Optisches 3D-Scannen für die schnelle Rückführung physischer Bauteile in die CAD-Welt

Der konkrete Anwendungsfall tritt in vielen Instandhaltungs- und Modernisierungsprojekten auf: Ein Bauteil soll überarbeitet, in eine neue Baugruppe integr

Wenn Zeichnungen fehlen und Taster an ihre Grenzen stoßen

Der konkrete Anwendungsfall tritt in vielen Instandhaltungs- und Modernisierungsprojekten auf: Ein Bauteil soll überarbeitet, in eine neue Baugruppe integriert oder als Ersatzteil nachgefertigt werden, doch die ursprünglichen 3D-Daten sind verloren oder wurden nie erstellt.

Der Verbindungsrahmen eines Fitnessgeräts ist ein typischer Vertreter dieser Problemklasse. Er besitzt mehrere Aufnahmepunkte, Schweißnähte und eine funktionsrelevante Geometrie, die sich mit Messschieber oder Höhenreißer nur unzureichend erfassen lässt.

Selbst ein Koordinatenmessgerät liefert lediglich Punktwolken ausgewählter Merkmale, nicht aber die geschlossene Flächenbeschreibung, die für eine Weiterkonstruktion oder eine Formanpassung nötig ist.

Validierungscheckliste für den Einsatz

Schwerpunkt	Entscheidungspunkt	Umsetzungshinweis
Bauteilbezug	Größe, Oberfläche und Toleranzen mit der Scanaufgabe abgleichen	Mit einem typischen Teil einen vollständigen Testlauf durchführen
Datenfluss	Prüfen, ob Punktwolke, Abweichungskarte und Bericht in den QS-Prozess passen	Exportformat und Freigabeverantwortung vorab klären
Einsatz vor Ort	Schulung, Kalibrierung, Lichtverhältnisse und Arbeitsraum bewerten	Die Ergebnisse als Standard für Serienprüfungen dokumentieren

Hinzu kommt, dass das Bauteil während der Messung nicht verformt oder verschoben werden darf, was bei sperrigen Schweißkonstruktionen ohne aufwändige Vorrichtung kaum zu gewährleisten ist.

Systementscheidung für das optische 3D-Scannen mit INSVISION AlphaScan

Für derartige Messaufgaben fiel die Wahl auf den handgeführten AlphaScan 3D-Scanner von INSVISION. Das Gerät arbeitet mit mehreren blauen Laserlinien und erfasst die Oberflächengeometrie berührungslos mit einer Genauigkeit von bis zu 0,073 Millimetern.

Entscheidend für die Eignung an dem Verbindungsrahmen war die Kombination aus einem breiten Scanfeld für die schnelle Erfassung großer Flächen und einem feinen Linienmodus für enge Radien, Bohrungen und Schweißnähte.

Die integrierte Softwareplattform 3D INSVISION erlaubt es, die Scandaten bereits während der Aufnahme zu prüfen, Ausreißer zu erkennen und das Modell schrittweise zu verdichten. Anders als bei stationären Systemen muss das Bauteil nicht bewegt oder auf einem Messtisch ausgerichtet werden;

der Scanner wird um das Objekt herumgeführt, während die Software die Einzelaufnahmen automatisch registriert.

Vom ersten Scan zum weiterverwendbaren Volumenmodell

Der praktische Ablauf gliedert sich in wenige, klar definierte Schritte. Zunächst wird das Bauteil gesäubert und mit wenigen Referenzmarken beklebt, die dem Scanner als Orientierungspunkte dienen.

Anschließend erfasst der Anwender die Gesamtgeometrie in einem schnellen Übersichtsscan, der die grobe Form in wenigen Minuten abbildet.

Für die funktionskritischen Bereiche – Passungen, Anschraubflächen, Schweißnahtübergänge – wechselt er in den Feinmodus, der mit einer einzelnen blauen Laserlinie auch schwer zugängliche Konturen auflöst.

Die aufgenommene Punktwolke wird in 3D INSVISION bereinigt, in ein trianguliertes Netz überführt und als STL- oder STEP-Datensatz exportiert.

Im nachgelagerten CAD-System entsteht daraus das parametrische Volumenmodell, das direkt für die Konstruktion einer überarbeiteten Variante oder für die Programmierung einer Fräsbearbeitung genutzt werden kann.

Der gesamte Digitalisierungsprozess nimmt, abhängig von der Bauteilgröße, nur einen Bruchteil der Zeit in Anspruch, die eine manuelle Neuvermaßung erfordern würde.

Übertragbarkeit auf Werkzeugbau, Formenprüfung und Qualitätssicherung

Das beschriebene Vorgehen ist nicht auf den Maschinenbau oder die Fitnessgerätebranche beschränkt.

Überall dort, wo physische Referenzteile ohne digitale Zwillinge vorliegen, lässt sich der AlphaScan als mobiler 3D-Scanner einsetzen – sei es im Werkzeugbau zur Aufnahme abgenutzter Formeinsätze, in der Gießerei zur Prüfung von Modellen und Kernen oder in der Qualitätssicherung für den Soll-Ist-Vergleich großer Blech- und Kunststoffteile.

Die Software SMARPARA Q von INSVISION erweitert das Einsatzspektrum zudem um die dimensionelle Prüfung mit hinterlegten Toleranzvorgaben, sodass derselbe Scanner sowohl für Reverse Engineering-Projekte als auch für die laufende Fertigungskontrolle genutzt werden kann.

Betriebe, die heute noch auf manuelle Lehren oder taktile Einzelpunktmessung setzen, erhalten mit dem optischen 3D-Scannen eine flächendeckende, dokumentierbare und in bestehende CAD-Prozessketten integrierbare Alternative.