Digitalisierung von Bauteilen durch 3D Scans am Umwelt-Campus

In vielen Industriezweigen ist eine genaue Fertigung und deren Überwachung essentiell. In den meisten Fällen geschieht die Qualitätsprüfung mit Hilfe von mechanischen Messungen. Hierbei werden die Konturen und komplexen Geometrien mit Hilfe von Lehren oder taktilen Messungen abgegriffen. Diese Verfahren sind vor allem in der Nachbearbeitung und Auswertung sehr zeit- und kostenaufwändig.
Eine Alternative zu diesen Verfahren stellt der 3D Scan dar. Die hochpräzisen Aufnahmen und Rekonstruktion von Objekten spart im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren viel Zeit und erleichtert durch die Digitalisierung die Weiterverarbeitung der Daten. Seit einigen Jahren gewinnt der 3D-Scan deshalb in immer mehr Anwendungsbereichen wie Qualitätsüberwachung, Medizintechnik oder der Baubranche an Bedeutung.
Am Umwelt-Campus erhalten Studierenden die Möglichkeit sich an neuestem Equipment mit dieser Technologie vertraut zu machen.
Es besteht die Möglichkeit mit Hilfe eines COMET-L3D 5M Systems (vgl. Abb. 1) der Firma Carl-Zeiss Optotechnik hochpräzise Aufnahmen mittels Streifenlichtprojektion durchzuführen.

 Digitalisierung von Bauteilen durch 3D Scans

Abb. 1: COMET L3D mit Drehtisch; Bildquelle: Stefanie Lonien, Katrin Allmann, Lisa Kopp, Luisa Fuchs

Der Scanner ist transportabel und kann mit wenigen Handgriffen vor Ort aufgebaut und durch z.B. ein Messfeldwechsel an die Anforderungen wie z.B. die Objektgröße angepasst werden.
Beim Streifenprojektionsverfahren wird zur Aufnahme von Daten mit einem Projektor ein Streifenlicht auf das Werkstück projiziert. Das vom Werkstück reflektierte Licht wird mit einem Sensor gesammelt und aufbereitet. Die ermittelten Daten entsprechen einzelnen Punkten, die die gescannte Geometrie abbilden. Bei einer Aufnahme können nicht alle Seiten des zu scannenden Objektes abgebildet werden. Deshalb sind mehrere Aufnahmen erforderlich, die unter Nutzung von Referenzmarken zu einer sogenannten Punktwolke zusammengesetzt, die Form des Werkstücks annehmen (vgl. Abb. 2).

 Ablauf eines 3D Scans

Abb. 2: Ablauf eines 3D Scans, Bildquelle: Michael Wahl

Für die einzelnen Aufnahmen kann der Scanner als auch das Objekt (z.B. mit einem Drehtisch) in seiner Position verändert werden.
Im Weiteren können diese Punktwolken zum Generieren eines virtuellen 3D-Modells oder direkt zur Inspektion eines gewünschten Merkmals genutzt werden. So lassen sich durch einen Vergleich der Punktwolke mit dem entsprechenden CAD Modell einfach Abweichungen zwischen dem konstruierten und  gefertigten Produkt darstellen. Die Unterschiede können an festgelegten Punkten oder als farbliche Abweichung ausgegeben werden (vgl. Abb. 3).

 Prüfbericht eines Bauteils

Abb. 3: Prüfbericht eines Bauteils; Bildquelle: Yanick Wagner

Die Messunsicherheit der Scans liegt bei entsprechender Vorbereitung bei ca. 20 µm. Dies wurde durch Herrn Marius Kahl in umfangreichen Tests nachgewiesen. Mit dem Comet L3D lassen sich Objekte von wenigen mm bis ca. 1m erfassen.
Zur Erfassung größerer Objekte steht weiterhin ein handgeführter Laserscanner zur Verfügung.
Bei dem T-Scan CS handelt es sich um einen optisch getrackten Handscanner, der es ermöglicht in Echtzeit Objekte von mehreren Metern zu digitalisieren. Der handgeführte Scanner erfasst durch einen am Bauteil reflektierten Laserstrahl die Bauteilgeometrie (vgl. Abb. 4). Die Ausrichtung des Scans im Raum wird durch einen Trackingbalken erfasst und die Daten in Echtzeit wiedergegeben.

 Handscanner T-Scan

Abb. 4: Handscanner T-SCAN mit Fahrzeugtür; Bildquelle: Stefanie Lonien, Katrin Allmann, Lisa Kopp, Luisa Fuchs

Als Ergebnis wird in Echtzeit eine 3D Punktewolke modelliert (vgl. Abb. 5).

3D Scans - Punktwolke einer Fahrzeugtür

Abb. 5: Punktwolke der Fahrzeugtür innen; Bildquelle: Adrian Huwer, Mats Bremer

Mit Hilfe des leichten Handgerätes ist es einfach, das zu messende Objekt von mehreren Seiten aufzunehmen. Die erfassten Punktewolken lassen sich auch hier zu einem Prüfbericht weiterverarbeiten. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind die Umwandlung in ein Volumenmodell zur Weiterverarbeitung bzw.  der 3D Druck.

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Michael Wahl, Adrian Huwer, Mats Bremer

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