Hubschrauberausrüstung für Rettungseinsätze, Filmaufnahmen, Überwachungsflüge und mehr – mit Artec Eva und Space Spider

Herausforderung: Entwicklung und Spezialanfertigung von Kamerahalterungen für Hubschrauber, die bei Such- und Rettungseinsätzen, bei der Polizei, für Film- und Fernsehprojekte sowie zur Grenzüberwachung eingesetzt werden sollen

Lösung: Artec Eva, Artec Space Spider, Artec Studio, Geomagic Design X, SOLIDWORKS

Ergebnis: Nachdem das Innere und Äußere des Fluggeräts gescannt und die Scans verarbeitet worden waren, wurden speziell angefertigte Halterungen sicher an der Unterseite des Hubschraubers befestigt

Wenn es um Fluggeräte geht, sind Hubschrauber mit das Interessanteste, was man erleben kann. Durch die Luft schneidende Rotorblätter und dröhnende Hubschraubermotoren kündigen Such- und Rettungsmissionen, die Überwachung eines Naturparks, militärische Einsätze, flächendeckenden Brandschutz oder medizinische Transporte an: Wenn ein Hubschrauber zu sehen ist, weiß man, dass gerade eine größer angelegte Aktion im Gange ist.

Doch aus etwas Gutem kann immer noch etwas Besseres entstehen. Dafür sorgen Unternehmen wie Tech Strake, die sich in Japan auf die Anpassung von Fluggeräten spezialisiert haben. CEO Masakazu Hikichi beschreibt die Bedeutung dieser Arbeit:

„Unser Hauptaugenmerk liegt auf der Individualisierung von Flugzeugen”, sagt er. „Das ist wichtig, weil hier wertvolle Dienste für die gesamte Öffentlichkeit geleistet werden – etwa durch die Anpassung von Rettungshubschraubern, Polizeihubschraubern oder bei Geländescans, die das Geographische Institut durchführt.“

Die Aufgabe in unserem Fall bestand darin, einen Hubschrauber mit einer nach unten und schräg ausgerichteten Kamera auszustatten, um Luftaufnahmen von der unteren Umgebung zu machen, etwa für Rettungseinsätze und die Umweltüberwachung.

Der zu scannende Hubschrauber (Bild von Tech Strake)

Das Anbringen einer Kamera an einem Hubschrauber mag simpel erscheinen, doch wenn diese fest mit dem Fahrwerk verankert ist und eine effektive Nutzung gewährleistet werden soll, sind ein hohes Maß an Detailgenauigkeit und zahlreiche Anpassungen erforderlich.

„Verschiedene Branchen benötigen diese Art von Halterung für fotografische Arbeiten. Oft ist eine solche Einrichtung aber nicht ohne weiteres möglich”, erklärt Hikichi. „Für eine sichere Installation, und zur Vermeidung einer Gefährdung oder gar eines Absturzes, müssen ebendiese Halterungen speziell angefertigt werden.“

Hier kommen die 3D-Scanner von Artec ins Spiel.

Mit Artec unterwegs

Hikichi setzt seit mehr als einem Jahrzehnt 3D-Scanning ein, zunächst acht Jahre als Angestellter und seit fünf Jahren als Geschäftsführer seines eigenen Unternehmens. Artec Eva wird dabei häufig frequentiert und auch in diesem Fall war 3D-Scanning das Mittel seiner Wahl.

„Als dieses Projekt aufkam, wusste ich bereits, wie gut und genau ein 3D-Modell durch 3D-Scannen erstellt werden kann”, sagt er.

In Zusammenarbeit mit dem Artec-Botschafter in Japan DataDesign Co., Ltd. wurde ein Plan für das 3D-Scannen erstellt. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Nagoya, der Heimat vieler großer Automobilhersteller, hat einen Kundenstamm mit Erfahrung vorwiegend in dieser Branche. So auch Tech Strake.

Aufgrund der Kombination aus hochspezifischen Teilen sowie größeren Oberflächenbereichen wurden Artec Eva und Artec Space Spider vorgeschlagen: Eva für die Erfassung des gesamten Flugzeuggeräts und Space Spider für Detailaufnahmen zur Erfassung kleinerer Details.

Keine Mission ist unmöglich, wenn man den richtigen Scanner hat. (Bild von Tech Strake)

Eva ist sehr leicht und einfach zu transportieren”, sagt Hikichi. „Dieser Scanner erfasst auch enge Räume und hat trotzdem ein großes Sichtfeld und eine große Reichweite. Space Spider hingegen kann in kleine Spalten gelangen und Teile mit sehr kleinen Zwischenräumen erfassen und dabei einen hochpräzisen Scan erzeugen.“

Artec Eva ist das Flaggschiff von Artec 3D und gilt aufgrund seines geringen Gewichts, der einfachen Bedienung und ihrer Vielseitigkeit als der beliebteste Scanner des Unternehmens. Der 3D-Scanner mit Strukturlicht eignet sich für schnelle und genaue Scans mittelgroßer Objekte – von Automotoren über einen menschlichen Körper bis hin zu Möbeln.

Der Scan-Vorgang

Für das Arbeitsgebiet von Tech Strake ist 3D-Scannen unerlässlich, denn Spezialisierung und Exaktheit sind grundlegender Teil ihrer Tätigkeit. So auch bei der Herstellung von Einzelstücken wie Halterungen, Gestellen oder Vorrichtungen für Hubschrauber. Oder, wie in diesem Fall, bei der Spezialanfertigung einer Kamerahalterung.

„3D-Scannen ist für die Erstellung kundenspezifischer Objekte unerlässlich“, sagt Hikichi.

„Der größte Vorteil liegt in der Genauigkeit, die wir bei der Messung komplizierter Oberflächen erreichen können, etwa bei sehr kleinen Teilen. Diese müssen generell exakt vermessen werden, um später eine präzise Einpassung zu ermöglichen.“

Die Scandaten mussten zu einem vollständigen 3D-Modell zusammengesetzt werden. (Bild von Tech Strake)

Dies sei ohne 3D-Scannen nur sehr schwer möglich und resultiere in einer großen Zeitverschwendung bei der Herstellung von Teilen. Unter Umständen passen diese später nicht richtig und dann sei eine Menge Nacharbeit nötig.

„Wenn man in der Lage ist, eine sehr präzise Messung mittels eines 3D-Scanners für diese Art von komplizierten Oberflächen zu erstellen, insbesondere für ein Fluggerät mit sehr engen Toleranzen, spart man sich viel Zeit und noch mehr Arbeit.“

Space Spider wurde ursprünglich für den Einsatz auf der Internationalen Raumstation entwickelt. Dieser Scanner ist bekannt für seine Fähigkeit, mechanische Teile und komplexe Geometrien in hoher Auflösung, mit Submillimetergenauigkeit und lebendigen Farben zu erfassen. Scharfe Kanten und dünne Rippungen sind ebenfalls kein Problem für Space Spider, der auch Objekte mit komplizierten Details wie Schlüssel, Münzen und winzige Maschinenteile in der bestmöglichen Qualität erfasst.

Die Kamerahalterung wurde erfolgreich nachmodelliert. (Bild von Tech Strake)

Der gesamte Scanprozess dauerte nicht länger als zehn Stunden, inklusive der Einrichtung, die für das Scannen der Innen- und Außenseite des Flugzeugs erforderlich war. Danach begann die Scanverarbeitung in Artec Studio: Ausrichtung, globale Registrierung, Löschen unerwünschter Geometrien, Rauschentfernung und Scharfe Fusionierung.

Nachdem das Scannen und die erste Verarbeitung abgeschlossen waren, mussten die Daten weiterbearbeitet werden.

Jeder Datensatz wurde synthetisiert, mit Geomagic Design X in CAD-Daten umgewandelt und dann mit SOLIDWORKS die Halterung konstruiert.

In SOLIDWORKS wurde die Kamerahalterung konstruiert und um das importierte 3D-Modell herum modelliert, damit tatsächlich jede Oberfläche und Ecke des Hubschraubers berücksichtigt werden konnte. Schließlich wurde das Modell der neu konstruierten Kamerahalterung in bearbeitbare Daten umgewandelt.

Während des Bearbeitungsprozesses entfernen Schneidwerkzeuge Material von einem Block aus Rohmaterial – in diesem Fall Aluminium – und folgen dabei einem computergesteuerten Pfad, der durch das 3D-Modell vorgegeben wird. Mit dieser Kombination aus 3D-Scannen und Reverse Modelling konnte das Team die bestmögliche Passform erzielen.

Zusätzliche Optimierung der Arbeitsabläufe

Da beide Scanner in der Lage sind, sowohl große als auch kleine Oberflächen zu scannen, konnten die Arbeitsabläufe innerhalb des Teams von Tech Strake erheblich verbessert werden. „Vor dem Kauf unserer Artec-Scanner führten wir manuelle Messungen mit Messschiebern und Abformungen mit Gips durch”, erklärt Hikichi. „Vor allem bei der Verwendung von Gips waren die Möglichkeiten begrenzt: Der Gips konnte nicht sauber abgeformt werden, weil er tropfte, und die Effizienz der manuellen Messung war schlecht.“

„Die 3D-Scanner Artec Eva und Space Spider haben nicht nur sich wiederholende Arbeiten massiv reduziert, sondern auch die Genauigkeit der Datenerfassung erheblich verbessert”, berichtet Hikichi. „Außerdem sind die Scanner tragbar und können überall eingesetzt werden, auch in engen Räumen, die vorher nur schwer zu messen waren. So erreichen wir mit ihnen ein großartiges Ergebnis.“

Jeder Winkel des Fluggeräts, sowohl innen als auch außen, wurde gescannt. (Bild von Tech Strake)

Dank der Tragbarkeit, Größe und des geringen Gewichts von Artec Eva, kombiniert mit dem besonders scharfen Fokus von Space Spider für feine Details, wurde der Ablauf verbessert und die Arbeitszeit dadurch deutlich verkürzt.

„Im Vergleich zu konventionellen Konstruktionsmethoden wurde die Genauigkeit im Millimeter- und Submillimeterbereich verbessert”, so Hikichi. „Daher können wir Nacharbeiten so weit wie möglich reduzieren, was wiederum zu einer erheblichen Verringerung der gesamten Arbeitsstunden führte.“

Früher, so fügt er hinzu, dauerte es mehrere Monate, um ein bestimmtes Teil für ein Flugzeug fertigzustellen und zu produzieren. Jetzt ist alles in zwei Wochen fertig. Das spart nicht nur Zeit, es spart auch Kosten.

Das bearbeitete Endprodukt, bereit zum Einbau. (Bild von Tech Strake)

Wenn die Herstellung des Produkts abgeschlossen ist, muss es zwei Bewährungsproben bestehen: die Zufriedenheit des Kunden und die Sicherheitsprüfung durch die Luftfahrtbehörden.

„Es gibt strenge Beschränkungen und Bedingungen, die erfüllt werden müssen, wenn es um die Ausrüstung für den Einsatz in und an Fluggeräten geht”, erklärt Hikichi. Mit Artec Eva und Space Spider kam es auch hier nie zu Problemen. „Es gab keinerlei Beschwerden, weder vom Endnutzer noch von der Regierung”, sagt er. „Die Inspektion war positiv und alles lief wie geplant!“

Ein Ausblick in die Zukunft

Das Team von Tech Strake ist noch lange nicht fertig: Sie haben weitere Scan-Projekte ins Auge gefasst und planen, den neuen HD-Modus von Artec 3D und weitere Scanner einzusetzen.

„Es kommen ständig neue Modelle auf den Markt, und der Prozess, sie für neue, andere Flugzeugtypen anzupassen, ist in vollem Gange”, sagt Hikichi. „In Zukunft möchten wir die Daten der 3D-Scanner Artec Ray, Artec Eva und Artec Space Spider integrieren und nutzen.“

Das Team ist nun vor allem darauf gespannt, welche Projekte die Kunden mit der verfügbaren Technologie umsetzen wollen. Jeff Boyd erklärt hierzu: „Wir sind sehr glücklich, dass wir zur Arbeit von Tech Strake haben beitragen können. Maßgefertigte Produkte und Anpassungen sind auf das eigentliche Produkt zugeschnitten, sodass die analoge Arbeit in diesen Fällen tendenziell zunimmt.“

„Durch die Digitalisierung mittels 3D-Scannen werden in Zukunft Wartung und weitere Anpassungen möglich. Damit kann man nicht nur das Geschäft des Kunden verbessern, sondern auch dessen Service-Portfolio erweitern.“