Carl Zeiss Optotechnik GmbH - Optische Messtechnik

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COMET 5 4M Sensor - Erdrich Umformtechnik GmbH

SYSTEM / APPLIKATION
COMET 5 4M Sensor INSPECTplus Auswertesoftware

BRANCHE
Werkzeugbau / Vermessung

KUNDE
Erdrich Umformtechnik GmbH, Renchen-Ulm Automobilzulieferer von Blechformteilen


AUFGABENSTELLUNG
Als Lösungs- und Entwicklungspartner hat sich die Firma Erdrich in ihrer 50-jährigen Firmengeschichte international zu einem „Global Player“ in der Umformtechnik entwickelt. Im Bereich Werkzeugbau steht hier u. a. die Vermessung von formgebenden Aktivteilen im Vordergrund. Außerdem spielt die frühzeitige Fehlerdetektion an Produktionsteilen eine wichtige Rolle.

LÖSUNG UND PRODUKT

Bei der Produktentwicklung von Werkzeugen werden sehr viele Anpassungen über einen mehrwöchigen Zeitraum ausgeführt. Die individuelle Formgebung muss jedes Mal ausprobiert werden und dann von Hand nachgearbeitet werden. Im Sinne der Effizienz bei Produktentwicklungen und zur Qualitätsverbesserung plante die Firma Erdrich die Anschaffung eines Systems zur optischen Formmessung.

ERGEBNIS / NUTZEN FÜR DEN KUNDEN
An ein geeignetes System stellte man hohe Ansprüche und fand in der Steinbichler-Vertretung Fa. BLANK Technology, Villingen-Schwenningen, einen kompetenten Ansprechpartner für optische Messsysteme. Die intensiven Beratungsgespräche zwischen Herrn Blank, der Firma Steinbichler und Herrn Kaspar führten auch auf Grund dessen messtechnischer Erfahrung relativ bald zu einer eindeutigen Lösung und Entscheidung. Der COMET 5 4M erfüllte die hohen Erwartungen in vollem Umfang. „Dass uns von der Firma Steinbichler der Sensor zu Testzwecken zur Verfügung gestellt wurde, hat uns die Entscheidung erleichtert. Und die positiven Erfahrungen haben sich bis heute voll bestätigt“, berichtet Ingo Kaspar, Messtechniker QS Werkzeugbau. Zahlreiche aufwändige 3D-Messungen mit der taktilen Koordinatenmessmaschine werden nun durch den COMET 5 4M übernommen und die Zeitersparnis im gesamten Prozess ist immens. Messungen im Soll-Ist Vergleich werden bei Teilen mit Genauigkeiten bis zu 0,02 mm benutzt. Die Formen werden direkt gescannt und Formenanpassungen über CAD verarbeitet und simuliert. Auch unbekannte Bauteile können schnell und einfach digitalisiert und identisch nachgebaut werden. Auf Grund variabler Messbereiche und des modularen Sensorkonzepts können Objekte unterschiedlicher Größe mit höchster Genauigkeit digitalisiert werden. Dank der Leistungsfähigkeit der COMETplus und der COMETinspect Software ist man in der Lage Messabläufe mit anschließender automatisierter Auswertung zu programmieren. Dass dabei auch die Wirtschaftlichkeit im Vordergrund steht erläutert Herr Kaspar so: „Die Anschaffungskosten für den optischen Sensor haben sich innerhalb eines Jahres amortisiert. Um unsere Messdienstleistungen weiter auszubauen, prüfen wir im Konzern zurzeit sogar den Kauf eines zweiten Systems“.

Ingo Kaspar ist nach fast zweijährigem Einsatz überzeugter Steinbichler Anwender. In der Zusammenarbeit mit dem Steinbichler Entwicklungsteam konnte er einige nützliche Softwarefeatures realisieren, die auch anderen Kunden zu Verfügung stehen.

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STEINBICHLER COMET 5 - Edico a.s., Slovakia

SYSTEM / APPLIKATION
STEINBICHLER COMET 5, 3D Digitalisierung

BRANCHE
Historie / Archäologie

KUNDE
Edico a.s., Slovakia

AUFGABENSTELLUNG
Edico ist ein Unternehmen, das Produkte im IT-Bereich anbietet, unter anderem im historischen und archäologischen Bereich. Um das kulturelle Erbe zu bewahren, digitalisiert und archiviert Edico verschiedene Arten von historischen Artefakten. Zu den bemerkenswertesten gehört die Venus von Vestonice. Die Aufgabe war ein 3D-Model durch eine virtuelle Studie zu erstellen, z. B. Form, Oberfläche sowie Werkzeuge, die bei der Herstellung verwendet wurden.

STEINBICHLER – LÖSUNG UND PRODUKT
Der COMET 5 Sensor ist hervorragend dazu geeignet, Messungen zum Prüfen von Maßen, Form- und Lagetoleranzen von Objekten (einfache geometrische Elementen bis hin zu Freiformflächen) durchzuführen. Daten können durch kürzere Messzeit schneller gewonnen werden. Ein großer Vorteil ist die Beweglichkeit des Systems trotz des robusten Körpers.

ERGEBNIS / NUTZEN FÜR DEN KUNDEN
Die Anforderungen bei dieser Aufgabe war, sehr genaue Messungen von historischen Artefakten zu machen um hochwertige 3D Modelle zu erhalten. Dank der genauen Messung (7-8μm) und Auflösung (75-150μm) ergab es durch die gemessenen und nachbearbeiten räumlichen Daten ein sehr gutes 3D-Modell, dass bis ins kleinste Detail erforscht ist. Dies hilft uns, die Techniken und Fertigkeiten unserer Vorfahren nachzuvollziehen. Ein weiterer Aspekt ist das Halten und Bewahren unseres kulturellen Erbes in digitaler Form für weitere Untersuchungen und die nächsten Generationen. Zusätzlich wird ein Datenaustausch zwischen historischen, kulturellen oder archäologischen Institutionen der ganzen Welt erleichtert.

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Designmodell vollendet

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.

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Digitalisierung des Renaissance-Innenhofes der Festung von Vélez Blanco im Metropolitan Museum of Art (New York) Anfang 1904 veräußerten die Herzöge von Medina Sidonia, in deren Besitz sich die Festung von Vélez Blanco (Andalusien/Spanien) befand, das wenige Mobiliar das damals noch in der Festung verblieben war. Im Mai des selben Jahres verkauften sie zudem das Schmuckstück des Bauwerks, den Renaissance-Innenhof mit seinen herrlichen Reliefs aus weißem Macael-Marmor für 80.000 Peseten an den französischen Händler J. Goldberg.

Stein für Stein wurden die Fragmente auf Karren zum Hafen von Cartagena gebracht und von dort aus nach Marseille verschifft. Im Jahr 1913 erwarb George Blumenthal das Bauwerk, und vermachte es nach seinem Tod im Jahre 1954 dem Metropolitan Museum in New York, wo es noch heute aufgebaut ist und eine der Hauptattraktionen darstellt.

Derzeit ist die Consejería de Cultura de la Junta de Andalucía, das Kulturamt der Region Andalusiens, dabei, anhand eines umfassenden Restaurierungsverfahrens das geschichtliche Andenken wieder herzustellen, wobei das Hauptaugenmerk auf dem Rennaissance-Innenhof liegt. Die Finanzierung dieses Projektes wird ebenfalls durch das Kulturamt der Region Andalusiens sichergestellt.

RESTAURIERUNG MITTELS 3D-SCAN
Neue Scanverfahren ermöglichen es, Repliken von Kunstgegenständen anzufertigen, ohne diese zu berühren. Dies bedeutet einen erheblichen Vorteil, da etwaige Beschädigungen vermieden werden können. Herkömmliche Verfahren verwenden Harze oder Silikone, um daraus eine Gussform der Objekte herzustellen - eine relativ risikoreiche Vorgehensweise, da die Gefahr besteht, dass Teile des Gegenstands am Silikon der Form haften bleiben.

Das Metropolitan Museum of Art in New York beauftragte nun das Kulturamt der Region Andalusiens mit der Erstellung einer Kopie des Rennaissance-Innenhofs unter Anwendung eines neuen 3D-Scanverfahrens, um eine Beschädigung des Kunstwerks zu vermeiden. Die Digitalisierung des Innenhofs (Abmessungen 17 x 12 m, Höhe 9 m) wurde mit einem handgeführten 3D-Laserscanner (entwickelt von Steinbichler Optotechnik) durchgeführt. Da viele 3D-Laserscanner sehr empfindlich auf Glanz und Tageslicht reagieren, ist der T-SCAN Sensor derzeit das einzige am Markt verfügbare System, das in Umgebungen mit ständig wechselnden Lichtverhältnissen problemlos eingesetzt werden kann. Die 3D-Digitalisiersysteme von Steinbichler werden in Spanien und Portugal exklusiv von der Firma DeltaCAD vertrieben. DeltaCAD ist zudem als Dienstleister für 3D-Digitalisierprojekte tätig. Mit der Digitalisierung der Marmorteile des Innenhofs mit dem T-SCAN System wurde im August 2008 in New York begonnen. Das Messsystem ist außerordentlich mobil und kann einfach transportiert werden - eine Datenerfassung vor Ort ist somit ohne weiteres durchführbar. Der Laserscanner erfasst mit einem ungefähr 100 mm breiten Laserstrahl Millionen Punkte in den zu scannenden Bereichen, wobei die Daten aus einem Abstand von etwa 10 cm zu der zu scannenden Oberfläche aufgenommen werden. Das Gerät kann aufgrund seiner hohen Ergonomie vom Bediener einfach und sehr intuitiv bedient werden.

FUNKTIONSPRINZIP DES T-SCAN LASERSCANNERS
Ein sichtbarer Laserstrahl (670 nm, Laserklasse 2) wird mit Hilfe eines rotierenden Polygonspiegels linienhaft ausgelenkt und scannt die Oberfläche des Messobjektes mit hoher Aufnahmefrequenz ab. Nach dem Prinzip der Triangulation wird aus der Kenntnis der Auftreffposition des zurückreflektierten Laserlichtes in der Empfängeroptik der Messabstand errechnet.

Die exakte Raumposition des Scanners in allen 6 Freiheitsgraden (6D, d. h. die drei Raumkoordinaten und die drei Drehwinkel) wird durch ein optisches Trackingsystem bestimmt, welches mit seinen drei Infrarotkameras mindestens drei von insgesamt 29 Infrarotmarkern, die sich auf dem Scanner befinden, identifiziert. Durch die Bewegung des Scanners wird die Objektoberfläche vollständig erfasst und die gemessenen 3D-Koordinaten (Punktwolke) werden in Echtzeit auf dem Monitor dargestellt. Ein Pilotstrahl und Leuchtdioden auf der Scannerrückseite garantieren die optimale Abstandseinstellung des Scanners während der Bewegung über die Oberfläche. Mit DeltaCAD wurde ein kompetenter Dienstleistungspartner beauftragt - das Unternehmen besitzt umfangreiche Erfahrung im Bereich der Koordinatenmesstechnik (frühere Projekte umfassten z.B. die 3D-Digitalisierung von Formel 1 Fahrzeugen oder Formen für den Werkzeugbau, aber auch von Objekten wie Figuren für die "Fallas", einem Volksfest in Valencia oder von Skulpturen berühmter spanischen Bildhauer). Die erfassten und mit der Mess- und Auswertesoftware T-SCANplus aufbereiteten 3D-Daten liefern die Grundlage zur Erzeugung eines mathematischen Modells der Objektoberfläche von höchster Qualität. So kann z.B. im Fahrzeugbau die äußere Form eines Modells präzise erfasst werden. Die so erzeugten Daten dienen als Basis für die weitere Verarbeitung in CAD-Programmen oder zur Generierung entsprechender Fräsprogramme. Die 3D-Datenerfassung der entsprechenden Abschnitte des Renaissance-Innenhofes wurde im August 2008 vorgenommen. Anschließend wurden die einzelnen Scandaten zusammengefügt und aufbereitet, um eine vollständige Oberflächenbeschreibung, die eine originalgetreue, virtuelle Kopie des Renaissance-Innenhofs darstellt, zu erhalten. Die Scandaten wurden zur Erstellung der Replik an die Escuela de Marmol de Andalucìa in Fines (andalusische Steinmetzschule) weitergegeben. Hier wird nun eine Kopie des Renaissance-Innenhofs Stein für Stein aus Macael-Marmor nachgefertigt.

Die Finanzierung des umfangreichen Vorhabens (3D-Digitalisierung durch DeltaCAD, Marmorarbeiten durch die Escuela de Mármol) wurde von der Consejería de Cultura (dem spanischen Kulturamt) durch Mitwirkung der Empresa Pública des Gestión de Programas Culturales (öffentliche Einrichtung zur Leitung kultureller Programme) übernommen. Die ausführende Firma DeltaCAD unterhält Büros in Madrid, Barcelona, Bilbao und Portugal, und verfügt über umfassende Erfahrung im Bereich der optischen 3D-Digitalisierung sowie CAD/CAM. Neben Beratung, Verkauf und Schulung bietet DeltaCAD auch Dienstleistungen für Konstruktion, Reverse Engineering und 3D-Scanning an. Die Sensoren zur 3D-Digitalisierung von Steinbichler Optotechnik (COMET, T-SCAN) werden in Spanien und Portugal exklusiv von DeltaCAD vertrieben.

Weitere 3D-Scan Projekte, die mit Produkten der Steinbichler Optotechnik von DeltaCAD im Bereich Kunst durchgeführt wurden:

  • Templo Expiatorio de la Sagrada Familia
  • Arbeiten für diverse Bildhauer (Lorenzo Quinn, Eduardo Capa, Antonio Lopez, Marina Nunez)
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DAS „MAKING OF“ DES VIRTUELLEN BLERIOT XI 3D MODELLS

Das französische Dienstleistungsunternehmen Metra (Teil der Genaris Gruppe) wurde als Partner der Steinbichler Optotechnik vom „Musée des Arts et Métiers“ in Paris beauftragt, ein fotorealistisches virtuelles 3D-Modell des Blériot XI zu erstellen - dem allerersten Flugzeug, das den Ärmelkanal zwischen Calais und Dover im Jahr 1909 überquerte. Die beiden Hauptziele dieses anspruchsvollen 3D Scanningprojekts wurden dabei trotz der schwierigen Bedingungen eindrucksvoll erreicht: Mit den aufgenommenen Daten konnte ein virtuelles 3D Modell generiert werden, das für detaillierte technische Analysen der Flugzeugkonstruktion diente. So konnten durch die Simulation und Animation des Modells z.B. wichtige Erkenntnisse über das Zusammenspiel von Steuerung und aerodynamischen Komponenten gewonnen werden, um so Detailwissen über Konstruktion und Funktionsweise zu erhalten.

Das virtuelle Modell war auch Grundlage zur Erstellung von Marketingmaterial zur Eröffnung der Sonderschau „L´avion de l´exploit - 1909, Louis Blériot traverse la manche“ im „Musée des Arts et Métiers“. Aus den Scandaten wurden fotorealistische Darstellungen und Animationen für die begleitende Website sowie Videos erstellt, die die technischen Besonderheiten dieses 100 Jahre alten Flugzeugs erklären. Das Originalflugzeug Blériot XI ist im Pariser Museum „Musée des Arts et Métiers“ ausgestellt; alle 3D-Messungen mussten vor Ort vorgenommen werden. Da das empfindliche Objekt keine berührenden Messmethoden erlaubt, kamen nur optische Technologien für das Projekt in Frage. Mit dem Weißlichtstreifenprojektions-Sensoren COMET IV und COMET 5 konnten dabei sogar der aus Holz gefertigte Konstruktionsrahmen sowie Flügel, Rumpfpanels, der Steuermechanismus mit Steuerknüppel und Scharnieren, und auch Motorblock und Propeller in hoher Auflösung gescannt werden. Neben der Digitalisierung der extrem komplexen Objektteile wurde eine weitere Herausforderung von Metra erfolgreich gelöst - die komplette Datenaufnahme konnte in nur drei Tagen abgeschlossen werden.

Die Scandaten wurden danach mit der Software COMETplus in Dreiecksnetze (STL) verarbeitet. Basierend auf den STL-Daten konnte das 3D-CAD Modell erstellt werden. Die Freiformflächen wurden mit Hilfe von Reverse Engineering Methoden in mathematische Nurbs Flächen transformiert. Eine Kombination der Verfahren mit einer 3D Konstruktionssoftware ermöglichte die Integration von konstruktionsrelevanten bzw. funktionellen Bauteilen; dadurch war die Erzeugung eines voll funktionsfähigen virtuellen Modells möglich, das interaktiv bewegt und so für Simulationen und Animationen genutzt werden kann. Zusätzlich können ausführliche technische Analysen durchgeführt werden, z.B. Windkanalsimulationen und Untersuchungen bezüglich der Auswirkung des Steuermechanismus auf Flügelverformung und daraus resultierende Veränderungen im aerodynamischen Flugverhalten.

Der nächste Schritt beinhaltete die Erstellung von hochauflösenden Renderings, Animationen und Videos, um die Marketingaktivitäten im Vorfeld der Ausstellungseröffnung zu unterstützen. Weitere Informationen über das Blériot XI Flugzeug enthält die offizielle Website: www.bleriot.arts-et-metiers.net

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SYSTEM / APPLIKATION
COMET LƎD 2 M - Reverse Engineering Soll-Ist Vergleich zu CAD mit INSPECTplus

BRANCHE
Konsumgüter

KUNDE
Blaser Jagdwaffen GmbH, Isny im Allgäu Weltweit führender Hersteller von Premium Jagdwaffen

AUFGABENSTELLUNG
Die Firma Blaser Jagdwaffen hat als Traditionshersteller höchsten Anspruch an Qualität und Präzision. Für die 3D-Inspektion von handgeschäfteten Gewehrschäften mit komplexen Freiformflächen war man auf der Suche nach einem präzisen optischen Messgerät zur Digitalisierung und Flächenrückführung zum CAD-Modell.

STEINBICHLER – LÖSUNG UND PRODUKT
Mit dem Steinbichler Sensor COMET LƎD und dem COMETrotary Rotationstisch zur automatischen Positionierung des Gewehrschaftes lässt sich die 3D Digitalisierung in wenigen Arbeitsschritten abwickeln und die anschließende Qualitätskontrolle mit der STEINBICHLER INSPECTplus Software ermöglicht einen präzisen und schnellen Vergleich der komplexen 3D-Freiformflächen mit den Soll-Daten. Neue, von Hand geschäftete Gewehrschäfte, werden nach der Digitalisierung in Geomagic Studio zu einem CAD Model zurückgeführt, welches dann als Basis zur Neuproduktion dient.

ERGEBNIS / NUTZEN FÜR DEN KUNDEN
Die bisherigen bei Blaser Jagdwaffen eingesetzten taktilen 3D-Koordinaten-Messmaschinen konnten die gestiegenen Anforderungen nicht mehr erfüllen, die insbesondere durch die komplexen Freiformflächen der neuen Schaftmodelle entstanden. Da man bei der Firma Blaser im Sinne der Kunden höchste Ansprüche an Qualität stellt, präsentierte sich die durch den Steinbichler Mitarbeiter vorgeschlagene, individuelle Lösung als genau passend. Dass diese trotz der hohen Leistung in der Bedienung von Hard- und Software sehr einfach und schnell erlernbar war, erhöhte zusätzlich den Mehrwert. Die komplette Kompetenz vom 3D-Scan bis hin zum Reverse Engineering ist nun direkt im Haus. Das steigert immens die Flexibilität und Reaktionszeit im Qualitätsmanagement, sowie in der Konstruktion und Qualitätssicherung. „Mit diesem Messsystem sind wir schneller, flexibler und effizienter als zuvor“, berichtet Frau Susanne Bodenmüller, Leiterin Qualitätsmanagement und Qualitätssicherung bei Blaser Jagdwaffen. „Egal ob Reverse-Engineering oder 3D-Inspektion komplexer Bauteile, mit dem Steinbichler System haben wir immer die richtige Lösung, die uns zudem eine einfache, schnelle und hochgenaue Qualitätskontrolle ermöglicht.“ Für die positive Kaufentscheidung spielte neben den technischen Fakten, auch die Einfachheit der Bedienung und schnelle Erlernbarkeit, sowie ein exzellentes Preis-Leistungsverhältnis eine Rolle. Man rechnet bei Blaser mit einem ROI innerhalb von drei Jahren. Explizit hervorgehoben wurde die sehr gute individuelle Beratung durch den Steinbichler Betreuer, Herrn Benjamin Eberbach.

„Die Firma Blaser Jagdwaffen zu betreuen, macht auch mir besonders viel Freude, da die Firmenwerte von Blaser und Steinbichler hinsichtlich Qualität und Präzision vergleichbar sind und der COMET LƎD ein hervorragendes Produkt für diese Anforderungen ist“, fasst Benjamin Eberbach zusammen.

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STEINBICHLER COMET 5 2M - Franz Banke GmbH

SYSTEM / APPLIKATION
STEINBICHLER COMET 5 2M, COMETrotary Drehtisch, COMETplus Software

BRANCHE
Werkzeugbau / Formenbau

KUNDE
Franz Banke GmbH, Isen Dachziegelentwicklung und Formenbau

AUFGABENSTELLUNG
Die Franz Banke GmbH beschäftigt sich mit der Entwicklung von Dachziegelmodellen sowie der Konstruktion und Fertigung von Formwerkzeugen. Für die Digitalisierung von Ziegelmodellen setzte die Firma schon seit Jahren einen STEINBICHLER COMET Sensor ein, der jedoch aufgrund seiner älteren Bauart mittlerweile hinsichtlich Präzision und Durchlaufzeiten an seine Grenzen stieß. Steinbichler – Lösung und Produkt Im Beratungsgespräch mit der Firma Steinbichler kristallisierte sich als geeignetes Nachfolgemodell der STEINBICHLER COMET 5 2M mit der aktuellen STEINBICHLER COMETplus Software und dem STEINBICHLER COMETrotary Drehtisch heraus. Das Verfahren der optischen Digitalisierung war ja der Firma Banke bestens bekannt und zudem erfüllte das System als weitere wichtige Kriterien, die unabhängige Nutzung als separates System und eine höhere Datenqualität im Vergleich zu einem Laserscanner.

ERGEBNIS / NUTZEN FÜR DEN KUNDEN
Besonders die Nutzung des neuen Rotationssystems und des 400x400 Messfeldes ermöglicht nun die effektive Aufnahme der “Mutterformen” in einem einzigen Arbeitsgang. Der STEINBICHLER COMETrotary dient der automatischen Positionierung von Messobjekten und wird über die STEINBICHLER COMETplus Software gesteuert. „Mit dem neuen innovativen COMET 5 Sensor konnten wir im Vergleich zu seinem Vorgängermodell wesentlich kürzere Durchlaufzeiten mit einer höheren Präzision erreichen. Außerdem lässt sich das System besonders einfach und effektiv handhaben“, berichtet Bernd Quaschning, Leiter Messtechnik und QM bei Banke. Beim Messvorgang wird im ersten Schritt eine Ziegelober- oder Unterseite mit automatischer Tischrotation durch den Sensor aufgenommen. Schwer sichtbare Einzelbildaufnahmen werden im zweiten Schritt erfasst. Die Aufnahmen werden anschließend gematcht. Die durch die Aufbereitung der Daten (krümmungsabhängige Ausdünnung, Rauschreduzierung) gewonnenen Informationen werden dann für die Konstruktion zur Verfügung gestellt. Generierte 3D STL Daten können zum Teil ohne Flächenrückführung entweder direkt genutzt oder als Ausgangsbasis für die Erstellung eines 3D CAD Modelles verwendet werden. Auch die Einführung des neuen COMET 5 2M verlief reibungslos.

„Durch die sehr gute Schulung und den guten Support bei Problem- und Fragestellungen konnten wir in relativ kurzer Zeit das System für unsere Bedürfnisse voll ausschöpfen. Mittlerweile ist es stark ausgelastet und zum festen Bestandteil unseres Leistungsangebotes im Bereich der Ziegelkonstruktion geworden“, ergänzt Bernd Quaschning.

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Fußball-Giganten für die Euro 2008

Mit gigantischen Fußballer-Statuen und riesigen Fußballschuhen sorgt derzeit der Sportartikelkonzern Adidas in Zürich und Wien für Aufsehen. Arm in Arm stimmt eine Mannschaft aus 18 Meter hohen Plastiken der weltbesten Fußballer (u. a. Michael Ballack, Philipp Lahm, Petr Cech, Patrick Viera) im Züricher Hauptbahnhof die Passanten auf die Euro 2008 ein. 16 überdimensionale Fußballschuhe - mit einer Länge von 4,20 Meter - weisen auf dem Wiener Museumsplatz auf das sportliche Großereignis hin.

Das Raublinger Unternehmen B & T Bau & Technologie ist auf Verankerungstechnik im Betonbau und komplizierte Sonderschalungen für Betonbauten spezialisiert. Mit ihrem Know-How im Bereich Formenbau konnte die Firma jedoch auch ihre Kompetenz bei der Umsetzung des einmaligen Werbekonzepts unter Beweis stellen. Die Bauteile wurden entweder aus Styropor gefräst oder es wurden entsprechende Gussschalen hergestellt, die mit einem besonderen PU-Material ausgeschäumt wurden. Montiert und mit einer 2 Millimeter starken Beschichtung versehen, wurden die Modelle dann fertig bearbeitet und von einem Airbrush-Künstler realistisch bemalt. Die Produktion der Werbeträger war der Größe des Vorhabens entsprechend aufwändig - so war zum Beispiel eine wirklichkeitsgetreue Darstellung der Fußballschuhe gefordert.

Dazu mussten zunächst die Originale mit sehr großer Detailtreue und Präzision vermessen werden - auf der Suche nach einer entsprechenden leistungsfähigen Technologie wurde B & T auf die Steinbichler Optotechnik GmbH (Neubeuern) aufmerksam. Mit dem 3D-Digitalisiersystem COMET 5 von Steinbichler (basierend auf Weißlichtstreifenprojektion) wurden die Geometriedaten der Originalschuhe bis ins kleinste Detail erfasst, so dass diese anschließend im Fräsprogramm problemlos auf die gewünschte Größe skaliert werden konnten. Die Schnelligkeit der Datenerfassung und -weiterverarbeitung sowie die hohe Datenqualität spielten für die weiteren Arbeitsschritte eine wichtige Rolle, da nur so eine möglichst realistische und termingerechte Umsetzung des Projekts möglich war.

Steinbichler Optotechnik steht als Entwickler und Hersteller von Systemen zur optischen 3D Digitalisierung auch als kompetenter Partner für Dienstleistungsmessungen zur Verfügung.

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ROBOTERGESTÜTZTES 3D-SYSTEM VERMISST PROTOTYPENTEILE
Modulare Kulisse Die Maße von Prototypenteilen wie Türen, Front- und Heckklappen müssen schnell und genau kontrolliert werden.

Dazu setzt die Audi AG, Ingolstadt, ein robotergesteuertes 3D-Digitalisierungssystem von Steinbichler Optotechnik, Neubeuern, ein. Mithilfe der Ergebnisse optimiert der Autobauer den Fertigungsprozess. In der Automobilindustrie erfordert die Entwicklung eines neuen Produkts in der frühen Phase den präzisen und schnellen Bau von Konzeptfahrzeugen und Prototypen. Bei der Vermessung der Bauteile, die sich zudem während des Entwicklungsprozesses verändern, spielen Mess und Auswertezeiten beziehungsweise Genauigkeit eine große Rolle. Die Leiter der Versuchsteilefertigung Karosserie im Vorseriencenter bei Audi, Ingolstadt, Klaus-Peter Erben und sein Nachfolger Dr. Friedrich Burgahn, suchten daher nach einer Messlösung. Mit dieser sollte die Fertigung der Blechumformteile effizient und nachhaltig kontrolliert werden.

Bei der Auswahl eines geeigneten Konzepts in einem Benchmark waren die Anforderungen an ein adäquates Messsystem entsprechend hoch. Zum einen sollte eine vorherige Präparation des Bauteils vermieden, zum anderen die Bauteile in der Fahrzeugeinbaulage optisch gemessen werden. Weitere Anforderungen waren gemäß Lastenheft zu erfüllen: 

  • Digitalisieren eines Bauteils innerhalb von zehn Minuten,
  • Automatisches Auswerten von Berandungen und Bohrungen im Bauteil, 
  • Kein Kleben von Marken auf das Bauteil vor der Messung,
  • Komplette automatisierte Messauswertung (automatisierter Ablauf bis zum Messbericht),
  • Ausgabe der Messdaten im STL-Datenformat; die Daten müssen anderen Fachabteilungen für eventuelle Analysen zur Verfügung stehen,
  • Die Vielzahl der Messaufnahmen so gering wie möglich halten (keine Lagerhaltung, auf Reproduzierbarkeit der Vorrichtungen achten), 
  • Die Genauigkeit der Messauswertungen sollte für Flächen- und Objektkanten (Kreise, Langlöcher, Berandung etc.) 0,2 mm betragen, 
  • Durchgehender Datenaustausch auch mit anderen Systemen.

Mit dem neuen Qualitätssicherungsverfahren wollte der Autobauer seine Fertigungsprozesse in der Prototypenphase optimieren und in der nachfolgenden Produktionsphase den Zugriff auf die digitalen Produktdaten und die dazugehörigen Protokolle ermöglichen.

Nach dem Vergleich und der Auswahl verschiedener Systemanbieter mit unterschiedlichen Lösungsansätzen sowie einer Testphase, entschieden sich die Verantwortlichen bei Audi für ein robotergestütztes 3D-Digitalisiersystem von Steinbichler Optotechnik, Neubeuern. Dieses besteht aus dem Digitalisiersystem COMET 5 4M, einem Standard-Industrieroboter Kuka KR 150 inklusive Armverlängerung sowie einer VKR-C2-Steuereinheit und zwei motorisierten Drehtischen, die über eine SPS gesteuert werden. Das Weißlichtstreifenprojektionssystem COMET 5 4M erfüllt in Kombination mit sogenannten modularen Kulissen die Anforderungen des Autobauers in Bezug auf Messzeit,Genauigkeit und Bedienkonzept. Mit dem zum Patent angemeldeten Konzept der modularen Kulissen ist kein übergeordnetes Messsystem nötig, was sich bei Bauteilen in verschiedenen Lagen negativ ausgewirkt hätte. Zudem wird für die Messung auf das herkömmliche Verfahren der Fotogrammetrie verzichtet, was Zeit spart. Der 3D-Sensor ist auf der sechsten Achse des Roboters adaptiert. Durch den abwechselnden Einsatz der beiden Drehtische sind die Anwender in der Lage, auf einer Einheit die Messung vorzunehmen und gleichzeitig auf der anderen Dreheinheit das nächste Bauteil vorzubereiten.

Dabei verkürzen sich deutlich die Standzeiten des Systems. Mithilfe eines speziell entwickelten Aufspannkonzepts können die Bauteile sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite gemessen werden. Zur Messung werden oktagonale, mit kodierten Messmarken versehene Profilstangen in beliebiger Konstellation um das Bauteil aufgebaut. Der große Vorteil dieser Methode liegt darin, dass sämtliche Profilelemente bereits fotogrammetrisch eingemessen geliefert werden. Während der Messung werden die einzelnen Datensätze auf die zur Verfügung stehenden Punktelisten transformiert und zusammengeführt. Die Kulissenelemente können für jedes Bauteil individuell konfiguriert, beziehungsweise miteinander kombiniert oder untereinander ausgetauscht werden.

Dabei bedarf es nur geringfügiger Änderungen im Messprogramm, wodurch ein Arbeiten mit einem Minimum an Messzubehör möglich wird. Während der Messung werden die einzelnen Datensätze auf die zur Verfügung stehenden Punktelisten transformiert und zusammengeführt. Die Kulissenelemente können für jedes Bauteil individuell konfiguriert, beziehungsweise miteinander kombiniert oder untereinander ausgetauscht werden. Dabei bedarf es nur geringfügiger Änderungen im Messprogramm, wodurch ein Arbeiten mit einem Minimum an Messzubehör möglich wird.

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Anfahrt / Adresse



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


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