Partner im Fahrerlager

Renaat van Cauter, Metris, Leuven

Aus diesem Grund ist das neue Midland-F1-Team im Jahr 2006 eine industrielle Sponsorenpartnerschaft mit Metris, dem Marktführer für optische Dimensionsmesslösungen, eingegangen.

James Key, technischer Direktor bei Midland, erklärt: „Es ist eine ziemlich einfache Gleichung. Wenn wir in den Grand Prix Rennen erfolgreich sein wollen, brauchen wir die beste Unterstützung bei der Messtechnik-Ausrüstung, damit wir die Konkurrenz übertreffen können. Wir haben insbesondere nach einem System gesucht, das neben der 3D-Punkt- und Laserscanner-Messung auch für dynamische Messungen verwendet werden kann (z.B. der Chassis-Steifigkeit oder der Nachgiebigkeit der Radaufhängung) – alles selbstverständlich enthalten in einer einfach aufzubauenden und tragbaren Ausstattung. Die dynamische Prüf-Anwendung ist ein sehr wichtiges Element bei der Entwicklung eines Autos und besonders hier bietet das System von Metris im Vergleich zu ähnlichen 3D-Lösungen einen Vorteil. Die flexible Multi-Tasking-Funktionalität sowie die Messtechnologie höchster Genauigkeit sind die wichtigsten Entscheidungsparameter für die Wahl von Metris als Partner.“

Das optische KMG von Metris verwendet eine lineare CCD-basierte Kamera, die Infrarot-LEDs genau erkennt, die sich in dem 6 Meter langen Messvolumen bewegen. Eine Kombination dieser LEDs wird auf einen Berührtaster – den SpaceProbe – montiert, um die genaue Position des Tasters und der Messspitze eindeutig festzulegen. Wenn die LEDs zusammen mit einem Laserscanner-Gerät – dem K-Scan – verwendet werden, kann das Gerät als Handheld-Laserscanner für die Digitalisierung von Teilen eingesetzt werden, um 3D-Punktewolken zu erhalten. Ein wichtiger Vorteil des optischen KMG ist die so genannte dynamische Referenz: Wenn das gemessene Objekt mit LEDs ausgestattet ist, kann es die Position während einer Messung verändern, da die Änderungen durch die Kamera überwacht und die Messdaten kompensiert werden.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit, durch die sich das Gerät von einem klassischen Messsystem unterscheidet, ist das Anbringen dieser LEDs auf einem Auto oder einer Komponente, um die Bewegung des Objekts im Raum zu messen.

Das System von Metris deckt somit viele Anwendungen ab, von denen F1-Teams profitieren können.

Als erstes Beispiel ist die FIA-Legalitätsprüfung zu nennen, bei der die Autos und der Aufbau gemessen werden, um zu prüfen, ob die strengen Vorschriften der FIA eingehalten wurden. Diese Legalitätsprüfung wird vor und nach jeder Wettfahrt in der FIA-Box durchgeführt. So wird sichergestellt, dass alle am Wettkampf teilnehmenden Autos vorschriftsmäßig eingestellt sind. Für die schnelle Prüfung der Kotflügelposition werden weiterhin Pegel verwendet. Da die Regeln strenger geworden sind, werden intelligentere Methoden benötigt, um den Vorschriften gerecht zu werden. Insbesondere im Bereich der Aufbaudeformation unter Belastung (flexible Kotflügel) hat das System seinen Mehrwert bewiesen.

Das Gerät zahlt sich auch bei Windtunnel-Tests aus, die durchgeführt werden, um die Abtriebsbeiwerte auf das Auto und andere aerodynamische Eigenschaften zu messen und zu optimieren. Die Einrichtung des Autos im Windtunnel ist eine Herausforderung an Präzision und kann üblicherweise mehrere Stunden dauern. Die Reifen sind nicht an das Auto montiert, müssen aber auf den Millimeter genau eingerichtet werden, um den exakten Windstrom zu simulieren. Da verschiedene Autodesigns getestet werden müssen, kann diese Einrichtungsphase zu einer weniger effizienten Nutzung des teuren Windtunnels führen. Durch die Verwendung des Metris-Systems kann die Einrichtungszeit des Automodells um den Faktor 4 verringert werden – so bleibt mehr Zeit für eine effektive Prüfung. Eine weitere Windtunnel-Anwendung ist die Aufzeichnung von Änderungen, die während der Windtunnel-Optimierung am Auto vorgenommen werden. Häufig werden kleine manuelle Anpassungen am Automodell vorgenommen. Durch die Verwendung des SpaceProbe kann der Benutzer verschiedene Einrichtungen messen und speichern und so die besten Bedingungen herausfinden.

Eine weitere wichtige Einsatzmöglichkeit ist die 3D-Digitalisierung des Aufbaus für Tests und das Reverse Engineering. Dieser Scanvorgang wird mit einem Handgeführten 3D-Scanner (K-Scan) durchgeführt und liefert eine Punktewolke, z.B. eine digitale Kopie des Teils. Diese 3D-Punktewolke kann für einen Vergleich des physikalischen Teils mit dem CAD-Modell, das Reverse Engineering oder für den schnellen Bau eines Prototyps verwendet werden. So können beispielsweise Design-Optimierungen oder aktuelle Änderungen am Aufbau zurück in das Original-CAD-Modell eingegeben werden.

Auch im Wettlauf um die Entwicklung immer festerer und leichterer Verbundstrukturen beweist das optische KMG von Metris seine Vorzüge. Die Autos werden auf einen Prüfstand montiert, wo die Radaufhängung und das Chassis verschiedenen Rennbahnprofilen ausgesetzt werden. So soll das dynamische Verhalten getestet werden, wie beispielsweise die Steifigkeit und die Nachgiebigkeit von Chassis und Radaufhängung. Mehrere LEDs (bis zu 256 3D-Positionen werden gemessen) werden nun an die Räder oder die Struktur angebracht und durch das optische KMG überwacht. Auf diese Weise werden beispielsweise alle Bewegungen dreidimensional erfasst, wodurch eine detaillierte Steifigkeit und eine Modellanalyse ermöglicht werden.

Die gleiche dynamische Prüftechnik wird auch bei Tests der statischen Steifigkeit und der Nachgiebigkeit bei nahezu allen Einzelkomponenten und Bestandteilen der Radaufhängung angewendet. Diese Tests werden durchgeführt, um die Leistung dieser Teile im Verhältnis zum Gewicht zu optimieren. Ein typischer Test, bei dem das Metris-System verwendet wird, ist der K&C-Test (Kinematik & Compliance) der Radaufhängung. Die Radaufhängung wird vollständig komprimiert, um das Verhalten des Chassis zu analysieren, indem die LEDs überwacht werden, die an die Radaufhängung und das Chassis angebracht wurden.

Das Metris-System kann zudem viele andere Anwendungen vereinfachen, wie beispielsweise die Geometrie-Definition für die Modalanalyse, Crash-Test-Analysen oder die KMG-Assistenz bei der Autoherstellung. Dies ist nicht nur ein Vorteil im Hinblick auf die Kosten des Systems, auf diese Weise wird auch die Investition in die Schulung der Benutzer und die Erlangung von Fachwissen über das System minimiert.

Es ist ein großer Vorteil, dass so viele Messanwendungen durch ein einziges System bedient werden können. Auch die Tatsache, dass das Metris-System von verschiedenen anderen F1-Teams sowie von der FIA übernommen wurde, zeigt die Bestätigung des Systems auf höchstem sportlichem Niveau.

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