3D Flächenrückführung durch Messtechnik Neth

Die 3D Flächenrückführung hat zum Ziel CAD-Daten für Formen, Bauteile als auch Werkzeuge zu erstellen, wenn diese nicht existieren. Mit Hilfe der 3D Digitalisierung und 3D Flächenrückführung kann Messtechnik Neth diese Daten rekonstruieren. All diese Vorgänge beschreiben im Großen und Ganzen das Reverse Engineering. Das Digitalisierungssystem ermöglicht die Aufnahme eines Bauteils in Form einer STL-Datei oder einer Punktwolke. Die STL-Datei dient im Anschluss beispielsweise für einen parametrischen Neuaufbau, wodurch ein CAD-Modell konstruiert werden kann.

Wir von Messtechnik Neth beschäftigen uns seit Jahren mit der 3D Flächenrückführung von Bauteilen und weiteren Objekten aus den Branchen Automobilindustrie, Pharmatechnologie, Maschinen- und Anlagenbau, Biotechnologie, Kunststoffindustrie und Lebensmittelindustrie. Weitere Bereiche in denen wir tätig sind, sind die Archäologie, Werkzeugbau, Modell- und Designtechnik, Schienenverkehrstechnik, Medizintechnik, Luft- und Raumfahrtindustrie, Prototypenbau, Schiffbau, Messtechnik, Landmaschinenbau, Getriebebau sowie der Solartechnik.

Mit weit über 30 Jahren Erfahrung und einer Vielzahl loyaler Kunden sowie hohe Investitionen in unsere moderne Messtechniken sind wir in der Lage Ihnen als Kunden ein breites Spektrum an Dienstleistungen in der 3D Flächenrückführung auf höchsten Niveau anzubieten. Bei uns erhalten Sie neben einer treuen Kundenpflege auch präzise Ausarbeitungen Ihrer Messungen.

Basierend auf gemessenen und gescannten Daten von vorhandenen Objekten erstellen wir kundenspezifische CAD-Modelle – hier fließen sowohl Leidenschaft als auch Professionalität mit ein. Seit mehreren Jahrzehnten sind wir so einer der führenden Anbieter auf dem Gebiet der taktilen, industriellen oder berührungslosen 3D Flächenrückführung von Bauteilen und anderen Objekten. Im anschließenden Text informieren wir Sie detailliert zum Thema 3D Flächenrückführung.

• Wir sind jederzeit mit Sofort-Lösungen für Sie da
• Wir optimieren Ihre Inspektionsprozesse und Prüfungen
• Wir vermindern Ihren zeitlichen, internen Aufwand
• Wir bieten Ihnen zuverlässige und rückverfolgbare Messresultate
• Wir garantieren umfassende und einheitliche Qualitätskontrollen
• Wir nutzen konforme Standards für Produzenten und Zulieferer

Die Messsysteme und Softwaretools für 3D Flächenrückführungen sind selbstverständlich bei Messtechnik Neth verfügbar und werden für die Messungen fachgerecht angewandt. Wir digitalisieren für unsere Kunden Kleinteile und Objekte jeglicher Art und Größe – selbst Hubschrauber sind für uns kein Problem. Die entstandenen Daten sind Grundlage für die Konstruktion der CAD-Modelle, welche individuell nach Kundenwunsch angefertigt werden.

Die 3D Flächenrückführung bietet in verschiedenen Bereichen Vorteile, so auch in der CAD-Datei-Erstellung von alten Originalen, wozu z.B. keine Dateien mehr vorhanden sind. Zu handgemachten Einzelstücken können dadurch auch 3D Datensätze entwickelt werden und dem Kunden zur Verfügung gestellt werden. Reverse Engineering, auch 3D Flächenrückführung genannt, beschreibt die Entwicklung von CAD-Datensätzen auf Basis zuvor gemessener Daten eines Objekts. Somit entsteht eine Bauteil-Aufnahme mit Hilfe des Digitalisierungssystems, welches als STL-Datei bzw. einer Punktwolke herauskommt. Diese kann im Anschluss für den parametrischen Neuaufbau in Form eines CAD-Modells genutzt werden. Im Folgenden ein kleines Beispiel:

Der 3D Scanner nimmt einen Stuhl als Punktwolke auf. In den entstandenen Datensätzen werden die geometrischen Grundkörper (bspw. Quader) deutlich dargestellt. Die beispielhaften Quader können somit nach Eingabe von Höhe, Breite und Länge nachgebaut werden. Bei nicht erkenntlichen Grundkörpern, wie zum Beispiel bei einem Designerstück, werden die vorhandenen Flächen wegen der Freiformflächen abgenommen und entwickelt. Dieser Vorgang ist vergleichbar mit dem Überlegen eines Stoffüberzuges auf einen Stuhl, der annähernd die gleiche Form wie das ursprüngliche Bauteil besitzt. Die 3D Flächenrückführung kann allgemein als Nachbau von freien Formen und Objekten bezeichnet werden.

Die 3D Flächenrückführung ist ein Teil des gesamten Prozesses vom Reverse Engineering. Dazu gehört zusätzlich noch das Filtern der gemessenen Punkte, die Umwandlung dieser in eine Digitalisierung und das Aufzeigen des Ergebnisses.

Das Reverse Engineering beschreibt das Einscannen von fertigen Produkten in eine Punktwolke. Die Punktwolke ist eine bestimmte Menge von Punkten, die eine dreidimensionale Struktur aufweist und die Objekte räumlich darstellt.

Das Ziel bei der Flächenrückführung ist die Digitalisierung eines physischen Objekts in Form von Punktwolken. Bei der 3D Flächenrückführung heißt das, dass die Gegenstände und Objekte mit Hilfe eines 3D Scanner aufgenommen werden, um anschließend digitalisiert zu werden. Aus den gemessenen Daten werden dann CAD-Modelle erstellt.

In der Regel werden die Objekte zu unserem Standort Hofgeismar bei Kassel gebracht, wo wir die Messungen vornehmen. Nach der 3D Aufnahme wird das Objekt in das 3D Flächenrückführungsprogramm eingespielt, wo die eigentliche Flächenrückführung stattfindet. Die 3D Digitalisierungsdaten (Punktwolken) erhalten in diesem Programm die Punkte zugewiesene Flächen, die das Objekt digital zu einem geschlossenem 3D Körper konstruieren. Die finale Datei kann in folgenden Formaten zur Verfügung gestellt werden: IGES, STEP, NX, VDA, CATIA.

Sollten die gemessenen Daten keinen geometrischen Grundkörper den Flächen zugeordnet werden können, dann wird bei Messtechnik Neth mit Freiformflächen gearbeitet, welche oftmals auf Splines basieren. Eine andere Möglichkeit zur Digitalisierung und Erfassung von freien Formen bietet z.B. die Lasertriangulation, das Streifenprojektions- oder Lichtschnittverfahren. Unsere Systeme zur Photogrammetrie bestehen aus mindestens zwei digitalen Kameras, welche zueinander kalibriert werden. Die Messungen hierbei unterscheiden sich wie folgt: Eine Möglichkeit ist die taktile Messung, wo photogrammetrische Marken aufgebracht werden. Alternativ ist es möglich, bei speziellen Anwendungen die Auswertung anhand von auffälligen Merkmalen im Bild zu erstellen. Zusätzlich bieten wir unseren Kunden die Digitalisierung anhand von optischen Koordinatenmessmaschinen an, die auf dem Triangulationsprinzip basieren. Hierbei werden die projizierten Streifenmuster von zwei Kameras beobachtet. Die Kameras berechnen für jeden Pixel die exakte 3D-Koordinate. Dadurch entsteht ein Polygonnetz der Objektoberfläche.

Für mangelnde Ergebnissen einer 3D Flächenrückführung gibt es viele Gründe. Aus technischer Sicht sind oft fehlkalibrierte Messgeräte, Zugluft oder schlechte Temperaturbedingungen Grund für ungenügende Messergebnisse. Leider sind in einigen Fällen unzureichend geschulte Mitarbeiter Ursache für Probleme in der 3D Flächenrückführung.

Als Folge mangelnden Fachwissens, nicht korrekt eingestellten Geräten oder Software sowie ungenügenden Bedingungen des Umfelds, können hohe Abweichungen in den gemessenen Daten auftreten. Diese Ergebnisse sind dann nicht nutzbar und grafisch nicht einsetzbar, weshalb die Präzision bei der Messtechnik extrem wichtig ist.

Das sukzessive Abtasten mit Hilfe einem optisches oder lasergestützten 3D Scanner erfasst die Oberfläche des zu bemessenden Objekts berührungslos. Die Ergebnisse können am Bildschirm digital angeschaut werden. Das Erscheinungsbild kennzeichnet sich durch diskrete Punkte auf der eingescannten Oberflächen als Grundlage für die 3D Flächenrückführung.

Die immer höher werdenden Auflösungen haben zur Folge, dass auch die eingesetzten Messmaschinen immer detaillierter werden. Die zu verarbeitenden Datenmengen werden in komplexen Vorgängen in den Maschinen verwertet.

Die Messtechnik setzt präzises und zeitnahes Arbeiten voraus. Davon abhängig sind Mensch, Maschine und Software. Bei Messtechnik Neth beginnt alles bei der 3D Flächenrückführung und der daraus resultierenden gescannten Punktewolke. Im Anschluss werden nicht nur die isolierten Punkte und der Hintergrund subtrahiert, sondern auch Fehlmessungen ausgeschlossen. Man kann die Zeit bei den Messungen verkürzen und die Rechenzeit somit optimieren, indem die Punktewolke ausgedünnt wird. Das erfolgt an schwach gekrümmten Flächen, wo die vorgegebene Anzahl von Punkten eliminiert wird.

Bei der Flächentriangulation werden drei benachbarte Punkte zu einer Fläche mit Hilfe einer Dreiecksvermaschung verbunden. Die Endpunkte werden hier als Knoten bezeichnet. Die Verbindungen von Knoten zu Knoten werden Kanten genannt. Jede Dreiecksfläche hat die Flächennormale als Richtung.

Die räumlichen Koordinaten sowie die Intensitätswerte Farbe oder Graustufen werden durch die dreidimensionale Objektvermessung determiniert. Ein sogenannter Viewer (Betrachtungssoftware) ermöglicht das Anschauen von digitalisierten Bauteilen in einer multidimensionalen Ansicht. Hierzu zählen Verschiebungen, Zoomfunktionen als auch 360° Ansichten. Mittels Datenmodellierung ist es möglich, spezielle Anforderungen ohne Probleme zu lösen. Bei standardisierten Geometrien lassen sich diese mittlerweile unkompliziert adjustieren.

Nach den folgenden Punkten wird die Bereinigung der Punktwolke durchgeführt:

1) Anwendung von Filtern ohne Informationsverlust

Diagnose und Löschung von nicht zum Bauteil gehörenden Punkten

• Identifikation und Entfernung von durchaus entstandenen Fehlmessungen
• Analyse und Elimination von signifikanten Koordinatenabweichungen zu benachbarten Punkten
• Korrektur von Redundanzen bei überlappenden Scans

2) Verfahren bei sehr großen Punktmengen

Bei sehr großen Punktmengen werden die folgenden Vorgaben festgelegt:

• Beim Ausdünnen werden bestimme Punkten schwach gekrümmter Gebiete des Objektes gefiltert
• Beim Glätten werden die Punktpositionen an die der Nachbarpunkte korrekt eingestellt

Bei der Punktemessung ist es sehr abhängig vom zu bemessenden Objekt. Messtechnik Neth arbeitet im Bereich der 3D Flächenrückführung mit den modernsten Verfahren, sodass pro Sekunde ca. 20.000 Punkte gemessen werden können. Bei einer Einfachmessung liegt die Punktedichte bei rund einem Punkt a 0,1mm. Durch die Mehrfachmessungen hingegen können die Punktedichten theoretisch beliebig maximiert werden.

In der 3D Flächenrückführung ist nicht der erste Preis entscheidend sondern in der Regel eher die langfristigen. Wenn die Messergebnisse nicht stimmen, hilft der günstige Preis auch nichts mehr. Wir von Messtechnik Neth sind darin bestrebt, Ihnen die Messungen zu einem fairen Preis anzubieten und dementsprechend nachhaltige Ergebnisse für Sie zu erzielen. Die Kosten richten sich insbesondere nach den Anforderungen der Kunden – wie detailliert und komplex sollen die Objekte erfasst werden?
Daher stellen wir Neukunden stets die folgenden Fragen:

• Welche Größe und Komplexität hat das Bauteil / haben die Bauteile?
• In welcher Quantität und Qualität sollen die 3D Flächenrückführungen durchgeführt werden? Welche Präzision ist gefordert?
• Wird lediglich ein Soll – Ist Vergleich benötigt?
• Sind zwei Bauteile miteinander zu vergleichen?
• Soll ein fertiger CAD-Datensatz mitgeliefert werden?

In vielen Fällen können wir unseren Kunden bei der 3D Flächenrückführung schon bis 500 € einen funktionalen Datensatz anbieten. Vergleiche von Bauteilen untereinander oder zu der dementsprechenden CAD-Datei sind oftmals noch günstiger, da der Aufwand hierbei nicht allzu hoch ist.

Wir freuen uns, wenn Sie bei Fragen oder Problemen auf uns zukommen. Das Ziel ist eine beidseitig zufriedenstellende Lösung.

Wie oben schon erwähnt, hängen die Kosten stark von den Anforderungen des Kunden ab. Aufgrund dessen muss der Kunde sich im Klaren über die eigenen Ansprüchen und wirklich notwendigen Daten sein. Folgende Aspekte sollten im Vorfeld besprochen werden:

• Ist eine CAD vom gesamten Objekt vonnöten oder reichen Teilbereiche aus?
• Gibt es die Möglichkeit einige Details vereinfacht darzustellen?
• Können Vertiefungen, Konturen oder Kanten in der zu erzeugenden Fläche geradegezogen werden?
• Können auf Bohrungen und Ausschnitte im CAD verzichtet werden?
• Ist der Kanten- oder Konturbeschnitt des Objektes im CAD exakt zu erfassen?
• Ist ausschließlich das Objekt maßgebend oder sollen weitere Konstruktionsbedingungen wie Sollabstände und/oder Winkel in die 3D Flächenrückführung einfließen?

Die Konstruktion einer 3D Flächenrückführung liefert den Soll-Datensatz. Um diesen Datensatz zu erhalten, wird vorab die Punktwolke mit dem CAD Datensatz erstellt. Die einzelnen Firmen und Regionen haben hierfür verschiedene Begrifflichkeiten. Der häufigste Sprachgebrauch ist der „BestFit-Prozess“. Die Punktwolke wird in diesem Verfahren an den entsprechenden Datensatz angepasst.

Finalisierend wird die Visualisierung der Abweichungen mit Hilfe farblicher Illustrationen durchgeführt. Wir möchten unseren Kunden unsere Arbeit näher bringen und laden Sie herzlich ein, sich an unserem Standort die Rückführung „live“ anzuschauen.

Alle beliebigen Dateiformate und Transportmedien können wir Ihnen für den Datentransport anbieten. Hier richten wir uns ganz nach Ihnen und Ihren Möglichkeiten – egal ob über Email oder Cloud.

Mehr als drei Jahrzehnte ist Geschäftsführer Thomas Neth auf dem Gebiet 3D Messtechnik tätig. Innerhalb dieser Zeit ist in Hofgeismar bei Kassel der moderne Messtechnik Betrieb entstanden und genießt mittlerweile einen hohen internationalen Stellenwert. „Unser Job ist unsere Berufung“ – das merken die Kunden von Messtechnik Neth und danken für die hochwertigen Messergebnisse. Mit Hilfe motivierter und qualifizierter Mitarbeiter ist es möglich, den Kunden präzise und genau Messergebnisse zu liefern. Unsere Präzision und Qualität zeichnet unsere Messtechnik im Bereich bis zu unter 0,5µ aus. Wir freuen uns über jegliche Anfragen für den Bereich 3D Messtechnik und Flächenrückführung.