne Auslagerung in den Arbeitsspeicher erscheint eine Fehlermeldung, die weitere Erfassung erfordert ein neues Projekt.Ein entsprechendes Update ist laut SHINING 3D in Entwicklung, zum Testzeitpunkt aber noch nicht verfügbar – ausreichend VRAM bleibt daher entscheidend.

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Lieferumfang

Wer rund 8.500 Euro für ein professionelles 3D-Scan-System ausgibt, erwartet bereits beim Auspacken des EinScan Trak höchste Qualität: Das komplette Equipment kommt hervorragend geschützt in einem hochwertigen Transport- und Aufbewahrungskoffer. Beim Auspacken fühlt man sich fast ein wenig wie James Bond mit seiner neuesten technischen Ausrüstung. Tracker, Ball-Frame, Handscanner, Akkus und Zubehör haben ihren festen Plätze, sämtliche Komponenten sind sauber verarbeitet und durchdacht konstruiert. Auch Router, Kabel und Kalibrierungszubehör gehören direkt zum Lieferumfang, sodass das System sofort einsatzbereit beim Anwender ankommt.

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Über den Hersteller

SHINING 3D wurde 2004 gegründet und entwickelt seit mehr als 20 Jahren Lösungen für die hochpräzise 3D-Digitalisierung und Messtechnik. Das Portfolio reicht von vergleichsweise kompakten Handscannern bis zu professionellen und metrologischen Systemen für Reverse Engineering, Qualitätskontrolle und industrielle Anwendungen. Mit dem EinScan Trak überträgt SHINING 3D seine für industrielle Anwendungen entwickelte Tracking-Technologie erstmals in die professionelle Produktlinie und ermöglicht mit einem mobilen optischen Trackingsystem die Erfassung großer Objekte ohne direkt auf deren Oberfläche angebrachte Referenzmarker.

Technische Daten

Der EinScan Trak kombiniert einen optischen Tracker mit einem herausnehmbaren Blaulaser-Handscanner und kann eine Scangeschwindigkeit bis zu 90 fps bei bis zu 2,63 Millionen Punkten pro Sekunde erreichen. Zur Verfügung stehen 19+19 gekreuzte Laserlinien, 7 parallele Laserlinien sowie 1 einzelne Laserlinie für tiefe Bohrungen und schwer erreichbare Geometrien. Der einstellbare Punktabstand reicht bis 0,05 mm, SHINING 3D garantiert eine volumetrische Genauigkeit von bis zu 0,1 mm. Der Tracker kann den Ball-Frame bis zu einer Entfernung von 4 Metern sicher tracken und deckt aus einer Position ein Tracking-Volumen von bis zu 15 m³ ab. Dank des mitgelieferten Routers mit Wi‑Fi 6 und wechselbaren Akkus kann das komplette System bis zu 5,5 Stunden weitgehend kabellos arbeiten. Es ist möglich, den Router direkt an den PC via USB 3.0 mit Strom zuversorgen. Das Notebook benötigt dabei jedoch eine externe Stromquelle, da die Verarbeitung der Scandaten und die zusätzliche Stromversorgung des Routers selbst leistungsstarke Laptop-Akkus schnell entladen.

Max. Scan-Auflösung: 0,05 mm Punktabstand Volumetrische Genauigkeit: bis zu 0,1 mmScangeschwindigkeit: Bilderfassungsrate: bis zu 90 FPS // bis zu 2.630.000 Punkte/s (bei geeigneter Computerhardware) Minimale Objektgröße (praxisnah): ca. ab 50 mm

Scan-Technologie: BlaulaserTracking: optisches Marker-Free-Tracking über den EinScan-Trak-Tracker; Referenzmarker auf dem Scanobjekt sind im Track-Modus nicht erforderlich

Arbeitsmodi: 19 + 19 gekreuzte blaue Laserlinien (Schnellmodus) + 7 parallele blaue Laserlinien (Detailmodus) + 1 einzelne blaue Laserlinie für tiefe Bohrungen, Spalten und schwer zugängliche GeometrienArbeitsbereich: bis zu 4.796 × 4.174 mm bei 4.000 mm Tracking-Distanz; Scanbereich des Handscanners bis zu 547 × 463 mm bei 500 mmTrackingvolumen: bis zu 15 m³ aus einer Tracker-Position; größere Objekte durch Neupositionierung des Trackers erfassbarTexturerfassung: integrierte 5-MP-HD-Farbkamera

Mobilität: vollständig kabelloser Betrieb über Wi-Fi 6; Scanner und Tracker mit wechselbaren AkkusBetriebsdauer: bis zu 5,5 Stunden; Hot-Swap-Akkus für längere Scan-SessionsOutdoor-Scanning: laut Hersteller bei Umgebungslicht bis zu 110.000 Lux möglich (im Test bestätigt)

warning(Erklärung: Hot-Swap-Akkus sind Akkus, die während des laufenden Betriebs gewechselt werden können, ohne dass das Gerät ausgeschaltet werden muss. Beim EinScan Trak bedeutet das: Sind zwei Akkus eingesetzt und einer wird leer, kann dieser entnommen und durch einen geladenen Akku ersetzt werden, während der zweite Akku das System weiter mit Strom versorgt. Dadurch sind praktisch unterbrechungsfreie Scan-Sessions möglich – besonders praktisch bei großen Objekten oder langen Außeneinsätzen.)

Sechs Möglichkeiten für stabiles 3D-Tracking

Track Modus

Im Tracker-Modus arbeiten der 3D-Tracker und der Handscanner gemeinsam. Der Tracker erfasst die fest am Scanner angebrachten Referenzpunkte(spiegel) und bestimmt dadurch kontinuierlich dessen Position und Ausrichtung im Raum. Auf dem eigentlichen Scanobjekt sind grundsätzlich keine Referenzmarker erforderlich. Je nach Größe des Objekts und gewünschtem Workflow stehen innerhalb des Tracker-Modus drei unterschiedliche Scan-Szenarien zur Verfügung.

1. Single-Station Scanning

Beim Single-Station-Scanning bleiben Tracker und Scanobjekt während der gesamten Aufnahme an einer festen Position. Der Tracker verfolgt den Handscanner innerhalb seines Arbeitsbereichs und ermöglicht dadurch einen vollständig markerfreien Scan des Objekts. Dieser Workflow eignet sich vorwiegend für mittelgroße bis große Objekte, die sich vollständig innerhalb des verfügbaren Tracking-Volumens erfassen lassen.

2. Standard Station Transfer

Der Standard-Station-Transfer erweitert den Arbeitsbereich des Trackers und eignet sich für größere Objekte sowie Anwendungen mit höheren Anforderungen an die Genauigkeit. Dazu erfasst das System zunächst Referenzmarker und erstellt daraus ein globales Markernetz als gemeinsames Koordinatensystem. Anschließend kann der Anwender den Tracker an eine neue Position setzen und den Scan von dort fortsetzen. Das globale Markernetz erhält dabei die räumliche Zuordnung der einzelnen Bereiche und ermöglicht einen präzisen Wechsel zwischen mehreren Tracker-Positionen.

3. Hybrid Leapfrog

Hybrid Leapfrog richtet sich an besonders große Objekte und Scanbereiche, die deutlich über das Tracking-Volumen einer einzelnen Station hinausgehen. Der Hybrid-Leapfrog-Mode orientiert sich nicht nur am globalen Markernetz sondern zusätzlich auch an der schon eingefangenen Punktwolke. Durch mehrere aufeinanderfolgende Positionswechsel lässt sich der Scanbereich schrittweise auf sehr große Objekte erweitern, ohne den gesamten Scan neu beginnen zu müssen.

Handscanner-Modus

Im Handscanner-Modus lässt sich der Handscanner vollständig mobil einsetzen. Hier kann man drei verschiedene Scanmodi auswählen:

⊳ Mit Markierungen: Tracking erfolgt via globalem Markersystem bzw. aufgeklebten Markern⊳ Geometrie: merkmalbasierter Scan möglich bei rauer Textur und detailreichen Oberflächen⊳ Automatischer Ausrichtungsscan: Objekt aus mehreren Perspektiven scannen mit mindestens vier gemeinsamen Referenzpunkten ermöglicht automatische Ausrichtung und Zusammenführung

1. Mit Markierungen

Für ein stabiles Tracking werden die Marker entweder auf dem Objekt oder in der Scanumgebung angebracht. Für kleine technische Bauteile bis zur Größe circa eines Fußballs bietet sich ein globales Markersystem (nur Marker in der Scanumgebung, nicht auf dem Objekt) an. Dazu erfasst der Scanner zunächst eine vorbereitete Scanumgebung mit Referenzmarkern. EXScan Trak speichert die Positionen dieses Markersystems und erstellt daraus ein globales Markernetz. Anschließend lässt sich das Bauteil innerhalb dieser Umgebung scannen. So sind Referenzmarker direkt auf dem Objekt nicht erforderlich. Das globale Markernetz lässt sich auf dem Computer speichern und für spätere Scans erneut nutzen. Wichtig ist, dass die Referenzmarker ihre Position nicht verändern. Besonders praktisch ist diese Methode für wiederkehrende Scanaufgaben. So lassen sich kleinere Bauteile immer wieder in derselben vorbereiteten Umgebung digitalisieren.

2. Punktwolken-Scan – Ausrichtung anhand der Objektgeometrie

Beim Punktwolken-Scan verwendet die Software charakteristische Merkmale der Oberfläche, um die aufgenommenen Bereiche kontinuierlich zueinander auszurichten. Bei organischen, asymmetrischen und detailreichen Oberflächen funktioniert dieses geometriebasierte Tracking besonders zuverlässig und ermöglicht ebenfalls das Scannen ohne Referenzpunkte. Bei glatten, symmetrischen oder geometrisch monotonen Oberflächen kann das Tracking dagegen schwieriger werden oder vollständig verloren gehen.

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3. Automatischer Ausrichtungsscan – mehrere Scanpositionen automatisch verbinden

Der automatische Ausrichtungsscan ermöglicht die vollständige Digitalisierung eines Objekts aus unterschiedlichen Perspektiven und führt die einzelnen Scanabschnitte selbstständig zusammen. Nach dem ersten Scan wird das Objekt gedreht und anschließend von der nächsten Seite erfasst. Erkennt die Software dabei mindestens vier gemeinsame Referenzmarker, werden die unterschiedlichen Scanbereiche automatisch im Scanprozess zueinander ausgerichtet. Auf diese Weise lassen sich mehrere Scanpositionen automatisch zu einem zusammenhängenden Modell verbinden.

Gegenüberstellung Scanqualität eines mittelgroßen Objekts mit Trackersystem und Handscannersystem

Scan eines 30 × 20 × 2 cm großen Laufschlittens ausschließlich mit dem Tracker-System

Warum lässt sich der Handscanner aus dem Ball-Frame entnehmen, wenn sich doch sämtliche Objekte direkt mit dem Tracker-System erfassen lassen? Der Grund liegt in der Detailgenauigkeit. Zwar können auch kleinere Objekte mithilfe des Tracker-Systems gescannt werden, allerdings ist die erreichbare Scanauflösung dabei geringer. Bei kleineren und besonders detailreichen Objekten ermöglicht die Verwendung eines globalen Markersystems eine deutlich effizientere und vor allem präzisere Erfassung. Im Test sollte dennoch überprüft werden, wie gut sich auch kleinere Objekte ausschließlich mit dem Tracker-System ohne Referenzpunkte erfassen lassen und wie gut das Ergebnis ist. Resultat: Das Tracking ist auch bei kleineren Objekten durchweg stabil, die Genauigkeit ist zufriedenstellend. Bessere Ergebnisse konnten mit dem Handscanner und globalen Referenzmarkern erzielt werden, siehe nächste Bildergalerie.

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Scan eines 30 × 20 × 2 cm großen Laufschlittens mit globalem Markersystem

Hier wurde mit einer Punktauflösung von 0,2 mm im Handscanner-Modus und einem globalen Markersystem gearbeitet. Die Ergebnisse fallen bereits deutlich präziser aus als beim Tracker-Scan. Mithilfe des Handscanners lassen sich auf diese Weise auch bei kleinen Bauteilen hochpräzise 3D-Scans realisieren. Für diesen Test wurde lediglich ein Punktabstand von 0,2 mm gewählt. Mit 0,1 mm oder sogar 0,05 mm ist eine nochmals deutlich höhere Detailauflösung möglich. Gerade bei 0,05 mm steigt allerdings auch der Speicherbedarf erheblich, sodass man hierfür gleich 64 GB Arbeitsspeicher einplanen sollte.

Drei Scan-Modi: 19+19 Kreuzlinien, 7 parallele Laserlinien und Einzellinie für unterschiedliche Scanaufgaben

19 + 19 gekreuzte Laserlinien – schnelle Erfassung großer Flächen

Die insgesamt 38 gekreuzten Laserlinien bilden den Hochgeschwindigkeitsmodus des EinScan Trak. Durch die große Anzahl gleichzeitig projizierter Linien erfasst der Scanner mit jedem Bild viele Oberflächeninformationen und kann eine Scangeschwindigkeit von bis zu 2,63 Millionen Punkten pro Sekunde erreichen. Dieser Modus eignet sich damit besonders für die schnelle Erfassung kompletter Objekte und größerer Flächen.

7 parallele Laserlinien – feine Details und scharfe Kanten

Für Bereiche mit feineren Strukturen stehen sieben parallele Laserlinien zur Verfügung. SHINING 3D optimiert diesen Modus speziell für die präzise Erfassung von Kanten, Konturen und feinen Oberflächendetails, wodurch er sich beispielsweise für technische Bauteile und Reverse Engineering eignet. Nach der schnellen Grundaufnahme mit den Kreuzlinien lassen sich damit gezielt anspruchsvolle Bereiche erneut erfassen. Die geringere Anzahl gleichzeitig projizierter Linien macht die Aufnahme zwar weniger flächendeckend, ermöglicht dafür aber eine gezieltere Detailerfassung komplexer Geometrien.

Einzelne Laserlinie – tiefe Löcher, Nuten und Vertiefungen

Die einzelne Laserlinie richtet sich speziell an Geometrien, die sich mit einem breiten Lasermuster nur schwer vollständig erfassen lassen. Dazu gehören tiefe Bohrungen, schmale Nuten, Spalten und innen liegende Strukturen. SHINING 3D gibt für diesen Modus ein Durchmesser-Tiefen-Verhältnis von bis zu 1:4 an. Die einzelne Linie kann dadurch gezielt durch schmale Öffnungen geführt werden und ermöglicht eine Datenerfassung tiefer innerhalb komplexer Vertiefungen, die mit den gekreuzten oder parallelen Laserlinien schwieriger erreichbar sind.

Welcher SHINING 3D Scanner eignet sich für welchen Einsatz?

Der Einsatzzweck steht natürlich bei der Wahl des richtigen 3D-Scanners im Vordergrund, doch mindestens genauso entscheidend oder entscheidender ist das verfügbare Budget. Bislang hat 3DHeaven drei unterschiedliche 3D-Scanner von SHINING 3D getestet, die in einer Preisspanne von 2.000 bis rund 8.500 Euro liegen und drei vollkommen unterschiedliche Geräteklassen abdecken. Entsprechend unterschiedlich fallen auch die Möglichkeiten und typischen Einsatzbereiche aus.

EINSTAR Rockit

Für Privatanwender und kleinere Betriebe, die gelegentlich unterschiedliche Objekte von klein bis groß digitalisieren möchten, bietet der EINSTAR Rockit (Testbericht) einen hervorragenden Einstieg. Der Scanner liefert bereits hervorragende Ergebnisse, eignet sich für unterschiedliche Oberflächen und kombiniert Blaulaser- mit Infrarot-Scanning. Damit deckt er ein breites Anwendungsspektrum ab, ohne direkt in die Preisregion professioneller Systeme vorzustoßen. Definitiv der günstige Allrounder!

EinScan Rigil Lite

Der EinScan Rigil Lite (Testbericht) vereint Unabhängigkeit mit Professionalität. Denn der 3D-Scanner bringt seinen eigenen Minicomputer und sein eigenes Interface gleich mit, wahlweise mit 16 oder 32 GB Arbeitsspeicher. Der Rigil Lite arbeitet komplett autark, lässt sich über den integrierten Touchscreen eigenständig bedienen, verarbeitet intern sowohl den direkten Scanvorgang als auch die Nachbearbeitung. Dadurch können etwa Werkstätten Bauteile direkt vor Ort erfassen, die gesammelten Daten direkt am Rigil Lite bearbeiten und anschließend über die SHINING 3D Cloud übertragen. Für regelmäßige mobile Einsätze bietet der Rigil Lite damit bereits einen sehr umfangreichen und weitgehend autarken Workflow.

EinScan Trak

Aus Redaktionssicht durchbricht der EinScan Trak klar die Grenze zur professionellen Geräteklasse und richtet sich insbesondere an Anwender, die regelmäßig große bis extrem große Objekte digitalisieren. Das externe Trackingsystem ermöglicht markerfreie Scans von Fahrzeugen, Formen, Maschinenbauteilen oder Booten und erspart bei vielen Anwendungen das zeitaufwendige Anbringen zahlreicher Referenzpunkte. Für Objekte außerhalb des regulären Tracking-Volumens lässt sich der Arbeitsbereich über Station-Transfer- und Hybrid-Leapfrog-Mode auf mehrere Tracker-Positionen erweitern. Gleichzeitig kann der Scanner aus dem Trackingsystem entnommen und mit 19+19 gekreuzten Laserlinien, sieben parallelen Linien oder einer Einzellinie auch für kleinere Bauteile und hochdetaillierte Bereiche eingesetzt werden.

Hardware: Tracker, Ball Frame und abnehmbarer Handscanner

Der SHINING 3D EinScan Trak besteht aus drei zentralen Hardware-Komponenten: dem optischen Tracker, dem sogenannten Ball Frame und dem einsetzbaren und autarkem Handscanner. Tracker und Scanner unterstützen sowohl eine drahtlose Verbindung über Wi-Fi 6 als auch einen kabelgebundenen Betrieb. Für die drahtlose Kommunikation gehört ein eigener Router zum Lieferumfang, der per LAN-Kabel mit dem Hauptrechner verbunden ist und das Wireless-Netzwerk für Tracker und Scanner bereitstellt. Damit arbeitet das komplette System unabhängig von einem vorhandenen WLAN und ermöglicht kabelloses Scannen ohne permanente Daten- oder Stromkabel.SHINING 3D liefert zusätzlich sämtliche Kabel für einen kabelgebundenen Betrieb mit. Das bietet eine Alternative, wenn eine stabile drahtlose Verbindung am Einsatzort nicht möglich oder nicht gewünscht ist. Eine Kabelverbindung benötigt das System außerdem für erstmalige Firmware-Updates.

Optischer Tracker mit bis zu 15 m³ Tracking-Volumen

Der auf einem Stativ montierte optische Tracker bildet die Grundlage für das markerfreie Scannen im Track-Modus. Zwei Tiefenkameras erfassen die zahlreichen Referenzspiegel auf dem Ball-Frame und bestimmen daraus kontinuierlich dessen Position und Orientierung im Raum. Der Abstand zwischen Tracker und Scanner kann zwischen 800 und 4.000 mm liegen. Bei maximalem Abstand erreicht das System ein Sichtfeld von bis zu 4.796 × 4.174 mm und ein Tracking-Volumen von insgesamt bis zu 15 m³. Damit deckt bereits eine einzelne Tracker-Position einen Arbeitsbereich ab, der für zahlreiche Fahrzeugteile und andere große Objekte ausreicht. Der Tracker misst 462 × 68 × 54 mm und wiegt 1,02 kg ohne Akku.

Ball Frame: Referenzsystem für markerfreies 3D-Scanning

Im Track-Modus sitzt der eigentliche Handscanner in einem kugelförmigen Rahmen, dem sogenannten Ball-Frame. Auf dessen Oberfläche befinden sich zahlreiche optische Referenzspiegel, anhand derer der Tracker jede Bewegung und Drehung des Scanners im Raum verfolgt. Das Tracking anhand der Referenzspiegel/Referenzpunkte wird durch das direkte Tracking des eigentlichen Scanners ausgelagert. Mit eingesetztem Handscanner misst die komplette Einheit 244 × 186 × 238 mm und wiegt 1,46 kg ohne Akku. Das ist deutlich massiver als ein klassischer Handscanner, dennoch lässt sich der kugelförmige Aufbau gut um größere Objekte führen. Dennoch beim Scan eines kompletten Autos kann es schon mal anstrengend werden.

Features Ball-Frame: Kleine Standflächen beziehungsweise Füße am Ball-Frame ermöglichen einen sicheren Stand während Scanpausen. Scanner und Ball Frame verbindet ein gesichertes USB-C-Kabel mit Rädelschraube. Für die Stromversorgung besitzt der Ball-Frame zwei Akkuplätze. Das System funktioniert bereits mit einem eingesetzten Akku. Für längere Scanvorgänge empfiehlt SHINING 3D jedoch die Verwendung von zwei Akkus gleichzeitig. Die Akkus lassen sich auch während des Betriebs wechseln, sodass sich mit vorbereiteten Akkus auch längere Scanprojekte ohne größere Unterbrechung durchführen lassen.

Vier Akkus für bis zu 5,5 Stunden kabellosen Betrieb

Zum EinScan-Trak-System gehören insgesamt vier wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akkus mit jeweils 5.400 mAh Kapazität und 3,6 V Nennspannung. Im Track-Modus sitzen jeweils zwei Akkus im Tracker und zwei im Ball-Frame. Damit erreicht das komplette System laut SHINING 3D eine Betriebsdauer von bis zu 5,5 Stunden. Im eigenständigen Scanner-Modus benötigt der Handscanner nur einen Akku und erreicht damit eine Laufzeit von bis zu 3,5 Stunden. Die Akkus unterstützen Hot-Swap, wodurch sich einzelne Energiespeicher während längerer Arbeitseinsätze austauschen lassen. Eine integrierte Statusanzeige informiert direkt an den Geräten über den verbleibenden Ladestand in Grün, Gelb und Rot.Zusätzlich zeigt die Software EXScan Trak den aktuellen Akkustand in der Nutzeroberfläche an. Plus, Scanner und Tracker zeigen an Vorder- bzw. Rückseite durch LEDs den aktuellen Ladestand. SHINING 3D gibt für die Akkus eine Lebensdauer von mehr als 400 Ladezyklen an.

Abnehmbarer Handscanner für kleine und detailreiche Objekte

Eine Besonderheit des EinScan Trak ist der herausnehmbare Scanner. Für kleinere Bauteile oder schwer erreichbare Bereiche lässt er sich aus dem Ball-Frame lösen und anschließend vollständig eigenständig verwenden. Eine erneute Kalibrierung ist beim Wechsel laut SHINING 3D nicht erforderlich. Mit 199 × 193 × 172 mm und rund 480 g Gewicht entsteht dadurch aus dem großformatigen Trackingsystem ein vergleichsweise kompakter und kabelloser Blaulaser-Handscanner. Im Handscanner-Modus wandert einer der 5.400-mAh-Akkus direkt in den Scanner. Damit arbeitet das Gerät bis zu 3,5 Stunden unabhängig von einer externen Stromversorgung. Der Scanner kann weiterhin drahtlos über Wi-Fi 6 mit dem Computer kommunizieren oder alternativ über USB-C kabelgebunden betrieben werden.

Damit deckt die Hardware zwei sehr unterschiedliche Einsatzbereiche mit einem System ab: Der Tracker mit Ball-Frame übernimmt die markerfreie Digitalisierung großer bis sehr großer Objekte, während sich der herausnehmbare Handscanner für kleinere Bauteile und schwer erreichbare Bereiche einsetzen lässt. Insbesondere bei aufwendigen Scans kleinerer Bauteile machen sich die rund 1,5 kg des Ball-Frames inklusive Scanner und Akkus auf Dauer bemerkbar. Im direkten Vergleich wirkt der lediglich rund 500 g schwere Handscanner geradezu federleicht und ermöglicht ein deutlich komfortableres Arbeiten.

Software: EXScan Trak von der Kalibrierung bis zum fertigen 3D-Modell

Die komplette Steuerung des EinScan Trak übernimmt SHINING 3D über EXScan Trak. Nach der Einrichtung des Systems lassen sich neue Projekte anlegen oder bestehende Projekte öffnen. Die Software führt dabei durch den gesamten Workflow von der Kalibrierung über die eigentliche Datenerfassung bis zur Nachbearbeitung der Punktwolke. Trotz der zahlreichen Möglichkeiten bleibt der grundsätzliche Ablauf klar strukturiert. EXScan Trak bietet umfangreiche Werkzeuge zur Nachbearbeitung der erfassten Punktwolken. Einzelne Bereiche eines Scans lassen sich anwählen, bereinigen und/oder entfernen. Separat aufgenommene Scans können über gemeinsame Referenzpunkte, geometrische Merkmale oder manuell definierte Punkte zu einem vollständigen 3D-Modell zusammengeführt werden. Anschließend erfolgt die Fusion der Punktwolken zum Mesh. Für die weitere Optimierung stehen Funktionen zum Glätten von Oberflächen, Entfernen isolierter Bereiche, Schließen von Löchern und Reduzieren der Polygonanzahl zur Verfügung.

Scanqualität: Hohe Detailtreue von klein bis sehr groß

Bei der Scanqualität überzeugt der SHINING 3D EinScan Trak durch eine hohe Detailtreue und eine bemerkenswerte Vielseitigkeit. Besonders positiv fällt auf, wie zuverlässig der Trak selbst komplexe Oberflächen, scharfe Kanten und glatte Strukturen zuverlässig erfasst. Die Kombination aus unterschiedlichen Scanverfahren und einer präzisen Softwareverarbeitung ermöglicht überzeugende Ergebnisse bei kleinen technischen Bauteilen ebenso wie bei großformatigen Objekten.

Lokale Auflösung für besonders wichtige Bereiche

Eine interessante Funktion von EXScan Trak ist die Möglichkeit, einzelne Bereiche eines bereits erfassten Modells gezielt mit höherer Detailauflösung nachzuarbeiten. Dadurch muss nicht das gesamte Objekt mit maximaler Punktdichte und entsprechend hohem Speicherbedarf digitalisiert werden. Gerade bei großen technischen Objekten ist dieser Workflow sinnvoll. Beispielsweise lässt sich eine Fahrzeugkarosserie zunächst mit moderater Auflösung erfassen, während anschließend relevante Bereiche wie Befestigungspunkte, Kanten oder Vertiefungen detaillierter nachgescannt werden. Das spart Zeit, reduziert die Datenmenge und ermöglicht dennoch eine hohe Detailgenauigkeit an den entscheidenden Stellen.

Stabiles Tracking auch bei großformatigen Objekten

Bei großen Objekten wie Fahrzeugen, Maschinen oder Formen überzeugt vorrangig die zuverlässige räumliche Zuordnung der erfassten Scandaten. Der optische Tracker ermöglicht eine kontinuierliche Positionsbestimmung des Scanners, wodurch auch großflächige Geometrien sicher erfasst werden. Entscheidend für die Qualität bleiben dabei eine ausreichende Scanabdeckung, geeignete Arbeitsabstände und die Erfassung komplexer Bereiche aus unterschiedlichen Blickwinkeln.

5-MP-Farbkamera für Texturerfassung

Neben der geometrischen Erfassung ermöglicht die integrierte 5-MP-Farbkamera auch die Aufnahme von Oberflächentexturen. Dafür stehen eine separate Helligkeitsregelung, ein Texturfülllicht sowie eine Weißabgleichfunktion zur Verfügung. Der Schwerpunkt des EinScan Trak liegt allerdings klar auf der präzisen Digitalisierung der Objektgeometrie und weniger auf fotorealistischen Farbtexturen.

Fazit

Mit einem Preis von rund 8.500 Euro richtet sich der SHINING 3D EinScan Trak klar an die professionelle Digitalisierung von großen und komplexen Objekten. Aus Sicht der Redaktion liegt seine größte Stärke weniger in einzelnen technischen Spitzenwerten als im durchdachten Ineinandergreifen von optischem Tracker, Ball-Frame und abnehmbarem Handscanner. So aufgestellt ist der EinScan Trak universell einsetzbar von klein bis groß und das meist ohne das nervige Aufkleben von Referenzmarkern.

warning(Bereits innerhalb des regulären Tracking-Volumens von bis zu 15 m³ lassen sich großformatige Objekte zuverlässig erfassen. Mit Standard-Station-Transfer und Hybrid-Leapfrog wird dieser Arbeitsbereich durch mehrere Tracker-Positionen zusätzlich erweitert. Dadurch lassen sich selbst extrem große Bauteile, komplette Fahrzeuge oder umfangreiche industrielle Anlagen digitalisieren. Die praktische Grenze wird dabei weniger durch das Tracker/Scanner-System selbst als vielmehr durch die verfügbaren Ressourcen des angeschlossenen Computers bestimmt.)

Der EinScan Trak lohnt sich damit vor allem dort, wo regelmäßig große Objekte präzise und schnell digitalisiert werden. Gleichzeitig bleibt das System durch den herausnehmbaren Handscanner flexibel genug auch kleinere Bauteile und Detailaufnahmen präzise einzufangen. Genau diese Bandbreite von klein bis extrem groß macht den EinScan Trak zu einem außergewöhnlich vielseitigen professionellen 3D-Scan-System.

Euer Manuel vom 3DHeaven-Team