3D-Laser-Scanner: Auf diese 5 Kriterien kommt es an

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3D-Laser-Scanner: Auf diese 5 Kriterien kommt es an

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3D-Laser-Scanner sind zu einem wichtigen Hilfsmittel in der Produktentwicklung geworden. Worauf kommt es bei der Auswahl an?
3D-Laser-Scanner

Genau soll er sein. Doch was ist genau? Die Wiederholgenauigkeit ist auch wichtig, was ist damit gemeint? Hier am Beispiel des FreeScan UE ein Überblick über die relevanten Auswahlkriterien für einen industriellen 3D-Laser-Scanner.

1. Genauigkeit

Beim Messen mit einem 3D-Laser-Scanner wird die Differenz zwischen dem tatsächlichen Messwert (oder dem Durchschnittswert der Messung) und dem tatsächlichen Wert als Fehler bezeichnet. Je kleiner der Fehler, desto höher ist die Genauigkeit.

Der FreeScan UE verwendet den von Shining 3D entwickelten GREC-Algorithmus (Global Registration Error Control), der eine Genauigkeit von 0,02 Millimeter und eine Volumengenauigkeit von 0,02 Millimeter + 0,04 Millimeter/Meter gemäß VDI/VDE-Prüfnormen erreichen kann. So erfüllt der Scanner die Prüfanforderungen verschiedener Anwendungsszenarien.

Die Angabe der Volumengenauigkeit mit 0,02 Millimeter + 0,04 Millimeter/Meter mag zunächst umständlich erscheinen, jedoch ist damit gemeint, dass der Scanner bei einem einzelnen Scan eine Abweichung von 0.02 Millimetern zu den tatsächlichen Maßen des Objekts aufweisen kann. Der Längenfehler auf einen Meter beträgt 0,04 Millimeter. Daraus resultiert die Formel 0,02 Millimeter + 0,04 Millimeter/Meter, mit der die Volumengenauigkeit beschrieben ist.

Genauigkeitsprüfung: Entsprechend der VDI/VDE-Prüfnorm wurde mit dem FreeScan UE eine Kugelnormale mehrfach gescannt. Die gewonnenen Daten wurden in die Messsoftware importiert und der sphärische Abstand jeder Messung mit den Standardwerten der Normalen verglichen. Wichtig ist dabei zu wissen, dass der sphärische Standardabstand der Normalen von einer offiziellen Institution zertifiziert ist.

Die Messergebnisse hatten beim FreeScan UE gezeigt, dass die maximale Abweichung 0,0474 Millimeter und die minimale Abweichung 0,0013 Millimeter beträgt, was auf eine ausgezeichnete Genauigkeit hinweist.

3D-Laser-Scanner
Zur Prüfung der Wiederholgenauigkeit werden mehrere Messungen an einem Objekt durchgeführt und miteinander verglichen. Bild: Shining 3D

2. Wiederholbarkeit – der Aspekt der Präzision

Die Messgenauigkeit umfasst nicht nur die Richtigkeit, sondern auch die Präzision der Messung. Präzision bezieht sich auf den Grad der Übereinstimmung zwischen Werten, die unter den gleichen Bedingungen wiederholt gemessen wurden.

Die Genauigkeit eines Scanners lässt sich am Beispiel eines Bogenschützen veranschaulichen. Nur wenn der Schütze in der Lage ist, einen Volltreffer zu landen und diese Trefferquote bei jedem Schuss beizubehalten, ist er ein exzellenter Schütze. Die Genauigkeit wird als Abweichung zwischen jedem Treffer bezeichnet, während die Präzision die Abweichung zwischen mehreren Treffern beschreibt.

Geringe Genauigkeit und Präzision: Alle Punkte sind verstreut und weit vom Zentrum der Zielscheibe entfernt. Ein 3D-Scanner mit diesen Attributen wäre weder genau noch präzise.

Bei niedriger Genauigkeit, aber hoher Präzision wird das Ziel in einer zentralen Position getroffen, die Treffer sind aber weit vom Mittelpunkt entfernt. Solch ein Messgerät wäre also nicht sehr genau, aber die Messungen liegt innerhalb eines bestimmten Bereichs sehr stabil – ist also gut wiederholbar.

Hohe Genauigkeit und geringe Präzision: Die Trefferpunkte sind zwar alle in der Mitte der Zielscheibe, aber sehr verstreut. Ein 3D-Scanner mit diesen Attributen wäre zwar genau aber unbeständig.

Hohe Genauigkeit und Präzision: Der Schütze liefert mehrere Volltreffer in die Mitte und in Reihe. Analog ist solch ein 3D-Scanner bei seinen Messungen genau und präzise.

Beim Messen der Wiederholgenauigkeit werden mehrere Messungen an einem Objekt durchgeführt. Bei der Genauigkeitsüberprüfung konnte durch den Vergleich zwischen dem sphärischen Abstand der Kugelnormalen und dem Standardwert darauf geschlossen werden, dass FreeScan UE die Abweichung bei mehreren Messungen bis zu 0,0013 Millimeter halten kann. Um dies zu verifizieren, wurden zwei Musterteile gemessen und die Daten zur Abweichungsanalyse importiert.

3. Einfache und schnelle Anwendung

Die Leichtgängigkeit und Effizienz des Scanvorgangs sind entscheidend für das Anwendererlebnis eines 3D-Scanners.

Der FreeScan UE erreicht einen maximalen Scanbereich von 510 x 520 Millimetern. Durch den integrierten intelligenten Algorithmus ermöglicht dies schnelles und reibungsloses Erhalten hochwertiger Scan-Daten.

Beispiel: Ein Auto mit glänzend schwarzer Lackierung wurde gescannt, um den komplikationslosen Scanablauf zu demonstrieren. Vor dem Scan wurden Referenzpunkte auf der Karosserie angebracht (Aufwand rund 5 Minuten). Die Oberfläche kann danach direkt gescannt werden. Mit dem FreeScan UE dauerte es etwa 7 Minuten, um den Scan des halben Fahrzeugs abzuschließen.

3D-Laser-ScannerQuelle: Shining 3D
Bild: Shining 3D

4. 3D-Laser-Scanner: Mobil und leicht

Mit der kontinuierlichen Verbesserung der 3D-Scantechnologie und der Diversifizierung der Anwendungsszenarien steigen die Anforderungen an den Bedienkomfort stetig. Bei der Entwicklung des FreeScan UE stand die Verbesserung der Anwenderfreundlichkeit im Vordergrund.

Neben der Konzentration auf die Leistungsfähigkeit des Produkts wurde auch das Gewicht des Geräts berücksichtigt. Mit einem Gewicht von nur 670 Gramm und dem im Lieferumfang enthaltenen Trolley kann das Gerät problemlos überall hin mitgenommen werden.

5. Kompatibel mit gängiger Software

Bei der Nutzung eines 3D-Scanners beeinflusst der Grad der Kompatibilität mit Verarbeitungssoftware die Zufriedenheit des Nutzers maßgeblich. Die mit dem FreeScan UE gescannten Daten kann er problemlos in jede gängige Software für Reverse Engineering und Qualitätskontrolle importieren.

3D-Laser-Scanner
Seit 2004 forscht Shining 3D an Technologien zur 3D-Digitalisierung und Inspektion. Bild: Shining 3D

3D-Laser-Scanner: Ein Fazit

Im Allgemeinen hängt die Leistungsbewertung von einem 3D-Laser-Scanner hauptsächlich von den fünf genannten Aspekten ab: Die Genauigkeit ist der Kernstandard, aber auch die Wiederholbarkeit sollte berücksichtigt werden; ein reibungsloser Scanvorgang, Anwenderfreundlichkeit und Softwarekompatibilität sind ebenfalls wichtige Kriterien.

Natürlich ist auch immer die Anwendung und das oft komplexe Einsatzszenario essentiell für perfekte Scan-Ergebnisse – die Experten von Shining 3D helfen mit ihrem Know-how gerne weiter.

Seit 2004 forscht Shining 3D an Technologien zur 3D-Digitalisierung, Inspektion und der digitalen Zahnmedizin und hält zahlreiche Patente in diesen Bereichen. Erklärtes Ziel ist, 3D-Digitalisierung und 3D-Inspektionstechnologien für jedermann zugänglich zu machen.

Der Autor David Willers ist Senior Application Engineer bei Shining 3D.

Lesen Sie auch: Virtual Prototyping: Auf dem Weg in die digitale Karosseriefabrik

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