Optische 3D-Messtechnik

Der schnelle Weg von realen, dreidimensionalen Modellen zur Punktewolke oder zum Flächen- bzw. 3D-CAD Modell

Statt einzelner Punkte wie bei einem KMM, erfasst der 3D-Scanner die gesamte Bauteilgeometrie flächenhaft in einer hochauflösenden Punktewolke. Das System arbeitet berührungslos und liefert dreidimensionale Messdaten für verschiedenste Bauteile wie zum Beispiel Bleche, Werkzeuge und Formen, Turbinenschaufeln, Prototypen, Spritz- und Druckgussteile. Zum Digitalisieren von Objekten steht am IPPE ein ATOS III Triple Scan System zur Verfügung.

Die Scaneinheit arbeitet mit einem Projektor und zwei optischen Sensoren mit einer Auflösung von je 8.1 MP. Der Projektor projiziert mit schmalbandigem blauem Licht verschiedene Streifenmuster phasenverschoben auf das Messobjekt. Dies erlaubt sehr präzise Messungen, unabhängig von den Lichtverhältnissen der Umgebung. Diese Punktewolke wird in ein Polygonnetz umgewandelt und beschreibt die Oberfläche äusserst präzise.

Anwendungsgebiete:

• Digitalisieren von Freiformflächen, Rückführung in CAD-Modelle
• Soll-Ist-Vergleich mit CAD-Daten (Beispiel siehe unten)
• Qualitätskontrolle/Prozessüberwachung
• Gestalt- und Funktionsoptimierung von bestehenden Produkten Katamaran
• Erfassung von Design-Prototypen für neue Produktentwicklungen
• Erfassung nicht elektronisch dokumentierter Geometrien zur Datensicherung (z.B.: Kulturgüterschutz)
• Herstellung von Kopien von Kulturgütern (z.B. Statuen)

Bauteile und Strukturen punktuell optisch vermessen (sowohl Form wie auch Deformation)

Zur berührungslosen und exakten Erfassung der 3D-Koordinaten ausgewählter Punkte eines Messobjekts, kommt ein optisches Messverfahren, die sogenannte Photogrammetrie, zum Einsatz. Dabei werden an den zu vermessenden Stellen uncodierte Referenzpunktmarken angebracht. Zusätzlich werden auf und um das Messobjekt codierte Referenzpunktmarken aufgeklebt, bzw. magnetisch angebracht. Anschliessend werden von allen Seiten und aus verschiedenen Blickwinkeln Messbilder aufgenommen. Zur Dimensionsbestimmung des Messobjekts dienen Referenzmassstäbe, welche neben dem Objekt platziert werden.

Anwendungsgebiete:

• Vermessung grosser Objekte und Strukturen (z.B. Schiffsrumpf)
• Punktuelle, quasi-statische Deformationsanalyse (Vergleich vorher/nachher)
• Aufnahme von Referenzpunkten für anschliessendes 3D-Scanning (für grosse Messobjekte zur Verbesserung der Messstabilität)
• Reverse Engineering von Bauteilen mit Hilfe von Stützpunkten
• Schnelles, punktuelles Digitalisieren von Objekten

Berührungslose Messung der Dehnung von Bauteilen (quasistatisch oder high speed)

Mit dem optischen Dehnungsmesssystem (ARAMIS) können Dehnungen gemessen bzw. bei bekanntem Werkstoff die Oberflächenspannungen berechnet werden. Zur Messung können der optische 3D-Scanner (GOM ATOS III) oder auch zwei Highspeedkameras (Photron SA-5) eingesetzt werden. Der Einsatz dieser Messsysteme ermöglicht Dehnungsmessung unterschiedlicher Bauteilgrössen. Für die Messung werden die zu untersuchenden Stellen mit einem stochastischen Sprenkelmuster versehen (Abb.1). Möglich sind verschiedene Versuchsabläufe von quasi-statischen bis hin zu hoch-dynamischen Versuchen mit entsprechender Auswertung in 2D oder 3D.

Anwendungsgebiete:

• Materialprüfung
• Charakterisierung von Kriech- und Alterungsprozessen
• Ermittlung von Materialkennwerten
• Untersuchung des Risswachstums in der Bruchmechanik
• Festigkeitsbeurteilung
• Bauteildimensionierung
• Validierung von FE-Modellen
• Analyse des Verformungsverhaltens homogener und inhomogener Werkstoffe
• Untersuch des nicht-linearen Verhaltens von Bauteilen
• Bestimmung von Grenzformänderungskurven