Berührungslose und flächenhafte Deformationsmessungen an Betonoberflächen unter besonderer Berücksichtigung der Interaktion zwischen Laserstrahl und Oberfläche

Laser-based reflectorless distance measurement is affected by numerous factors. This also includes the influence of the incidence angle between laser beam and surface normals. By means of image-based determination of intensity distributions within laser beam cross sections, this influence is estimated by a numerical simulation tool for the interaction between laser beam and surfaces. The findings are transferred to a geodetic deformation monitoring of a motorway bridge in order to extend its lifespan.

Auf die lasergestützte, reflektorlose Distanzmessung wirken zahlreiche Einflüsse, die zu einer systematischen Verfälschung des Ergebnisses führen können. Als noch zu klärende Fragestellung verbleiben etwaige Fehlereinflüsse, die im Zuge der Interaktion des Laserstrahls mit der Objektoberfläche auftreten können. Hierzu zählen Oberflächen- und Materialeigenschaften wie Rauheit und Absorptionsvermögen, aber auch geometrische Beziehungen wie Objektentfernung und Einfallsgeometrie.

Die vorliegende Arbeit widmet sich in ihrem Schwerpunkt dem vielseits beobachteten Einfluss des Einfallswinkels zwischen Laserstrahl und der Oberflächennormalen bei der berührungslosen Distanzmessung. Hierzu werden zunächst die Grundlagen der scannenden Verfahren innerhalb der geodätischen Lasermesstechnik im Allgemeinen erläutert und auf die instrumentellen Einflussfaktoren im Speziellen eingegangen. Die vorgestellten Technologien werden auf den Bereich der geodätischen Deformations- und Überwachungsmessung übertragen und anhand einer Überwachungsaufgabe einer Autobahnhochbrücke während der Restnutzungs- und Rückbauphase konkretisiert.

Aus diesem Anlass werden zwei Methoden entwickelt, auf deren Basis eine Korrektur der elektronischen Distanzmessung aufgrund der Interaktion zwischen Laserstrahl und Betonoberflächen möglich ist: Zum einen erfolgt dies über eine bildbasierte Bestimmung von Intensitätsverteilungen innerhalb eines Laserstrahlquerschnittes in Kombination mit numerischen Simulationen der Interaktion des Laserstrahls mit naturnahen Oberflächen. Zum anderen wird ein Korrekturmodell aus redundanten Messungen einer Brückenüberwachung unter realen Bedingungen abgeleitet – hierbei werden insbesondere die Konstellationsunterschiede der Messkonfiguration herangezogen, was zu einer weniger aufwändigeren und somit deutlich pragmatischeren Lösung führt.

Auch wenn die anzubringenden Korrekturen deutlich unter den offiziellen Spezifikationen zur Messgenauigkeit liegen, steht mit der insbesondere für das Messprinzip des Phasenvergleichsverfahrens eines Tachymeters entwickelten Simulationsumgebung ein Werkzeug zur Verfügung, welches grundsätzlich die Analyse von theoretisch reflektierten Messsignalen ermöglicht. Diese kann für künftige Fragestellungen für die Simulation zeitlicher Signalstrukturen hinsichtlich Frequenz- und Intensitätsstabilität, die Berücksichtigung von Reflektanzunterschieden innerhalb der von Messstrahlen beleuchteten Oberfläche sowie die Untersuchung der Abhängigkeit der Distanzkorrektur bei weiteren Rauheitsstufen herangezogen werden.

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• Vollständiger Abdruck der Dissertation (Medienserver der TU München)