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Artikel und Hintergründe zum Thema

Autonomes Scansystem

Alles wird machbar

Autonomer 3D-Scanner unterstützt individuelle Fertigungsprozesse. Im Zuge von Industrie 4.0 und der Produktion mit Losgröße Eins lassen sich Bauteile, Ersatzteile oder Sonderformen einfach scannen und ausdrucken. Möglich macht dies ein 3D-Scanner, der autonom und in Echtzeit arbeitet. Das Fraunhofer IGD hat ein autonomes Scansystem vorgestellt.

Das Scansystem kann jedes beliebige Bauteil in Echtzeit vermessen. © Fraunhofer IGD

Ein Anwendungsbeispiel: Oldtimer werden nicht mehr gefertigt, auf den Straßen sind sie somit rar und etwas Besonderes. Geht jedoch etwas am Fahrzeug kaputt, wird diese Sonderstellung schnell zum Problem. Denn Ersatzteile werden naturgemäß nicht mehr produziert. Im Zuge von Industrie 4.0 soll sich das ändern: Die Produktion wandelt sich hin zur Losgröße Eins – zur individuellen Fertigung. Ein neues Schlagwort ist längst im Umlauf: „Highly customized mass production“.

Bislang ist diese individuelle Fertigung noch weitestgehend Zukunftsmusik. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD holen mit einem neuen 3D-Scansystem die Vision von der Losgröße Eins einen großen Schritt weiter in Richtung Realität. Das Besondere an diesem System: Es scannt Bauteile autonom – und zwar in Echtzeit. Für Oldtimer-Besitzer mit einem kaputten Bauteil heißt das: 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 hinsichtlich Stabilität genügt. In einem letzten Schritt wird das Bauteil über einen 3D-Drucker ausgedruckt und kann im Oldtimer verbaut werden.

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Die Entwicklungsleistung liegt nicht im Scanner an sich, sondern vielmehr in der 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 selbständig 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, weil sie in der Massenproduktion weitgehend identisch sein würden. Für die Losgröße Eins sind die herkömmlichen Scanner wenig geeignet.

Durch diese Alleinstellungsmerkmale ermöglicht der autonome Scanner vollkommen neue Anwendungen, etwa bei der Fertigungsassistenz oder der Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. pb

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