Schnellere Design- und Entwicklungsprozesse

Der Weißlicht-Scanner Stereoscan Neo macht die Ergebnisse seiner Messungen auf dem Objekt farblich sichtbar.
(Bildquelle: Aicon)

Qualitätskontrolle, 3D-Inspektion, Reverse Engineering – die Streifenprojektion von Weißlicht-Scannern dient zum berührungslosen dreidimensionalen Erfassen von Oberflächen. Fahrzeughersteller nutzen diese Methode beispielsweise, um Designmodelle zu digitalisieren oder CAD-Daten mit dem realisierten Modell zu vergleichen. Aber auch in der Medizintechnik und im kulturellen Bereich, etwa um alte Kunstwerke zu digitalisieren, kommen 3D-Scanner zum Einsatz.

Bisher war die Leistungsfähigkeit der Streifenprojektion maßgeblich von den Eigenschaften der Objektoberfläche abhängig. Ihre Farbe und Reflexionseigenschaften beeinflussten die Qualität der Messergebnisse. Die Lösung für das Problem: digitale adaptive Vollfarbprojektionstechnik. Durch Farb- und Intensitätskontrolle passt sich die Projektion den Oberflächeneigenschaften an. Darauf aufbauend hat der Messsystemhersteller Aicon 3D Systems, Braunschweig, einen Scanner entwickelt, der die Möglichkeiten des bisherigen Scannens erweitert: Unter dem Motto  See What You Measure (SWYM) macht der Weißlichtscanner Stereoscan Neo die Ergebnisse seiner Messungen auf dem Objekt farblich sichtbar.

Schnellere Design- und Entwicklungsprozesse

Mit seinen Kameras, die je nach Modell 8 oder 16 Megapixel haben, misst der Scanner Objekte mit einem minimalen Punkteabstand von 18 μm oder 12 μm, je nach Kameraauflösung. Durch Objektiv- und Basislängenwechsel lassen sich Messfelder mit einer Breite von 75 mm bis 1.100 mm erfassen.
(Bildquelle: Aicon)

Prozessoptimierung mit Farb-Rückprojektion

Dieses Verfahren ermöglicht dem Anwender, beispielsweise im

Werkzeug- und Formenbau oder im Fahrzeugdesign, neue Arbeitsabläufe: Der Fahrzeugdesigner bearbeitet sein Clay-Modell zunächst nach digitalen Vorgaben. Eventuelle Änderungsvorgaben aus der Entwicklungsabteilung erscheinen digital auf seinem Rechner. Mithilfe des Scanners kann er nun den betroffenen Bereich vermessen und mit den neuen Designvorgaben abgleichen. Abweichungen lassen sich schnell und präzise erfassen und darstellen. Sie werden in Farbe auf das Modell projiziert, sodass der Designer es umgehend korrigieren kann. Nach jedem Scanvorgang erkennt er, ob die Soll- und Ist-Werte jetzt übereinstimmen und an welchen Stellen er noch arbeiten muss.

Schnellere Design- und Entwicklungsprozesse

Qualitätskontrolle, 3D-Inspektion, Reverse Engineering – die Streifenprojektion von Weißlicht-Scannern dient zum berührungslosen dreidimensionalen Erfassen von Oberflächen.
(Bildquelle: Aicon)

Weißlicht-Scanner im Windkanal

Eine besondere Herausforderung ist das 3D-Scannen von 1:1-Fahrzeugmodellen im Windkanal für Strömungsanalysen und aerodynamische Optimierungen. Auch hier bearbeitet der Entwicklungsingenieur das Modell händisch nach digitalen Vorgaben. Nach jeder Veränderung scannt er den entsprechenden Bereich und gleicht sie mit den Vorgaben ab. Durch die projizierten Abweichungsbilder kann er Korrekturen am Objekt schnell und unkompliziert vornehmen. Das spart Zeit im teuren Windkanal.

Die Visualisierung der Abweichungen erleichtert die Arbeit auch in anderen Bereichen der Fahrzeugentwicklung, zum Beispiel im Analyseteam. Anhand der projizierten Abweichungen kann das Team direkt am Fahrzeug erörtern, an welcher Stelle welche Änderungen notwendig sind. Das Scanverfahren bewirkt also nicht nur einen schnelleren Designprozess, sondern auch insgesamt einen effizienteren Ablauf in Entwicklung und Produktion.

Schnellere Design- und Entwicklungsprozesse

Der 15 cm große Messtaster misst geometrische Feinheiten und gibt die Daten an die Auswertesoftware weiter. Am Gerät befinden sich Messpunkte, die die Kameras des Weißlicht-Scanners automatisch erkennen.
(Bildquelle: Aicon)

Dr. Carl-Thomas Schneider, Geschäftsführer von Aicon, spricht von einem Meilenstein in der Systemgeschichte: „Mit dem Prinzip ‚See What You Measure‘ dringen wir in eine neue Dimension in der Streifenprojektion vor.“

Mit seinen Kameras, die je nach Modell 8 oder 16 Megapixel haben, misst der Scanner Objekte mit einem minimalen Punkteabstand von 18 μm oder 12 μm, je nach Kameraauflösung. Durch Objektiv- und Basislängenwechsel lassen sich Messfelder mit einer Breite von 75 mm bis 1.100 mm erfassen. An neue Aufgaben passt der Anwender den Scanner zudem unkompliziert an.

Den Detailgrad der Messung erhöhen

Kombiniert mit dem handgehaltenen Messtaster Mi-Probe Mini desselben Herstellers lässt sich die 3D-Erfassung erweitern: Das Gerät eignet sich für das Messen von komplexen Bauteilen in Verbindung mit einem Weißlicht-Scanner. Das 15 cm große Messgerät ertastet geometrische Feinheiten und gibt die Daten an die Auswertesoftware weiter. So vermessen Anwender beispielsweise Getriebegehäuse mit Flanschlöchern, Hinterschnitte oder verdeckte Messpunkte. Am Messtaster befinden sich Messpunkte, die die Kameras des Stereoscan Neo automatisch erkennen. Damit misst der Bediener ohne lästige Kabel mit großer Bewegungsfreiheit. Zudem sind je nach Aufgabe Varianten mit verschiedenen Tastspitzen erhältlich.

Weißlicht-Scanner im Detail

Der Digitalprojektor überträgt eine Sequenz von Streifenmustern auf das Messobjekt und die Systemkameras nehmen das projizierte Streifenmuster unter einem definierten Betrachtungswinkel auf. Bei Bedarf läuft die 3D-Digitalisierung mit Drehteller oder Roboter automatisiert ab.

Die digitale adaptive Vollfarb-Projektionstechnik des Stereo-Scan Neo ermöglicht es, die Lichtquelle in jeder Farbe einzustellen. So lässt sich der Kontrast zur Objektoberfläche vergrößern, um genauer zu messen.

Eine einzelne Messsequenz ist nach etwa einer Sekunde abgeschlossen. Je nach Größe des Messobjekts dauert der gesamte Messvorgang zwischen wenigen Sekunden und mehreren Minuten. Ist das Objekt vollständig digitalisiert, berechnet  der Computer innerhalb weniger Sekunden die 3D-Daten des Messobjekts, indem er die Einzelaufnahmen zu einem digitalen 3D-Abbild des Messobjekts zusammensetzt.

Das Ergebnis ist zunächst eine Punktewolke, die dann in ein ausgedünntes Dreiecksnetz überführt wird, das sogenannte Mesh (dt. Netz). Das exakte dreidimensionale Abbild des Objekts steht als Datensatz in verschiedenen Formaten zur Verfügung, um es weiterzuverarbeiten, zum Beispiel mit einem CAD-/CAM-Programm.

Wibke Dose

Über den Autor

Wibke Dose

ist Mitarbeiterin im Marketing von Aicon 3D Systems in Braunschweig.