Carl Zeiss Optotechnik GmbH - Optische Messtechnik
Montag, 31 März 2014 02:00

Designmodell vollendet

Rate this item
(0 votes)

Designmodell vollendet Digitalisieren eines Clay-Modells mit dem Steinbichler COMET Messsystem und Aufbereitung der Daten zum Fräsen mit der Software PolyWorks® Die Aufgabe Im Designprozess eines Fahrzeugs werden unterschiedliche Ideen von Formen, Features und Charakterlinien zunächst in Zeichnungen und Renderings und später in einem 3D-Modell verwirklicht.

Das Design nimmt in Form eines drei dimensionalen Clay-Modells Gestalt an. Eine Masse aus speziellem Clay (Ton) wird auf einen Grundträger aus Holz aufgebracht, und kann dann mit verschiedenen Werkzeugen von Hand geformt werden: Ein aufwendiger und zeitintensiver Prozess. Die Clay-Modelle dienen als Prototyp, um die Form der Außenhaut eines neuen Auto exakt bestimmen zu können und werden auch für erste aerodynamische Tests verwendet. Da die verfügbare Entwicklungszeit für neue Produkte insbesondere bei Fahrzeugen immer kürzer wird, müssen Wege gefunden werden, die Entstehung von Prototypen im Designprozess zu beschleunigen. Computer-aided Styling (CAS), der virtuelle Entwicklungsprozess im Design, ergänzt dabei in zunehmenden Maße die klassische Formfindung. In Zusammenarbeit mit Herrn Prof. Dr. Wickenheiser vom Studiengang Transportation Design an der Hochschule München, der Steinbichler Optotechnik GmbH und mit freundlicher Unterstützung der Firma Rücker hat die Duwe-3d AG auf Grundlage eines Clay-Modells durch 3D-Digitalisierung und Aufbereitung der Messdaten in der Software PolyWorks einen vollständigen dreidimensionalen Prototypen entstehen lassen.

So war es nicht notwendig das gesamte Clay-Modell in handarbeit fertigzustellen. Durch die 3D-Digitalisierung des Halbmodells und Spiegelung konnte ein vollkommen symmetrisches Modell aus dem leichten Blockbaumaterial Ureol gefräst werden. Im Anschluss wurde das gefräste Modell grundiert und lackiert. Der gespeicherte 3D - Datensatz dient nicht nur zur Archivierung und Dokumentation vergangener Designideen, sondern ermöglicht auch, den Prototyp jederzeit zu vervielfältigen und zu skalieren. Digitalisierung Das Clay-Modell wurde mit dem COMET 5 11M, einem Streifenlichtprojektionssystem der Firma Steinbichler Optotechnik GmbH digitalisiert. Ein Streifenprojektionssensor besteht aus einem Musterprojektor, der vom Prinzip einem Diaprojektor bzw. Beamer ähnelt, sowie aus mindestens einer digitalen Kamera. Der Projektor beleuchtet das Messobjekt zeitlich sequentiell mit Mustern von parallelen Streifen unterschiedlicher Breite und Intensität. Die Kamera registriert das projizierte Streifenmuster unter einem bekannten Blickwinkel zur Projektion und kann aus den vielen Einzelbildern für alle aufgenommenen Bildpunkte 3D-Koordinaten berechnen. Dieses Prinzip des 3D-Scannens kann die verschiedensten Einsatzgebiete abdecken, da Messvolumen von mehreren Metern bis zu wenigen Zentimetern abgedeckt werden können, sodass die Auflöung bis in den Mikrometerbereich verfeinert werden kann. Um das vorliegende Clay-Modell komplett zu erfassen wurde aus unterschiedlichen Blickrichtungen aufgenommen.

Die einzelnen Aufnahmen wurden mittels mathematischer Verfahren zu einer gesamten Punktwolke zusammengefasst. Diese Punktwolke ist Ausgangspunkt für die Aufbereitung der Daten in der Software PolyWorks. Datenaufbereitung Die 3D-Daten (Punktwolken) werden in der Software PolyWorks eingelesen. Aufgabe ist es aus der Punktewolke eine geschlossene Oberfläche des aufgenommenen Objekts zu generieren. Hierzu werden die Punkte durch Triangulation in Dreiecke umgewandelt und so ein sogenanntes Polygonnetz berechnet. In PolyWorks werden Polygonnetze aus Punktwolken mit Millionen von Punkten einfach und schnell per Knopfdruck generiert, geglättet und gefiltert. Im Anschluss daran können noch vorhandene Löcher im Polygonnetz geschlossen werden. Bauteilkanten, die bei der Digitaliserung nur ungenau aufgenommen wurden, können außerdem in PolyWorks als scharfe Kanten rekonstruiert werden. Im vorliegenden Fall wurde das Polygonnetz des halben Fahrzeugs gespiegelt, um aus dem Halbmodell einen symmetrischen Prototypen zu generieren. Das fertig bearbeitetete Polygonnetz stellt eine optimale Grundlage für die eigentliche Flächenrückführung dar. Flächenrückführung Nach der Aufbereitung des Polygonnetzes beginnt der eigentliche Reverse-Engineering-Prozess. Polygonnetze können nicht direkt für die Konstruktion in CAD-Systemen verwendet werden, da keine parametrischen Informationen vorhanden sind. Deshalb ist ein weiterer Bearbeitungsschritt notwendig, um fräsfähige NURBS-Flächen aus dem Polygonnetz zu generieren. Der Hauptaufwand beim Erstellen CAD-fähiger NURBS-Flächen, besteht darin, das Polygonnetz in sogenannte Flächen-Patches einzuteilen. Die Begrenzung von dreiseitigen und vierseitigen Flächen-Patches wird durch „Spline-Kurven“ erreicht. Nachdem die Flächen-Patches die gesamte Struktur des Polygonnetzes in Bereiche unterteilen, werden diese gefittet, d. h. wie eine Haut über die aufgenommenen Messdaten gespannt.

Das Ergebnis der gefitteten Flächen-Patches sind die NURBS-Patches. Alle zusammenhängenden NURBS-Patches werden auch als NURBS-Modell bezeichnet. Dieses NURBS-Modell kann nun als IGES oder Step-Datei exportiert werden und liegt somit in einem fräsfähigen CAD-Format vor. Vom Datensatz zum realen Modell Um aus dem virtuellen Designmodell wieder einen realen Prototypen zu machen, wurde der aufbereitete Datensatz von der Firma Rücker AG in Böblingen aus dem Werkstoff Ureol gefräst. Ureol wurde gewählt, da es sich für den industriellen Urmodellbau optimal eignet. Es besteht aus einem PU-Harz, das mit Füllstoff gesättigt wird und ist somit sehr belastbar bei gleichzeitig geringem Gewicht. Durch die sehr feine Struktur lässt es sich auch sehr gut veredeln, d. h. feinschleifen und lackieren. Für die Herstellung unseres Fahrzeugmodells kam eine 5-Achsen-CNC-Fräse zum Einsatz. Beim CNC-Fräsen werden die 5 Achsen und die Verfahrwege der Fräse über eine Maschinensteuerung programmiert. Das Werkstück wird dabei in vielen kleinen nebeneinanderliegenden Zeilen abgefahren. Beim 5-Achsen-Fräsen kann die Maschine den Fräser unter jedem Winkel am Werkstück positionieren und verfahren, wodurch die Fertigung von extrem komplexen 3D-Konturen ermöglicht wird. Für unser Fahrzeugmodell kamen außerdem Fräsköpfe unterschiedlicher Größe zum Einsatz. Zunächst wurde ein grobes Modell gefräst, welches in jedem folgenden Fräsgang immer mehr verfeinert wurde, bis eine glatte Oberfläche enstand. Das fertige Ureol-Modell wurde anschließend grundiert und lackiert, um es wie ein “echtes” Fahrzeug aussehen zu lassen.

In kürzester Zeit entstanden somit aus einem Clay-Halbmodell ein digitaler 3-dimensionaler Datensatz sowie ein vollständiger Ureol-Prototyp.

Anfahrt / Adresse



Carl Zeiss Optotechnik GmbH
Georg-Wiesböck-Ring 12
83115 Neubeuern
+49 8035 8704 0


Die Kontaktdaten unserer weltweiten Händler finden Sie hier.

Referenzen

Automobilindustrie
Audi AG - BMW AG -Daimler AG - Honda - Hyundai - MAN-Nutzfahrzeuge AG - ...

Reifenindustrie
Bandag - Black Star - Bridgestone - ...

Luft- und Raumfahrt
Airbus - Boeing - EADS (MBB) - MTU Aerospace - Rolls-Royce - ...

Elektronik / Computerindustrie etc.
Robert Bosch GmbH - Hitachi - Panasonic - ...

Andere Branchen
Blaser Jagdwaffen - Ferrero - Krones AG - GE Oil & Gas - Gaggenau - ...

Kommende Termine

Dez
12

12.12.2018 - 14.12.2018

Feb
5

05.02.2019 - 08.02.2019

Feb
15

15.02.2019

Feb
21

21.02.2019

Feb
21

21.02.2019