3D-Scanner der jüngsten Generation eröffnen in allen Bereichen der industriellen Wertschöpfungskette völlig neue Möglichkeiten. Ehemals problematische Messaufgaben sind heute dank der weiter entwickelten Technik lösbar. Anwendern in der Qualitätssicherung bieten die High-End-Lösungen große Flexibilität im praktischen Einsatz.
Die Erfassung und Vermessung von Bauteilen und Komponenten mit Hilfe von 3D-Scannern ist auch und gerade in CAX-Anwendungen – etwa in der Qualitätskontrolle – auf dem Vormarsch, trotz immer noch weit verbreiteter Vorbehalte gegenüber dieser Technologie. Gerade in Anwendungen mit kleinen Stückzahlen bis Losgröße 1 werden herkömmliche taktile Verfahren oft noch bevorzugt.
Von Entscheidern werden häufig die Kosten ins Feld geführt, um bestimmte Messaufgaben weiterhin quasi-manuell beziehungsweise mit taktilen Mitteln durchzuführen. Die hohe Entwicklungsdynamik im Bereich optoelektronischer Systemkomponenten macht optische Systeme zur Oberflächenerfassung und -vermessung nicht nur immer erschwinglicher, sondern auch leistungsfähiger. Es ist vor allem die Zeitersparnis beim Einsatz optischer 3D-Digitalisierer, die ihre Anschaffungs- und Gesamtbetriebskosten in vielen Fällen einer taktilen Lösung überlegen macht. Zudem verfolgen Anbieter wie Artec das erklärte Ziel, das Thema 3D-Scanning in den Massenmarkt zu bringen. Mittel- und langfristig sind also deutliche Kostensenkungen für entsprechendes Equipment zu erwarten – auch im High-End-Bereich.
3D-Scanner tasten Objekte mit Licht ab und wandeln die Daten in virtuelle Modelle am Computer um. Sie tun das berührungslos und bleiben dabei an der Oberfläche.
Zum Einsatz kommen unter anderem aktive Triangulationsverfahren. Im Gegensatz zu den koaxialen Messanordnungen schließen die optischen Achsen von Sender und Empfänger bei den triangulierenden Verfahren einen bestimmten Winkel ein: den Triangulationswinkel. Lichtquelle, Objekt und Kamera bilden die Ecken eines gedachten Dreiecks. Mit Hilfe der Triangulation lassen sich die Raumkoordinaten einzelner Punkte auf dem Objekt berechnen – und aus einer Punktwolke mit sehr vielen solcher Punkte werden dann die gewünschten virtuellen Objektoberflächen berechnet, die zum Beispiel zur Qualitätskontrolle herangezogen werden können.
Der (Laser-)Lichtschnitt ist häufig das Grundprinzip integrierter Sensoren der industriellen Bildverarbeitung. Die Auswertung eines einzelnen, auf das Objekt projizierten Lichtstreifens zeigt bereits das Höhenprofil der Objektoberfläche entlang dieses Schnittes. Betrachtet man mehrere, dicht nebeneinander liegende Schnittlinien beziehungsweise Profilkurven, so wird aus dem streifenförmigen Profil eine dreidimensionale Tiefenkarte: die dreidimensionale Abbildung der Objektoberfläche. 3D-Scanner auf Basis des einfachen Lichtschnittes sind schon lange erhältlich. Doch sie sind zur Referenzierung beziehungsweise Kalibrierung oft an Koordinatenmessmaschinen gebunden, was ihre Flexibilität und Mobilität einschränkt.
Lichtstreifen bringen Tempo in die Digitalisierung
Die Streifenprojektion ist im Grunde nur eine logische Weiterentwicklung des einfachen Lichtschnittes: Statt einer einzelnen Linie werden spezielle Lichtstreifen oder -muster gleichzeitig oder kurz nacheinander auf dem Prüfling abgebildet. Die Auswertung der 2D-Aufnahmen der Kamera in 3D-Daten erfolgt ähnlich wie beim Lichtschnittsensor durch Triangulation der Tiefenwerte. Damit kann das Objekt grundsätzlich sehr viel schneller vollständig digitalisiert werden als mit vielen einzelnen, Bild für Bild nur leicht versetzten Linienprojektionen. Selbst komplexe Werkstücke können so in wenigen Minuten vollständig digitalisiert und in ein CAD-System importiert werden.
Anwendungen in der Qualitätssicherung stellen hohe Ansprüche an die Präzision eines 3D-Scanners. Die jüngste Generation von Structured-Light-Scannern drängt sich hier mit Werten im Mikrometer-Bereich in den Fokus der entsprechenden Entscheidungsträger. Ehemals problematische Messaufgaben mit reflektierenden, absorbierenden oder (teil-)transparenten Objektoberflächen sind heute durchaus lösbar. Auch Objektmerkmale, die für 3D-Scanner üblicherweise stets Problemzonen waren (etwa scharfe Kanten, Bohrungen oder Gussgrate) haben inzwischen ihren Schrecken verloren. Selbstkalibrierende, handgeführte Geräte mit hochwertigen, automatisierten Post Processing-Algorithmen unterstützen den Anwender in der Qualitätssicherung mit größtmöglicher Flexibilität im praktischen Einsatz. ■
Teilen:
