Catesby Projects verhilft Elite-Rennteams mit Artec 3D-Scanning zu neuen Bestzeiten

Ein Ingenieur von Catesby Projects beim 3D-Scannen eines Rennwagens mit Artec Leo

In der Welt des Motorsports sind es oft nur geringe Zeitspannen, die über Erfolg und Misserfolg entscheiden. Ein paar Zehntelsekunden mögen unglaublich kurz klingen, doch wenn Sie in jeder Runde auf Ihre Konkurrenten in etwa diese Zeitspanne verlieren, werden Sie Ihr Team schnell am Ende des Feldes wiederfinden.

Wie finden die Rennställe nun Wege, die Rundenzeiten zu verkürzen? Das hängt weitgehend von der jeweiligen Rennserie ab. In der Formel 1 entwickelt und fertigt jedes Team sein Auto von Grund auf neu. Zwar lassen sich einige Teams von anderen inspirieren, doch schafft das Wettbewerbsmodell des Sports einen Rahmen für „Entwicklungsrennen“, in denen die Teams darum kämpfen, die Rundenzeit über eine ganze Saison hinweg zu verbessern.

In der Praxis bedeutet dies, dass die Konstrukteure der Formel 1 Böden, Seitenverkleidungen, Frontflügel, Heckflügel und andere aerodynamische Teile umgestalten, damit die Autos effizienter durch die Luft gleiten können.

In einer Serie mit nur einer Marke funktionieren die Dinge jedoch etwas anders. Da in diesen Meisterschaften völlig identische Autos gegeneinander antreten, ist es schwieriger, Fortschritte zu erzielen. Und anstatt sich auf ein Entwicklungsrennen einzustellen, müssen sich die Teamingenieure stärker auf die Optimierung der Abstimmung konzentrieren.

Ein Motorrad, das gerade mit Artec Leo 3D-gescannt wird

Das Problem bei der Arbeit an Simulationen ist jedoch, dass zum Testen genaue 3D-Modelle benötigt werden, – und die Hersteller wollen die wertvollen CAD-Daten dahinter oft nicht herausgeben. An dieser Stelle kann Catesby Projects helfen. Der in Großbritannien ansässige, auf Aerodynamik und Simulationen spezialisierte Unternehmen scannt solche Autos und erstellt geeignete 3D-Modelle für Teams in gleichermaßen Einzel- und Mehrmarkenserien.

„Nehmen wir an, jemand hat ein Auto gekauft, um an einer Rennserie teilzunehmen“, erklärt Jon Paton, Projektmanager bei Catesby Projects. „Sie dürfen das Fahrzeug nicht verändern oder modifizieren, aber sie werden versuchen, die bestmögliche Abstimmung zu finden.“

„Wir scannen das Auto und führen Computersimulationen durch, um herauszufinden, welche aerodynamischen Änderungen möglich sind. Dann helfen wir dabei, herauszufinden, ob eine Änderung des Frontflügelwinkels oder eine Vergrößerung des Böschungswinkels auf bestimmten Strecken hilfreich wäre.“

„Mit Hilfe des 3D-Scannens können wir eine ganze Reihe von Simulationen durchführen, und das alles virtuell, ohne jemals die CAD-Daten, die für ein physisches Modell notwendig sind, gesehen zu haben.“

„Keine andere Wahl“ als 3D-Scannen

Catesby ist Teil der größeren Ingenieursberatungsgruppe TotalSim. Kern der angebotenen Expertise sind physikalische und rechnerische Tests, die die Entwicklung und Validierung von Flugzeugen erleichtern. Viele dieser Dienstleistungen werden heute durch das 3D-Scannen mit Artec ermöglicht, aber das war nicht immer der Fall.

3D-Scannen mit Artec Leo, die erfassten Daten werden in Echtzeit auf dem integrierten Display angezeigt

Angesichts der Tatsache, dass die Hersteller von Rennfahrzeugen äußerst ungern CAD-Daten weitergeben, sagt Paton, dass Ingenieure „praktisch keine andere Wahl haben – sie brauchen einen 3D-Scanner“.

Die ersten Versuche fanden unter Verwendung eines Photogrammetrie-Kits, das eine umfassende Genauigkeit lieferte, und einer Artec Eva, um feine Details zu erfassen, statt. Später verbesserte das Unternehmen die Genauigkeit und Geschwindigkeit seines Ablaufs weiter und arbeitet mit Artec Ambassador Central Scanning zusammen, um auf die moderneren Artec Leo und Ray umzusteigen.

„Mit diesen Geräten können wir einen Rennwagen normalerweise innerhalb von ein paar Tagen am Standort scannen. Wir nehmen das Auto auseinander und scannen das Ganze in etwa vier Stunden mit Ray“, so Paton. „Dann zerlegen wir es Stück für Stück, damit wir jeden Kanal scannen können, nehmen ein Rad ab, scannen die Bremssättel, Bremsbeläge und alles andere mit Leo, bevor wir alles wieder zusammenbauen.“

Catesby konnte mit Ray eine größere Genauigkeit über größere Entfernungen erreichen und noch ambitionierter werden – einmal gelang es dem Team sogar, einen ganzen Hubschrauber erfassen. Doch seit der Anschaffung von Artec Ray Il, dem schnelleren Nachfolger von Ray mit noch größerer Reichweite, hat das Unternehmen seinen Arbeitsablauf auf eine ganz neue Ebene gehoben.

Das integrierte Display von Artec Ray II zeigt an, wie viel Zeit für einen Fahrzeug-Scan noch verbleibt.

Mit Ray II können die Spezialisten nun Fahrzeuge noch schneller scannen, bevor sie mit dem vielseitigen, kabellosen Leo feinere Bereiche digitalisieren und ein Modell mit den höchstauflösenden Daten aus beiden Scannern erstellen. Laut Tom Parrish, Junior Design Engineer, der erst vor sechs Monaten bei der Firma anfing und direkt erste Erfahrungen mit dem 3D-Scanner Leo machte, war es ein Kinderspiel, das Gerät zu bedienen.

„Als ich Leo zum ersten Mal benutzte, lief alles sehr intuitiv“, erklärt Parrish. „Da er sehr nutzerfreundlich und die Schnittstelle dermaßen gut ist, gibt es eigentlich nur wenige Dinge, die schief gehen können. Zum Üben habe ich ein Sofa und einen Stuhl gescannt, und als ich zum ersten Mal sah, wie ein 3D-Modell in Echtzeit auf dem eingebauten Display erschien, war das sehr cool!“

Paton fügt hinzu, dass Catesby in seiner US-Niederlassung auch einen billigeren, kabelgebundenen Scanner verwendet, doch sei Artec Leo, abgesehen vom Vorteil seiner Kabellosigkeit, bedeutend schneller.

Ein Motorrad wurde leicht gekippt, damit es Artec Leo in hoher Detailgenauigkeit erfassen kann

„Wir unternehmen Reisen nach Brasilien, Frankreich und Deutschland, und wir können dazu einfach Leo einpacken, in ein Flugzeug steigen, zwei Tage lang scannen und dann zurückfliegen.“

Scanbasierte CFD-Simulationen

Artec Studio ist für die Arbeit mit 3D-Scans bei Catesbys von zentraler Bedeutung. Sobald die Mitarbeiter die Erfassung abgeschlossen haben, verwendet sie die Software, um die entstandenen Polygonnetze auszurichten und zu bereinigen. Parrish ist besonders von den Ausrichtungswerkzeugen angetan, die es ermöglichen, „Flicken zusammenzufügen“, so dass „selbst wenn Daten aus einem Scan fehlen, diese mit einem anderen ausgerichtet werden können, um ein vollständiges Modell zu erhalten“.

Für Nutzer, die die Verarbeitung der Scandaten automatisch ablaufen lassen möchten, verfügt Artec Studio über einen eigenen Autopilot-Modus, der den optimalen Algorithmus für die Bearbeitung eines bestimmten Datensatzes auswählt. Falls gewünscht, können die Nutzer die Einstellungen jedoch auch selbst anpassen.

Im Fall von Catesby erwies sich der letztere Arbeitsablauf als für das Unternehmen besser geeignet. Parrish sagt, dass die Möglichkeit, „mit verschiedenen Einstellungen herumzuspielen“, es ermöglichte, „kleinere Objekte richtig auszurichten und miteinander zu verschmelzen“ und gleichzeitig „die Anzahl der Polygone in einem Netz zu verringern“, um die Größe der exportierten Dateien zu minimieren.

Von Artec Studio aus sendet Catesby die Polygonnetze an moderne Konstruktionsprogramme wie Geomagic und Hypermesh, um sie weiter zu verfeinern, Löcher zu füllen und CFD-fähige 3D-Modelle zu erstellen. Mit Hilfe von CFD-Simulationen können Paton und seine Kollegen den Rennteams dann helfen, Möglichkeiten zur Optimierung des Luftwiderstands und des Abtriebs eines Rennwagens schnell zu erkennen.

„Es geht darum, den Renntechnikern zu helfen, das Auto schneller auf Leistung zu trimmen“, erklärt Paton. „Sie könnten es physisch tun, hätten sie nur genug Zeit, um auf der Strecke zu testen. Jedoch gibt es nur begrenzte Möglichkeiten für Trainingsfahrten, also wollen die Techniker effektiv einen guten Ausgangspunkt haben, wenn sie auf der Strecke auftauchen.“

„Jede Strecke ist anders, aber wir können unterstützen – wenn es sich um eine Strecke mit geringem Luftwiderstand und hohem Abtrieb handelt, helfen die Simulationstools, die richtige Kombination von Einstellungen zu finden.“

Scannen wie in einer Autowaschanlage

Da Catesby bereits mit Rennteams, die Meisterschaften gewonnen haben, zusammenarbeitet, stellt sich die Frage, wie es weitergehen könnte. Im Automobilbereich hat Paton die Schaffung eines von ihm als „Scanning Carwash“ betitelten Arbeitsablaufs ins Auge gefasst, bei dem Autos innerhalb eines einzigen Durchgangs vollständig erfasst werden können.

Durch die Umstellung auf Ray II konnte die Vorlaufzeit für die Digitalisierung der Außenbereiche bereits um die Hälfte verkürzt werden. Zugleich wurden qualitativ noch hochwertigere Ergebnisse, die versteckte Details wie Unterböden oder Radkästen besser abbilden und weniger Folgescans mit Leo erfordern, erreicht. Da die Datenverarbeitung und -Zusammenfügung mit Ray II auch viel schneller ist, kann das Team nun CAD-Modelle in weniger als zwei Tagen von Grund auf neu erstellen – schnell genug, um zwischen den Tests Änderungen am Setup eines Einsitzers zu analysieren.

Das Unternehmen ist jedoch nicht nur an Autos interessiert – es möchte auch 3D-Modelle von Menschen erstellen. Während das Schwesterunternehmen Vorteq 3D-Scanning bereits für die Entwicklung von Rennrädern eingesetzt hat, betreibt Catesby jetzt eine 2,7 Kilometer lange unterirdische Testanlage, in der es jedes Fahrzeug, das den Tunnel durchfährt, mit 3D-Scanning zu erfassen plant.

Artec Ray II beim 3D-Scannen der Catesby-Testtunnelanlage

Darüber hinaus betreibt das Unternehmen auch einen eigenen Geschäftszweig für das Scannen von Athleten, bei dem es mit Olympioniken zusammenarbeitet, um die Ausstattung der Sportler hauteng und aerodynamisch wie möglich zu gestalten. Laut Paton sieht Catesby in diesen beiden Anwendungen vielversprechende Perspektiven, da das Scannen Möglichkeiten zur Analyse von Wettbewerbern im Motorsport eröffnet und in der Welt des Radsports „wirklich an Fahrt gewinnt“.

„Die Welt des Radsports wird immer individueller, egal ob es sich um einen Skinsuit oder ein Fahrrad handelt“, so Paton. „Daher ist es sehr gut, Maße so schnell wie möglich erfassen zu können.“

„Artec Leo ist wahrscheinlich mit Abstand die beste Lösung, die wir finden konnten, um die Ausrüstung von Athleten zu individualisieren.“