3D Scanner
Optimierung der 3D-Messung für Reverse Engineering
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Tags:
- R&D , 3D-Datenerfassung
Wichtige Punkte im Überblick
- 3D-Scanning erzeugt berührungslos detailreiche 3D-Modelle für Inspektion, Reverse-Engineering und Prototyping.
- Die Modellreihe VL-800 erfasst 360°-Scans; keine Vorrichtungen oder Referenzaufkleber nötig.
- Scandaten ermöglichen CAD-Erstellung, DXF/ STL-Export und präzise Querschnitts- sowie GD&T-Analysen.
- Berührungslose Messung reduziert Bedienereinfluss, beschleunigt Prüfzyklen und erlaubt 100%-Kontrollen.
Reverse Engineering ist eine Technik, die aufgrund der erheblichen Vorteile in F&E-Prozessen sowie in der Teilefertigung zunehmend an Bedeutung gewinnt. Beispielsweise können Entwicklungszeiten verkürzt und Kosten reduziert werden. Ebenso bietet diese Methode Vorteile in der Fertigung, etwa bei der Wiederherstellung verschlissener Werkzeuge oder der Reproduktion von Bauteilen ohne vorhandene Zeichnungen.
Gleichzeitig bringt Reverse Engineering Herausforderungen mit sich, darunter aufwendige Messprozesse sowie der Bedarf an fortschrittlicher Technologie und hohem Personalaufwand.
Von 3D-Scannern, die sich in den letzten Jahren stark verbreitet haben, wird erwartet, dass sie diese Herausforderungen lösen können.
Dieser Abschnitt vermittelt grundlegende Kenntnisse zum Reverse Engineering, beschreibt die eingesetzten 3D‑Scanner und stellt zentrale Lösungsansätze vor.
Reverse Engineering
Reverse Engineering umfasst die Analyse bestehender Produkte, Bauteile oder Software, um deren Struktur zu untersuchen, Konfigurationen zu vermessen oder Quellcodes zu analysieren und die zugrunde liegenden Technologien sowie das Design offenzulegen. In der Fertigungs- und Bearbeitungsindustrie bezeichnet es eine Technik zur Vermessung der Form eines Produkts oder Bauteils mit dem Ziel, daraus Zeichnungen zu erstellen. Üblicherweise werden Produkte auf Basis von Zeichnungen gefertigt – beim Reverse Engineering erfolgt dieser Prozess umgekehrt, indem aus dem Produkt Zeichnungen erstellt werden. Daher die Bezeichnung „Reverse Engineering“.
A: Produkt B: Reverse Engineering
(1) Formerfassung (2) Analyse und Datenverarbeitung (3) CAD-Daten (Konstruktionsdokumente)
Ziele des Reverse Engineering
Mit Reverse Engineering können durch Vermessung realer Produkte Konstruktionszeichnungen reproduziert und CAD-Daten erstellt werden. Beispielsweise können Zeichnungen für Bauteile erstellt werden, die von Wettbewerbern gefertigt wurden, für Produkte, deren Zeichnungen aufgrund von Insolvenz des Herstellers oder Alters nicht mehr existieren, oder für Prototypen ohne detaillierte Zeichnungen.
Reverse Engineering verkürzt Entwicklungszeiten und senkt Kosten, indem neue Produkte unter Bezugnahme auf bestehende Konstruktionen entwickelt werden. Zudem kann der Entwicklungszyklus verkürzt und die Markteinführung beschleunigt werden.
In der Fertigung unterstützt Reverse Engineering die Wiederherstellung verschlissener Werkzeuge sowie die Reproduktion von Bauteilen ohne Zeichnungen und trägt zur Sicherung der Produktionsqualität sowie zur Gewinnung neuer Aufträge bei.
Rechtliche Aspekte beim Reverse Engineering
Reverse Engineering ist grundsätzlich eine legale Tätigkeit. Produkte können jedoch Patente oder urheberrechtlich geschützte Inhalte enthalten. Bei der Nutzung der Analyseergebnisse ist daher sorgfältig darauf zu achten, keine Schutzrechte zu verletzen.
Beispielsweise kann die Nutzung patentierter Technologien oder von Informationen, die unter die drei Kriterien eines Geschäftsgeheimnisses gemäß dem Gesetz gegen den unlauteren Wettbewerb fallen (Geheimhaltung, wirtschaftlicher Wert, Nicht- Offenkundigkeit), unzulässig sein.
Vor der Nutzung der gewonnenen Informationen ist daher sicherzustellen, dass keine Verstöße gegen das Patentrecht oder das Wettbewerbsrecht vorliegen.
In Reverse Engineering eingesetzte 3D-Scanner
Es kann ohne Übertreibung gesagt werden, dass Reverse Engineering in der dimensionsbezogenen Vermessung von Bauteilen erst durch die Leistungssteigerung und Kostensenkung von 3D-Scannern ermöglicht wurde.
Was ist 3D-Scanning?
3D-Scanning ist eine Technologie zur Umwandlung der dreidimensionalen Form eines Objekts in digitale Daten. Es wird auch als 3D-Digitalisierung bezeichnet.
Mittels LED-Licht, Laserstrahl oder taktilem Taster wird die Oberfläche des Produkts erfasst. Anschließend werden Koordinatendaten in X- (Höhe), Y- (Breite) und Z-Richtung (Tiefe) aufgenommen, um 3D-Daten zu erzeugen.
Brücken-Koordinatenmessmaschine
Taktile 3D-Scanner
Berührende 3D-Scanner nutzen einen Taster, der punktuell an der Oberfläche ansetzt und Koordinatenwerte erfasst. Im Vergleich zu berührungslosen Systemen bieten sie eine hohe Messgenauigkeit und können auch reflektierende Oberflächen messen.
Allerdings sind enge Bereiche, die der Taster nicht erreicht, nicht messbar. Auch die messbare Objektgröße ist begrenzt. Da punkt- oder linienweise gemessen wird, ist die Datenerfassung bei großen Oberflächen zeitaufwendig.
Ein typisches Beispiel ist eine Brücken-Koordinatenmessmaschine.
3D-Scanner der Modellreihe VL-800
Berührungslose 3D-Scanner
Diese Systeme projizieren LED-Licht oder Laser auf das Objekt und erfassen 3D-Profilinformationen durch Analyse der Laufzeit oder des Reflexionswinkels.
Zu den Verfahren gehören Streifenlichtprojektion und Lichtschnittverfahren. Es existieren stationäre und handgeführte Systeme. Häufig wird zunächst mit einem stationären System gescannt und anschließend mit einem Handscanner schwer zugängliche Bereiche erfasst. Handgeführte Systeme weisen jedoch häufig eine geringere Genauigkeit auf, da die Bewegung des Anwenders die Messergebnisse beeinflussen können. Stationäre Systeme sollten neben der Form auch Koordinaten- oder GD&T-Auswertungen sowie Querschnittsmessungen unterstützen.
Röntgen-CT-Scanner
Ein Röntgen-CT-Scanner ist ein 3D-Scanner, der neben der äußeren Form auch innere Strukturen erfassen kann. Das Messprinzip entspricht dem eines medizinischen CT-Scanners. Er wird für zerstörungsfreie Prüfungen eingesetzt, etwa zur Detektion von Rissen, Lufteinschlüssen in Gussteilen, Schweißnahtfehlern oder Fremdkörpern sowie zur Maßprüfung. Aufgrund der hohen Anschaffungskosten ist der Einsatzbereich jedoch eingeschränkt.
Nutzung von 3D-Daten im Reverse Engineering
Auf Basis der 3D-Scandaten können CAD-Daten erstellt und Simulationsanalysen durchgeführt werden. Zudem lassen sich die Daten für 3D-Druck oder CAM-basierte Fertigungsprozesse verwenden.
Erstellung von CAD-Daten
Aus den Messdaten werden Oberflächendaten erzeugt und irrelevante Bereiche entfernt. Dadurch können 2D- oder 3D-CAD-Daten für Produkte ohne vorhandene Zeichnungen erstellt werden.
Oberflächen Daten
CAD-Daten
3D-Druck oder CAM
3D-Scans können in Mesh-Daten im STL-Format konvertiert werden. STL-Dateien werden von den meisten 3D-CAD-Systemen unterstützt und häufig im 3D-Druck eingesetzt.
Durch die Nutzung der STL-Daten lassen sich schnell Prototypen und Repliken erstellen.
Messdaten
STL-Daten
Simulationsanalyse
Sind CAD-Daten verfügbar, können Strömungsanalysen, Wärmebeständigkeitsprüfungen oder Festigkeitsanalysen durchgeführt werden.
Durch Evaluierung unter Variation von Parametern kann der PDCA-Zyklus effizient umgesetzt und Fehlerprävention unterstützt werden.
Effizienzsteigerung im Reverse Engineering mit dem 3D-Scanner der Modellreihe VL-800
Beim Reverse Engineering ist die vollständige Vermessung der gesamten Produktgeometrie erforderlich. Dies setzt hohe Präzision und schnelle Messabläufe voraus. Zusätzlich müssen Koordinaten-, GD&T- sowie Querschnittsanalysen möglich sein.
Zur Erfüllung dieser Anforderungen hat KEYENCE den 3D-Scanner der Modellreihe VL-800 entwickelt. Der VL-800 erfasst die 3D-Form der gesamten Oberfläche berührungslos und ermöglicht sofortige, reproduzierbare quantitative Messungen.
Der Objekttisch kann unter der Lichtquelle rotieren, sodass das Bauteil aus allen Richtungen gescannt werden kann.
Vorteil 1: Vollständige 360°-Messung
Der VL-800 erfasst 360°-3D-Daten rund um das Bauteil. Freiformflächen und komplexe Geometrien können vollständig gemessen werden. Eine Positionierung oder Ausrichtung ist nicht erforderlich. Selbst Anwender ohne messtechnische Vorkenntnisse können schnell präzise Messungen durchführen.
Bis zu 16 Millionen Datenpunkte können in einer Aufnahme erfasst werden, sodass die reale Bauteilgeometrie präzise reproduziert wird.
Vorteil 2: Detaillierte Querschnittsanalyse an beliebigen Stellen
Zerstörungsfreie Präzisionsmessungen sind auch bei zuvor schwer zugänglichen Querschnitten möglich.
Referenzebenen können in den 3D-Daten beliebig definiert werden, um Querschnittsanalysen aus jeder Richtung durchzuführen. Die gewonnenen Daten können in DXF-Dateien konvertiert werden. Da DXF-Daten in 2D-CAD dargestellt werden können, lassen sich Maße auswerten und Zeichnungen im Rahmen des Reverse Engineering erstellen.
Entdecken Sie, wie der 3D-Scanner der Modellreihe VL-800 die Qualitätssicherung branchenübergreifend revolutioniert und Effizienz sowie Zuverlässigkeit in Ihren Messprozessen gewährleistet. Fordern Sie noch heute eine Demo an!
Querschnittsmessung eines Ventilgehäuses
Zusammenfassung: Verbesserte Reverse-Engineering-Fähigkeiten
Die Modellreihe VL ermöglicht 3D-Scans zur präzisen Erstellung eines 3D-Modells des Zielobjekts für Messzwecke in Höchstgeschwindigkeit.
- Da Oberflächendaten erfasst werden, kann das vollständige Profil bestimmt und an jeder beliebigen Stelle gemessen werden.
- Eine Positionierung ist nicht erforderlich – das Objekt wird einfach auf dem Messtisch platziert und per Klick gemessen.
- Berührungslose, präzise Messungen sind auch bei weichen Materialien wie Gummi oder flexiblen Kunststoffen möglich.
- 3D-Formen können als Farbkarte dargestellt werden, wodurch visuell verständliche Vergleiche mit CAD-Modellen erleichtert werden.
- Mehrere Messdatensätze können einfach und quantitativ verglichen und analysiert werden.
Die Modellreihe VL verbessert Reverse Engineering grundlegend, indem sie eine schnelle Datenerfassung, präzise Messungen und einen effizienten Vergleich gescannter Daten mit CAD-Modellen ermöglicht.
