Neuer 3D-Scanner arbeitet autonom und in Echtzeit

Langwieriger Anlernprozess entfällt

Unser Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD hat ein neuartiges 3D-Scansystem entwickelt. Die Vision von der Losgröße eins, sprich von der individuellen Fertigung, rückt damit einen großen Schritt weiter in Richtung Wirklichkeit. Im April können interessierte Unternehmen das System auf der Hannover Messe (Halle 6, Stand A30) ausprobieren.

Bislang ist die individuelle Fertigung noch weitestgehend Zukunftsmusik. Das wollen wir mit unserer neuen 3D-Scanner ändern. Das Besondere an unserem System: Es scannt Bauteile erstmals autonom – und zwar in Echtzeit.

Welche Vorteile das auch im täglichen Leben haben kann, lässt sich am Beispiel eines Oldtimers gut aufzeigen: Ist bei einem solchen Sammlerstück beispielsweise die Armlehne gebrochen, braucht es momentan noch viel Glück und Durchhaltevermögen, um das passende Ersatzteil aufzutreiben. Dank des 3D-Scanners ergibt sich ein anderes Szenario: Das defekte Bauteil wird notdürftig zusammengeklebt und auf einen Drehteller gelegt, der sich unter einem Roboterarm mit dem Scanner befindet. Alles Weitere geschieht automatisch: Der Roboterarm fährt den Scanner so um das Bauteil herum, dass er mit möglichst wenigen Scans die komplette Geometrie erfassen kann. Dafür braucht er, je nach Größe und Komplexität des Bauteils, nur einige Sekunden bis wenige Minuten. Bereits während des Scans erstellen intelligente Algorithmen im Hintergrund ein dreidimensionales Abbild des Objekts. Eine anschließende Materialsimulation des 3D-Abbilds überprüft, ob ein 3D-Druck den Anforderungen in puncto Stabilität genügt. In einem letzten Schritt wird das Bauteil über einen 3D-Drucker ausgedruckt und kann im Oldtimer verbaut werden.

System kann unbekannte Objekte selbständig und schnell vermessen

Die Entwicklungsleistung liegt jedoch nicht im Scanner an sich. Entscheidend ist die 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 ermöglicht es dem System, ihm vollkommen unbekannte Objekte selbstständig und schnell zu vermessen. Dies ist bislang einmalig, denn bei bisherigen Scannern hieß es, sie entweder anzulernen oder das CAD-Modell des Bauteils zu besitzen und dadurch die Lage des Objekts relativ zum Scanner zu erkennen. Hatte man für die Qualitätskontrolle (SOLL-IST-Vergleich) den Scanner für einen Autositz angelernt, so würde er die nächsten 200 Autositze scannen können. Für die Losgröße eins sind die herkömmlichen Scanner allerdings wenig geeignet.

Unser Scansystem dagegen kann jedes beliebige Bauteil vermessen, unabhängig davon, wie es ausgerichtet ist – und man muss es nicht anlernen. Auch Informationen zu CAD-Modellen oder Templates – also die Vorgaben von Standardformen, die ein Bauteil üblicherweise aufweist – sind nicht nötig.

Das Scansystem kann jedes beliebige Bauteil in Echtzeit vermessen – ein langwieriger Anlernprozess ist nicht erforderlich. © Fraunhofer IGD

Messebesucher können eigene Objekte scannen lassen

Durch diese Alleinstellungsmerkmale ermöglicht der autonome Scanner gänzlich neue Anwendungen. So kann 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, auch die anschließende Qualitätskontrolle erfolgt manuell. Unser 3D-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. Zudem übernimmt die Maschine per Scan die abschließende Qualitätskontrolle: Ist der Zylinder maßhaltig? Im Rahmen weiterer Projekte arbeiten die Forscher des Fraunhofer IGD zudem daran, die gesamte Kette von Erfassung, Visualisierung und 3D-Reproduktion durchzuspielen.

Auf der Hannover Messe vom 23. bis 27. April 2018 stellen wir unseren autonomen 3D-Scanner vor (Halle 6, Stand A30). Die Besucher können verschiedene Objekte unter den Laserscanner legen und sich das live erstellte Ergebnis am Monitor anschauen. Auf Wunsch können sie auch eigene Gegenstände scannen – und sich auf diese Weise davon überzeugen, dass das System tatsächlich autonom und in Echtzeit die exakte Geometrie von dreidimensionalen Gegenständen erfasst.

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