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3 Anwendungen, die sie für das 3D-Laserscannen in Betracht ziehen sollten

Da die Fertigungstermine immer enger werden und ihre Toleranzen immer anspruchsvoller sind, ist das 3D-Laserscannen zu einem der begehrtesten Qualitätskontrollverfahren in allen Branchen geworden. Die Fähigkeit, Hunderttausende von Punkten pro Sekunde zu erfassen, hat das 3D-Laserscannen zu einem schnellen und effizienten Werkzeug für die schnelle Punktwolkengenerierung, 3D-CAD-Modellierung, Teileprüfung und Building Information Modeling (BIM) gemacht. Und in vielen Industrieumgebungen werden 3D-Laserscanner heutzutage als Ergänzung, wenn nicht gar als völlige Verdrängung, für Messtaster- oder berührende Scanning-Messungen eingesetzt.

Aber während das 3D-Laserscannen zu einem Sammelbegriff für Unternehmen geworden ist, die auf der Suche nach Scannern und Dienstleistungsanbietern sind, decken die Anwendungen, für die dieser Begriff steht, tatsächlich ein breites Spektrum an Geräten und Techniken ab. Und diese verschiedenen Scanner sind jeweils nur für einen bestimmten Bereich der oben aufgeführten Anwendungen geeignet. Wie können Sie also wissen, welcher 3D-Scanner-Dienst oder welches Gerät für Ihre Anwendung das Richtige ist? Am besten beginnt man mit der Eingrenzung der Optionen, indem man sich in der Regel die Größe des zu scannenden Teils oder Bereichs und die Toleranzen ansieht, die beim Scannen eingehalten werden müssen.

Wenn wir das 3D-Laserscannen aus dieser Perspektive betrachten, passen die meisten Scananwendungen in eine von drei Kategorien:

Inspektionsarbeiten an Kleinteilen

Für viele Hersteller ist heute die häufigste Anwendung des 3D-Laserscannens die Inspektion von Kleinteilen für die Prüfung von Prototypen, Reverse Engineering, CAD-Vergleiche und andere Qualitätsprüfungen. Diese Scan-Arbeiten werden normalerweise an Teilen durchgeführt, die kleiner als einige Meter Länge oder Durchmesser sind. Und zum Glück für Qualitätsprüfer gibt es verschiedene Werkzeuge, die diese Art von Prüfungen durchführen können, von Handscannern bis hin zu mehrachsigen Armen. Der Schlüssel für diese Inspektionen ist die Genauigkeit, weshalb die Ausrüstung, die sich am besten für die Inspektion von Kleinteilen eignet, in der Regel die Triangulation verwendet, um die genauesten Daten zu erhalten.

Die Triangulation für das 3D-Laserscannen ist ein Prozess, bei dem der Laserstrahler, der Laserpunkt auf dem geprüften Teil und die hochauflösende Kamera des Scanners die drei Punkte eines Dreiecks bilden. Die Software verwendet die bekannten Größen des Abstands zwischen dem Laserstrahler und der Kamera sowie den Winkel an der Ecke des Laserstrahlers und berechnet den Winkel der Kamera zum Laserpunkt, um die restlichen Informationen über das Dreieck zu erkennen. Auf diese Weise können der Abstand zwischen Laserstrahler und Laserpunkt und der Winkel des Punktes zur Kamera analysiert werden.

Der Laserstrahl des Lasers enthält Hunderttausende dieser Punkte, die jede Sekunde über das Teil bewegt werden und die Software zeichnet die Abstands- und Winkeländerungen auf, um wiederholt diese Dreieckswerte für jeden Punkt zu berechnen und brauchbare Oberflächeninformationen in einem funktionierenden Computermodell zu erzeugen. Dieses virtuelle Modell des Teils kann für den CAD-Vergleich, die Validierung von Teilen oder Formen, das Reverse Engineering eines neuen CAD-Modells und vieles mehr verwendet werden.

Die handgeführten Scanner und Armscanner, die für diese Prüfarbeit verwendet werden, haben die Freiheit, sich um das Teil herum zu bewegen, um Merkmale aus verschiedenen Winkeln und Höhen zu scannen, um ein möglichst vollständiges und genaues digitales Modell zu erhalten. Um sich jedoch bewegen zu können, müssen die Scanner an eine Art Referenzpunkt gebunden sein, nämlich an Photogrammetrie-Aufkleber oder einen externen Tracker (wie z.B. in der Armbasis montierte Encoder oder einen externen Laser Tracker, der als Ursprungspunkt in der Koordinatenebene fungiert).

Inspektionsarbeiten für große Teile

Viele Fertigungsprojekte, insbesondere in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Transport und Energie, produzieren Teile, die viel größer als einige Meter sind. Diese Teile müssen jedoch oft noch gescannt werden, um das CAD-Modell und die Produktions- und Montageprozesse zu verifizieren, was zu einem schwierigeren Einrichten führt. Sie sind zu groß, als dass sie bequem mit einem Handscanner und Photogrammetrie-Aufklebern gescannt werden könnten (obwohl der Prozess mühsam durchgeführt werden kann), aber sie erfordern immer noch die Genauigkeit der Triangulation über die Laufzeit des Scannens (die wir im nächsten Abschnitt behandeln).

Die beste Lösung für diese Inspektionen besteht darin, die externe Nachverfolgungsmethode der Kleinteilinspektionen zu übernehmen und sie auf das Projekt abzustimmen. Während dies im Allgemeinen immer noch zu viel für die Encoder in einem Mehrachsenarm allein ist, werden Laser Tracker seit Jahrzehnten für Inspektionen von Flugzeugflügeln, Windmühlenrotoren und Flugzeugträgermontagen eingesetzt. Laser Tracker können problemlos den Arbeitsbereich von Baugruppen bis zu 80 m handhaben und diesen Bereich mit Hilfe von Referenzpunkten über den Umfang großer Baugruppen bewegen.

Mit dem Tracker als stabilem Ursprungspunkt haben Hand- und Armscanner wieder die Freiheit, die feinen Details und Merkmale eines bearbeiteten Teils genau zu triangulieren, während der Tracker und die Software eines Drittanbieters die verschiedenen Scanausrichtungen und -orte zu einem großen Punktwolkengitter der gesamten Scandaten zusammenfügen.

Modellierung großräumiger Datenmengen

Über bearbeitete Teile und Baugruppen hinaus ist das Scannen sehr nützlich geworden, um große digitale Gebäudeumgebungen für die Fabrikplanung, Landvermessung und Bauplanung sowie für die Erhaltung historischer Sehenswürdigkeiten zu schaffen. Und selbst mit Hilfe eines Laser Tracker zur Erweiterung des Scanbereichs sind diese Scans viel zu zeitaufwändig, um sie mit einem Hand- oder Armscanner durchzuführen. Doch obwohl diese Scans nach wie vor eine hohe Genauigkeit erfordern, liegen die Anforderungen näher an den Millimetern als an den Mikrometern (die die Triangulation bietet).

Die geringeren Genauigkeitsanforderungen erlauben den Einsatz von Lichtlaufzeit-Scannern für Anwendungen dieser Größe, die schneller und in größeren Entfernungen scannen können als Triangulationsscanner. Lichtlaufzeit-Scanner berechnen die Entfernung, indem sie zeitlich bestimmen, wie lange es dauert, nachdem der Laser-Sender einen Punkt ausgesendet hat, bis er an der Wand oder dem Ziel, das er scannt, sichtbar wird. Dieser Abstand wird über Zehn- oder Hunderttausende von Punkten pro Sekunde berechnet, um eine Punktwolke der gescannten Oberfläche zu erzeugen.

Lichtlaufzeit-Scanner werden in der Regel auf einem Stativ oder einer stabilen Halterung montiert, so dass sie als eigener Ausgangspunkt fungieren können, indem sie sich um diesen Punkt drehen oder Spiegel verwenden, um den gesamten Raum in einer einzigen Anordnung zu scannen oder einige wenige Anordnungen für Orte mit unterbrochenen Layouts zusammenzufügen.

Kurz gesagt, obwohl der Begriff 3D-Scannen oft als umfassender Begriff verwendet wird, steht er eigentlich für mehrere verschiedene Arten von Geräten und bewährten Verfahren, von denen möglicherweise nur eines für Ihre Fertigungsanwendung geeignet ist. Der einfachste Weg, sich auf die Auswahl der Möglichkeiten zu konzentrieren, besteht darin, den Umfang der von Ihnen benötigten Scanarbeiten und die erforderlichen Toleranzen zu berücksichtigen. Auf diese Weise lässt sich feststellen, ob für Ihre Arbeit Flugzeit, Triangulation oder externe Nachverfolgung erforderlich sind. Wenn Sie weitere Hilfe bei der Bestimmung der für Sie geeigneten Scanlösung benötigen, können Sie sich an einen Metrology Service Provider (MSP), wie API Services, wenden, um eine Beratung oder eine vertraglich vereinbarte Scanarbeit zu erhalten.

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