Man kann auch schneller seine Formerfassung bewältigen, als es die Streifenprojektions-systeme schaffen – nämlich mit handlichen 3D-Scannern. Sie kommen auch an schwer erreichbare Flächen heran, sparen das aufwendige Setzen von Registriermarken und bieten noch dazu eine hervorragende Flächen-Digitalisierung im definierten Koordinaten-system. Bei BMW in München sind bereits drei ModelMaker von DESCAM im Einsatz, weil sie die Arbeitsabläufe drastisch verkürzen.

„Zeit ist Geld“, bringt Michael Kuffer, Leiter der Abteilung Formerfassung im Bereich Entwicklung / Design bei BMW, das Problem auf den Punkt, „jede Stunde, die wir schneller sind, bringt den Designern mehr Zeit für die Formfindung.“ In einer Zeit, in der neue Modelle schneller in den Markt gebracht werden müssen, ein entscheidender Vorteil. „Früher haben wir nur mit manuellen Messmaschinen gearbeitet und dabei viel Zeit verbraucht, um akzeptable Messdaten zu erhalten“, beschreibt Helmut Zens, Digitalisier-Ingenieur im Bereich Entwicklung / Design bei BMW, die Verän-derungen in seinem Arbeitsbereich. “Bei den manuellen Messmaschinen wurde in 25-mm-Schritten gearbeitet, die recht ungenaue Ergebnisse brachten und doch viel Zeit bean-spruchten. Bei 2-mm-Schritten war die Genauigkeit dann akzeptabel, aber der Zeitbedarf überdimensional groß.

Was vor etwa 10 Jahren noch eine Woche Arbeit beanspruchte“, quantifiziert Helmut Zens den Unterschied im Zeitbedarf, „ist heute in einem Arbeitstag erledigt.“ Eine Verbesserung im Ablauf brachte schon der Einsatz von Streifen-Projektionssystemen, die aber taktil eingemessene Registrierungspunkte brauchen, um die Punktewolke im Koordinaten-System richtig zu positionieren.

Helmut Zens, Digitalisier-Ingenieur bei BMW, bei der Arbeit: Das Scannerlicht streicht über den Kotflügel des neuen 7er BMW.

Ganz anders arbeitet der kleine, handliche 3D-Scanner ModelMaker von DESCAM, der seine flächenhafte Digitalisierung automatisch im Koordinatensystem liefert. BMW benutzt für sehr diffizile Formen den Sensor W 35 mit einer Laserstreifenbreite von 35 mm (der Punkt-abstand im Streifen beträgt 0,1 mm) und für normale Formen den Sensor W 70 mit einer Laserstreifenbreite von 70 mm (der Punkt-abstand im Streifen beträgt 0,2 mm). Darüber hinaus gibt es noch einen Sensor W 140 für großflächige Objekte (Laserstreifenbreite 140 mm, Punktabstand 0,4 mm). Das kleine, handliche Gerät beansprucht nahezu keine Vorbereitungszeit und ist sofort einsetzbar.

Es besteht aus einem Laserscanner und einem 7-Achsen-Koordinaten-Messarm. ModelMaker wird manuell bedient und lässt sich nach maximal drei Tagen Schulung höchst effektiv einsetzen. Das liegt zum einen an der konti-nuierlichen Datenerfassung, die on-line ein Bild des gescannten Objektes auf dem Bildschirm darstellt. „Der den Scanner führende Mitarbeiter kann sofort erkennen, wo noch ‚weiße Flecken‘ existieren und mit dem Scanner diesen Bereich nochmals überstreichen und damit die feh-lenden Daten erfassen“, beschreibt Sigmund Scriba, DESCAM-Geschäftsführer, den Ablauf. Zum anderen entfällt das zeitaufwendige Setzen von Registriermarken, die andere Form-erfassungssysteme benötigen, weil der 7-Achsen-Koordinaten-Messarm immer die absolute Position im Raum angibt. Das liegt an der Konzeption des Messarms, denn in jedem Gelenk befindet sich ein Drehgeber. „Und der Anwender wird sehr schnell erkennen“, setzt Sigmund Scriba noch eins drauf, „dass er auch Unterseiten, steile Flächen und Hinterschnitte bequem erfassen kann.“

Aus der vom Laserscanner ModelMaker gelieferten Punktewolke erzeugt die Software ein Dreiecksmaschennetz.

Was auf den ersten Blick schwierig aussieht, erweist sich in der Praxis als genial einfach: Der Mitarbeiter hält den Laserscanner in seiner Hand und führt den Lichtstreifen einfach über das zu scannende Objekt. Und weil er auf dem Bildschirm sofort das Ergebnis seiner Arbeit sieht, weiß er auch, ob er alle notwendigen Daten sauber erfasst hat. Dabei ist seine Gewichtsbelastung denkbar gering, denn der Scanner selbst wiegt nur rund 500 Gramm, und der Gewichtsanteil des 7-Achsen-Koordinaten-Messarms ist kaum größer. Das schwerste Objekt in diesem System ist der menschliche Arm selbst. Aber das ist kein Problem: „Auch nach einem 8-Stunden-Tag“, hat Scriba bei sich selbst festgestellt, „gibt es keine Ver-spannungen oder einen überlasteten Arm.“

Ein weiteres wichtiges Plus des Systems ModelMaker stellt seine Beweglichkeit dar. Es ist ortsungebunden, lässt sich auf einem Tisch fest installieren, kann ebenso auf einem fahrbaren Tisch durch die Werkhalle bewegt werden, oder lässt sich auf einem Stativ montieren, um größere Objekte zu scannen. Damit erschließt sich dem ModelMaker ein nahezu unbegrenztes Einsatzfeld.

Neben dem klassischen Bereich von Design und Formenbau kann ModelMaker auch in der Qualitätssicherung, Instandsetzung und Restauration sowie in der Ersatzteilfertigung eingesetzt werden. Darüber hinaus kann er auch im Benchmarking bei Produktanalysen und sogar in der Medizintechnik wertvolle Arbeit leisten.

Warum braucht man eigentlich im Bereich Entwicklung / Design überhaupt die Digitalisierung? „Die Skizzen der Designer werden von den Modelleuren in 3D-Modelle umgesetzt“, erläutert Michael Kuffer den Arbeitsablauf, „dann kommen wir, scannen das Modell und liefern so digitale Daten als Grundlage für Änderungen und die weitere Prozesskette.“ Bei symmetrischen Teilen genügt es, eine Hälfte zu scannen, die andere Hälfte entsteht dann im CAD-System durch Spiegelung, z.B. linke / rechte Türe oder gar von einer Modellhälfte ein komplettes Fahrzeug. Der Laserscanner liefert eine Punktewolke, die ModelMaker in ein Dreiecksmaschennetz wandelt, auf dem sich dann Fräsprogramme rechnen lassen.

Der Modelleur hat eine Tür-Innenverkleidung aus Clay- (Plastilin-) Masse modelliert. Jetzt produziert der 3D-Scanner ModelMaker die digitalen Daten des Modells.

Darum gehört zur Abteilung Formerfassung auch eine Werkhalle mit CNC-gesteuerten 5-Achs-Bearbeitungszentren, die aus den digitalen Daten dann geometrisch „echte“ Teile produzieren, an Hand derer die Verant-wortlichen letztlich die endgültige Form festlegen. Mit dem Schritt in Richtung Serienfertigung zeigt sich dann der Haupt-nutzen der digitalen Daten: Sie sind die Basis für CAD-Daten, aus denen heraus die CNC-Programme fürs Fräsen und fürs Rapid-Prototyping entstehen. Sie sind ganz wichtig für den Formenbau, der damit arbeitet und die Werkzeuge schafft, mit denen alle Teile am Auto – und bei BMW auch am Motorrad – produziert werden.

Michael Kuffer, Leiter der Abteilung Formerfassung im Bereich Entwicklung / Design bei BMW, zeigt auf ein filigranes Bauteil, das mit ModelMaker schnell und vollständig zu erfassen ist.

„Gerade bei den filigranen Teilen des Motorrades ist der 3D-Scanner von DESCAM unschlagbar“, beschreibt Helmut Zens die Leistungsfähigkeit des ModelMakers. Es ist eben nicht ganz einfach, mit einem Flächen-scanner sehr komplexe Geometrien zu erfassen, insbesondere wenn die Zugänglichkeit eingeschränkt ist. Hier ist der ModelMaker wirklich ohne Konkurrenz. Und das Helmut Zens sich nicht neben dem Motorrad auf den Boden knien muss, misst er 3 Punkte z. B. an der Motorradschwinge, baut sie aus und befestigt sie auf dem Tisch. Nun misst er sich mit dem Koordinaten-Messarm wieder über die 3 Punkte ein und führt den Laser-Lichtstreifen bequem über das Bauteil und erfasst so selbst versteckteste Flächen.

Auf Grund der geringen Baugröße des Lasersensors und der extremen Beweglichkeit auf dem 7-achsigen Arm kann er das Teil ringsherum von allen Seiten erfassen. Er kann sogar bei normaler Bürobeleuchtung oder bei Tageslicht scannen, denn der ModelMaker arbeitet bei allen Lichtverhältnissen. Dass die Daten dazu noch im Koordinatennetz des eingemessenen Motorrades erzeugt werden ist ein großer Vorteil, der durch die selbst-verständliche Zusammenarbeit zwischen Koordinaten-Messarm und Laserscanner gegeben ist. Ganz entscheidend dabei ist die Absolut-Position der Messwerte, für die der 7-Achsen-Koordinaten-Messarm mit den Drehgebern in seinen Gelenken sorgt.

„Wir brauchen eine möglichst genaue Messung des Modells“, macht Michael Kuffer deutlich, „und sollten die Modell-Belegungszeit reduzieren.“ Mit dem ModelMaker konnten die gestellten Anforderungen voll erfüllt werden, denn mit der erheblich höheren Punkte-auflösung ergibt sich automatisch eine höhere Genauigkeit. Zudem lässt sich ModelMaker über Scanparameter jederzeit ideal an die zu erfassende Kontur anpassen und so ein sehr gezieltes Messen realisieren. Über den Zeit-vorteil von über 30 Prozent in der Summe redet heute kein Mensch mehr – er ist Normalität geworden. Aber bevor BMW die 3 ModelMaker gekauft hat, wurde die Dienstleistung „Scannen mit ModelMaker“ eingekauft, um risikofrei den kleinen 3D-Scanner testen zu können. Heute ist er eingeführt und wird voll genutzt.

Und doch gibt es noch Wünsche bei BMW: Die Digitalisierer träumen davon, ihre Daten einfach so über Nacht zu bekommen. „Das ist durch-aus möglich“, zeigt Sigmund Scriba, DESCAM-Geschäftsführer, Wege zur Realisierung auf, „wir können unseren ModelMaker auch einem Industrie-Roboter ‚in die Hand‘ geben, der könnte dann die erforderliche Digitalisierungs-arbeit automatisch über Nacht leisten.“ Natürlich weiß auch Scriba, dass ein Wege-programm für die Roboterbewegungen erstellt werden müsste, was heute noch sehr auf-wendig ist und für das Scannen von Unikaten sicher nicht wirtschaftlich. Aber wer weiß, was vielleicht schon in naher Zukunft möglich ist.