Ein hydraulischer Arm wird mit den 3D-Scannern Artec Leo und Ray II für Ausgrabungen über große Entfernungen modifiziert

Artec Leo und Ray II in der Werkstatt des Kunden. Bild mit freundlicher Genehmigung von 4C Creative CAD CAM Consultants.

Im Mittelpunkt jedes Bauprojekts auf der Welt stehen einige wenige Fahrzeuge, die die schwersten Arbeiten verrichten. Ob Bagger, Traktor oder Kran – diese Maschinen müssen sicher, effizient und zweckmäßig sein, wobei Letzteres stark vom jeweiligen Vorhaben abhängt.

Oftmals lassen sich an den Enden von Roboterarmen montierte OLS (Optical Loops) verwenden, wodurch Industrieanlagen recht variabel angepasst werden können. In bestimmten Fällen, beispielsweise aufgrund von Hindernissen, Bodenfreiheit oder Umwelteinflüssen, sind jedoch umfangreichere Modifikationen erforderlich.

Hier nun kommt Artec Ambassador 4C Creative CAD/CAM Consultants ins Spiel, der schon n den letzten sechs bis sieben Jahren seine Dienste einem Baggerhersteller in den Niederlanden angeboten hatte. Im jüngsten Umbauprojekt wurde 4C beauftragt, ein zehn Meter langes Fahrzeug zu digitalisieren, das über eine Kabine mit komplexer Innenausstattung, ein Luftfiltersystem und einen auf einer drehbaren Plattform mit Gleisketten montierten Ausleger verfügt.

Artec Leo mit einem 3D-Scan der Gleisketten auf dem Bildschirm. Bild mit freundlicher Genehmigung von 4C.

Das Sammeln von CAD-Daten für eine so große und komplexe Struktur erforderte bisher eine langsame und methodische manuelle Modellierung. Durch den Einsatz von 3D-Scannern konnte 4C nun die Anlagen in ihrem aktuellen Zustand erfassen und später vermessen. Die Kombination von Artec Leo und Artec Ray II ermöglichte es zudem, weder bei der Skalierung noch bei der Genauigkeit Kompromisse eingehen zu müssen und somit die Vorteile beider Technologien zu nutzen.

Leo und Ray II: Eine himmlische Allianz

Mit seinem integrierten Display, Akku und Prozessor kann Leo normalerweise problemlos große Objekte selbstständig erfassen. In diesem Fall wurde Ray II hinzugezogen, um die vielseitigen Scanfunktionen des Geräts um die Datenerfassung über größere Entfernungen zu ergänzen. Da der Roboterarm von Ray II hoch über dem restlichen Fahrzeug montiert war, war er für Leo besonders schwer zu erreichen – für Ray II hingegen problemlos.

Eine weitere Herausforderung war die Aufnahme der Unterseite. Die mehrere Tonnen schwere Maschine befand sich nur 80 cm über dem Boden, was ein Scannen von unten zu gefährlich machte. Die perfekte Lösung war hier, das Stativ von Ray II zu entfernen und es auf dem Boden zu positionieren. So konnte die Fahrzeugunterseite schnell und einfach aus allen Winkeln und ohne unnötige Risiken aufgenommen werden.

Artec Ray II neben dem Hydraulikarm des Kunden. Bild mit freundlicher Genehmigung von 4C Creative CAD CAM Consultants.

Um den Kundenanforderungen gerecht zu werden, wurde 4C auch beauftragt, die Treppe der Maschine zu erfassen. Hier zeigten Leo und Ray II ihr ganzes Können, wie Firmenmitinhaber Rogier Rappard erklärte.

„Sie wollten die Treppe des Fahrzeugs verlängern“, sagte Rappard. „Die Herausforderung bestand darin, die Geometrie der Treppe und der Handläufe präzise zu erfassen – man konnte leicht die Konturen verlieren. Mit Leo hätte das außerdem erfordert, viele Scans auszurichten. Stattdessen nahmen wir mit Ray II von der Seite auf. Anschließend setzten wir Leo ein, um die wichtigsten Teile hochauflösend und präzise zu scannen.“

Verschiedene Datensätze mit einem Klick zusammenführen

Beim 3D-Scannen liegt die Stärke oft in der Software. Dies gilt insbesondere für Artec Studio, das mit einer einzigartigen Funktion aufwartet: Smart Fusion. Diese kombiniert nicht nur Punktwolken von 3D-Scans aus kurzer und langer Reichweite, sondern nutzt auch die höchstmögliche Auflösung zum Erreichen optimaler Ergebnisse.

Wer die Datenverarbeitung als Nutzer vollständig steuern möchte, kann die Scans auch selbst ausrichten. 4C richtete seine Scans anhand geometrischer Merkmale aus und führte sie mithilfe des in der Software vorhandenen Algorithmus Sharp Fusion zusammen. Im Vergleich zum Arbeiten mit Zielmarken ist diese Methode laut Rappard „deutlich effizienter und zeitsparender“ und liefert dennoch eine herausragende Präzision.

Die Scan-Dezimierung erwies sich bei diesem Projekt als äußerst hilfreich, denn die Erfassung des gesamten Fahrzeugs mittels mit strukturiertem Licht funktionierenden 3D-Scannern hätte eine riesige Datei mit rund 50 GB Daten erzeugt. Durch die Dezimierung des finalen Modells und das Entfernen unnötiger Polygone konnte die Dateigröße auf nur 300 MB reduziert werden, wodurch die Weiterleitung an Drittanbieter-Software zur Bearbeitung deutlich vereinfacht wurde.

Artec Studio erlaubt das Teilen vollständig ausgearbeitete Polygonnetze und ermöglicht so auch einen intuitiven Dateiaustausch. Das Vergrößern von Punktwolken kann jedoch zu Verzerrungen führen und deren Messung erschweren. Punktwolken aus Ray II hingegen können direkt als texturierte, polierte und sofort einsatzbereite OBJ- und STL-Dateien versendet werden – und mit diesen Polygonnetze lassen sich CAD-Primitive problemlos für rechtwinklige Messungen verwenden.

Laut Rappard eröffnen die integrierten Werkzeuge von Artec Studio darüber hinaus eine Reihe weiterer Anwendungsmöglichkeiten, darunter die Merkmalsextraktion für Designreferenzen. In diesem speziellen Projekt erwiesen sich die gesammelten Daten als entscheidend für die Festigkeitsanalyse, die mittels Simulationen zur Sicherstellung der Modifikationsbeständigkeit durchgeführt wurde.

Technologie, die Nutzer „total begeistert“

Von der Forensik bis zur Verteidigungsindustrie – 4C findet immer wieder neue Anwendungsgebiete für Leo und Ray II, eine einzigartige Kombination im Bereich 3D-Scanning. Keine andere Lösung vereint LiDAR und handgeführte 3D-Scans mit strukturiertem Licht derart nahtlos – und neue Anwender sind von den Ergebnissen oft überwältigt.

„Bei jedem Kundenbesuch macht Artec Studio es mir unglaublich einfach, die präzise Ausrichtung vorzuführen. Man sucht einfach nach ähnlichen geometrischen Merkmalen in zwei Scans und richtet sie aus“, resümiert Rappard. „Sie fragen immer: ‚Kann man Scans kombinieren? Wie funktioniert das?‘ Wenn ich ihnen dann zeige, wie einfach es ist, sind sie jedes Mal von den Möglichkeiten dieser Technologie begeistert.“

Ein 3D-Modell von Gleisketten, aufgenommen mit Artec Leo in Artec Studio. Bild mit freundlicher Genehmigung von 4C.

Die Möglichkeit, große Objekte in jeder Umgebung zu digitalisieren, bietet auch in der Praxis Vorteile: In einem anderen Projekt etwa war 4C mit der Erfassung von Fabrikmaschinen beauftragt. Ohne 3D-Scanning hätte die Produktion für zwei bis drei Tage stillstehen müssen, um die Oberflächen zu vermessen. Leo reduzierte die Ausfallzeit auf nur zwei Stunden – und mit Ray II lässt sich dieser Ansatz problemlos skalieren.

Leo und Ray II können aber auch eigenständig eingesetzt werden. Im Fall dieses Fahrzeugs konnte Leo die gesamte Struktur hochauflösend digitalisieren, wobei auch Ray II große Objekte problemlos erfassen kann. Gemeinsam ermöglichten die beiden Scanner die Erstellung eines kompakten 3D-Modells mit hoher Genauigkeit. Angesichts dieser Vielseitigkeit ist es kein Wunder, dass die Technologie in der Industrie und darüber hinaus immer mehr an Bedeutung gewinnt.