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07.02.2018 | Mess- und Prüftechnik | Nachricht | Onlineartikel

Autonomer 3-D-Scanner vermisst Bauteile in Echtzeit

Autor:
Christiane Köllner

Mit einem autonomen 3-D-Scanner wollen Fraunhofer-Forscher individuelle Fertigungsprozesse unterstützen. Der Scanner arbeitet in Echtzeit und kann jedes beliebige Bauteil vermessen.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD haben ein neuartiges 3-D-Scansystem entwickelt. Mithilfe eines 3-D-Scanners, der autonom und in Echtzeit arbeitet, lassen sich Bauteile einfach scannen und anschließend über einen 3-D-Drucker ausdrucken – zum Beispiel die defekte Armlehne eines Oldtimers. Auf der Hannover Messe vom 23. bis 27. April 2018 stellen die Forscher ihr autonomes Scansystem vor.

Und so funktioniert der 3-D-Scanner: Das defekte Bauteil wird notdürftig zusammengeklebt und auf einen Drehteller gelegt, der sich unter einem Roboterarm mit dem Scanner befindet. Der Roboterarm fährt den Scanner so um das Bauteil herum, dass er mit möglichst wenigen Scans die komplette Geometrie erfassen kann. Dafür soll er, je nach Größe und Komplexität des Bauteils, nur einige Sekunden bis wenige Minuten brauchen. Während des Scans erstellen intelligente Algorithmen im Hintergrund ein dreidimensionales Abbild des Objekts. Eine anschließende Materialsimulation des 3-D-Abbilds überprüft, ob ein 3-D-Druck den Anforderungen in punkto Stabilität genügt. In einem letzten Schritt wird das Bauteil über einen 3-D-Drucker ausgedruckt und kann verbaut werden.

Anlernprozess entfällt

Die Entwicklungsleistung liege laut den Forschern jedoch nicht im Scanner an sich, sondern vielmehr in der Kombination des Scanners mit einer Ansichtenplanung zu einem autonomen Gesamtsystem. Diese Ansichtenplanung stammt ebenfalls vom Fraunhofer IGD. Darin ermitteln Algorithmen anhand eines ersten Scans, welche weiteren im Anschluss sinnvoll sind, sodass das Objekt mit möglichst wenigen Scans erfasst werden kann. Diese Vorgehensweise ermögliche es dem System, ihm vollkommen unbekannte Objekte selbständig und schnell zu vermessen, so die Wissenschaftler. "Unser Scansystem dagegen kann jedes beliebige Bauteil vermessen, unabhängig davon, wie es ausgerichtet ist – und man muss es nicht anlernen", erläutert Pedro Santos, Abteilungsleiter am Fraunhofer IGD. "Auch Informationen zu CAD-Modellen oder Templates – also die Vorgaben von Standardformen, die ein Bauteil üblicherweise aufweist – sind nicht nötig."

Nächster Schritt: Zusammensetzen von Zylindern 

Dadurch soll der autonome Scanner neue Anwendungen ermöglichen. So könne er etwa als Fertigungsassistenz dienen und die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine verbessern. Diese Interaktion steht im Projekt "Autoware" im Fokus, das von der EU gefördert wird. Die Aufgabenstellung liegt im Zusammensetzen von Zylindern samt Kolben, Gehäuse und Dichtungen. Bisher werden die Zylinder manuell zusammengesetzt, die anschließende Qualitätskontrolle erfolgt über eine ausgedruckte Liste und manuelle Messungen. "Unser 3-D-Scansystem versetzt Roboter nun in die Lage, über einen Abgleich mit der Datenbank sowohl zu erkennen, welches Bauteil er gerade vor sich hat, als auch zu ermitteln, welche sein menschlicher Mitarbeiter zum Zusammensetzen des Zylinders als nächstes braucht", erklärt Santos. Zudem übernimmt die Maschine per Scan die abschließende Qualitätskontrolle. Im Rahmen weiterer Projekte arbeiten die Forscher des Fraunhofer IGD zudem daran, die gesamte Kette von Erfassung, Visualisierung und 3-D-Reproduktion durchzuspielen.

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