Vollautomatische robotergestützte 3D-Erfassung ohne Teaching

Der vom Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD, Darmstadt, gemeinsam mit seiner Ausgründung Verus Digital GmbH, Darmstadt, entwickelte 3D-Digitalisierroboter ist in der Lage, ohne vorheriges Teaching beliebige industrielle Bauteile mit Auflösungen bis zu 10 µm dreidimensional zu vermessen. Vollständige 3D-Modelle von Objekten und Bauteilen können somit nahezu ohne Benutzereingriff erzeugt werden.

Anders als beim 2D-Scannen muss das Objekt beim 3D-Scanning zusätzlich aus verschiedenen Blickwinkeln erfasst werden, entweder mit handgeführten oder robotergestützten Scannern. Beim robotergestützten 3D-Scanning fährt ein Roboter üblicherweise vordefinierte Positionen und Orientierungen an, um das Objekt möglichst vollständig zu erfassen, d.h. der Roboter „übernimmt“ die Bewegungen, die beim handgeführten Scannen ein Mensch durchführt. Dazu muss der Roboter programmiert bzw. ge“teach“t werden. Soll ein Objekt erstmals dreidimensional erfasst werden, so stellt sich die Frage, welche Positionen der Roboter anfahren muss, um es vollständig und genau zu erfassen. Anders als bei einem 2D-Scan ist die Automatisierung von 3D-Scans die größte Herausforderung.

Das neue System des Fraunhofer IGD setzt hier an: Dank intelligenter, eigens entwickelter Algorithmen zur dynamischen Pfadplanung erfasst der Roboter Objekte autonom, vollständig und hochauflösend mit einer Präzision bis zu 10 Mikrometern. Zudem ist die Handhabung des Systems sehr benutzerfreundlich: Nach der Positionierung des Objekts startet der Scanvorgang per Mausklick, läuft automatisch durch, bis alle von außen sichtbaren Oberflächen erfasst sind, und erzeugt ohne manuelle Nacharbeiten 3D-Modelle für unterschiedliche Anwendungen, z. B. die industrielle Qualitätskontrolle.

Die Technologie wird bereits in Museen zur Digitalisierung von Kulturgütern eingesetzt und bietet zudem großes Potenzial für die industrielle Qualitätssicherung. Zudem ist sie bereits beim Rückbau von Kernkraftwerken im Einsatz. Bei letzterem werden Bauteile nicht nur autonom erfasst, sondern auch bearbeitet, indem sie mittels Ultrahöchstdruckwasserstrahlen entschichtet werden.

Das 3D-Erfassungssystem ist modular aufgebaut und in zwei Varianten verfügbar, einer kompakten Desktop-Version und einer „Schwerlastlösung“ für große Objekte bis zu 2 Metern Höhe.