3D-Scan

Maschinenfabrik Harry Lucas - Verminderung von "Verschwendung" beim Reverse Engineering

Im Rahmen eines Projektes zeigte das Team des Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Kiel das Potenzial von Streifenlichtprojektion zur dreidimensionalen Erfassung von Oberflächen (3D-Scan) an maschinenbaulichen Bauteilen auf. Weiterhin wurde ein „Best Practice“ zur Aufbereitung der hierbei erfassten Punktewolken zu verwertbaren Fertigungsdokumenten skizziert.

Harry Lucas Textilmaschinen
ca. 100 Mitarbeitende
Vernetzte Produktion / Maschinenbau
Prozessanalyse

Das Vorgehen kann zum Reverse Engineering von vorliegenden Bauteilen genutzt werden, um

Ersatzteile herzustellen
Fertigungsprozesse zu optimieren
Dokumentation zu erstellen

Die Ausgangssituation

Die Maschinenfabrik Harry Lucas GmbH & Co. KG hat sich auf die Entwicklung und Herstellung von Strickmaschinen spezialisiert. Die Textilmaschinen sind für den vielseitigen Einsatz in der technischen, medizinischen und modischen Industrie bestimmt.

Durch das große Produktsortiment und die langen Produktlebenszyklen kommt es vor, dass dreidimensionale Modelle zu Komponenten benötigt werden, zu denen bisher keine 3D-Konstruktionsdaten vorliegen. Die hohe Genauigkeit konventioneller Vermessung wird hierbei teilweise nicht benötigt. Es zeigt sich daher ein Potenzial, durch 3D-Scan der Komponenten Verschwendung zu minimieren.

Verschwendung ist ein Begriff aus dem Lean Management. Lean Management ist eine Methode zur kontinuierlichen Prozessoptimierung. Ziel ist die effiziente Gestaltung der gesamten Wertschöpfungskette – sprich Steigerung der Produktivität - und die Minimierung von Verschwendung. Betrachtet werden u.a.

die Einrichtung und Ausstattung der einzelnen Arbeitsplätze
die gezielte Vermeidung nicht wertschöpfender Tätigkeiten
die Materialvorhaltung
das Lagermanagement
die Organisation der Zuliefererketten
die Qualitätssicherung

Die Vorgehensweise

Nach Klärung der akzeptablen Toleranzen in Bezug auf Form- und Lageabweichung wurde die Technologie der Streifenlichtprojektion als vielversprechend eingestuft.

Nach Übergabe von Referenzkomponenten konnte mit den Vorabreiten des 3D-Scans begonnen werden. Durch die glänzende Beschaffenheit vieler Bauteile musste eine geeignete Mattierung aufgebracht werden, da der Prozess empfindlich auf spiegelnde Oberfläche ist. Die Mattierung trägt eine im Verhältnis zur Erfassungsauflösung nicht relevante Dünnschicht Material auf die Komponenten auf, die nach erfolgreichem Scan von den Komponenten abgewaschen werden kann.

Im Anschluss an die Komponentenvorbereitung wurde ein geeigneter 3D-Scan Plan erstellt. Da die Komponenten allseitig erfasst werden mussten, teilt sich die Erfassung in Ober- und Unterseite. Jeweils werden auf einem Drehteller eine Anzahl Aufnahmen aus unterschiedlichen Winkeln geplant. Zum Einsatz kam ein HP 3D Structured Light Scanner Pro S3.

Im nächsten Prozessschritt konnten die Einzelaufnahmen zu einer zusammenhängenden Punktewolke verschmolzen werden. Dies ist ein teilautomatisierter Prozess, der nur wenig Arbeitszeit benötigt. Zum Scanner passend bietet der Hersteller 3D Scan Software Pro v5 an.

Auf Basis der Punktewolke konnte in einem CAD ein Flächenmodell erstellt werden. Hierbei muss darauf hingewiesen werden, dass bei der Erstellung des Flächenmodells eine Anzahl von Annahmen getroffen werden müssen, die ein technisches Verständnis der Komponenten voraussetzen. Nur mit den korrekten Annahmen (Beispielsweise Lage von Symmetrieebenen, Konzentrizität von Stufenbohrungen, Kolineariät korrespondierender Lagerung) entsteht ein funktionierendes Modell der Komponente. Wir haben hierzu ein branchenübliches CAD eingesetzt.

Das gewonnene Flächenmodell kann im Anschluss ähnlich einem konservativ erstellten CAD Modells verwendet werden.

Projektergebnis

Die These, dass durch den Einsatz von Streifenlichtprojektion basierter Oberflächenerfassung zum Reverse Engineering konnte belegt werden. Durch den erarbeiten Prozess steht ein Best Practice für die gestellten Anforderungen zu Verfügung. Es konnte gezeigt werden, das durch 3D-Scan von Komponenten Verschwendung vermindert werden kann.

Anforderungsfestlegung Bauteilvorbereitung Scan-Flächenrückführung

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