In den letzten Jahrzehnten bevorzugten Qualitätssicherungsfachleute in der Industrie Abtastsysteme, da sie größere Genauigkeiten garantierten als optische Systeme. Mittlerweile löst das 3D-Scannen sie ab.

Warum vertrauen Branchenexperten heute auf das 3D-Scannen und messen ihm solch eine wichtige Rolle in der Qualitätssicherung bei? Der Hauptgrund, dass taktiles Messen und 3D-Scannen heute als gleichwertig anerkannt werden, besteht darin, dass 3D-Scanner mittlerweile eine Genauigkeit erreichen, die sich den herkömmlichen Abtastverfahren annähert. Überdies liefert das 3D-Scannen mehr Daten, mehr Einzelheiten und eine größere Informationsmenge für die Qualitätssicherung: das ist Motivation genug, sich für diese Technik zu entscheiden.

Was hat zur gesteigerten Genauigkeit beim 3D-Scannen geführt?

Die Leistungsfähigkeit eines 3D-Scanners hängt von den konstruktiv bedingten Bestandteilen ab. Kameras und fortschrittliche optische Kalibriertechniken, beides wichtige Bestandteile eines 3D-Scanners, haben eine beträchtliche Auflösung erreicht. Auch Lichtquellen sind heute klarer umrissen als früher. Diese zuverlässigeren Komponenten führen zu einer höheren Genauigkeit. Und das 3D-Scannen wird sich weiterentwickeln. Wie bei Computern werden Innovationen weiterhin auf die Erwartungen der Branche ausgerichtet sein.

Bedarf an Automatisierung

Die Industrie von morgen geht in Richtung automatisierte Qualitätssicherung. In der Industry 4.0, in der der gesamte Fertigungsprozess verkettet, integriert und automatisiert ist, ist das 3D-Scannen besser für die Teileprüfung während der Fertigung geeignet als die taktile Messung. 3D-Scanner können nämlich sehr rasch große Datenmengen erfassen. Und das ist für den 4.0-Fertigungsprozess unerlässlich.

Erforderliche Fachkenntnisse

Ein kontaktfreies Koordinatenmessgerät (KMG) erfordert die Bedienung durch ausgebildetes und erfahrenes Fachpersonal, welches in der Lage ist, ein Abtastsystem adäquat zu bedienen. Solche Experten sind oft schwer zu finden - und zu halten. Einer zuverlässigen Qualitätssicherung sind dadurch oft Grenzen gesetzt. Bei den neuesten 3D-Scannern ist jedoch keine besondere Bedien- oder Programmiererfahrung mehr erforderlich. 3D-Scannen ist für jedermann möglich geworden.

Design-orientierte Formung

Wir leben in einer Epoche, in der Design äußerst wichtig ist. Unternehmen wollen sich durch Design-orientierte Form und Gestaltung von der Konkurrenz abheben. Darum entwickeln sie Teile in verschiedenen Erscheinungsbildern, Größen und Ausführungen. Die dadurch erforderlichen komplexen Formprüfungen erfordern große und hochwertige Datenmengen, die das 3D-Scannen leicht zugänglich macht.
Heutzutage ist der Genauigkeitsbereich beim 3D-Scannen höher als der für die Qualitätskontrolle erforderliche Schwellenwert.  Diese Entwicklung trägt dazu bei, die Erwartungen der Branche zu erfüllen. So können beim 3D-Scannen alle Vorteile dieser Technik wie Geschwindigkeit, Benutzerfreundlichkeit und Tragbarkeit vollauf genutzt werden, um die Produktqualität wie auch die Arbeit der Qualitätssicherungsexperten zu verbessern.

Tragbarkeit

3D-Scanner sind portable Werkzeuge. Sie können in der Fertigungsumgebung umher bewegt werden, dahin gebracht werden, wo sich das zu messende Teil befindet, und Prüfungen auch in nichtkonstanten Umgebungen durchführen. Im Gegensatz zu stationären KMGs benötigen sie keinen abgetrennten Messraum, müssen nicht am Boden oder stabilen Unterlagen befestigt oder in einer kontrollierten Umgebung aufgestellt werden.

Bei tragbaren Messgeräten muss das gefertigte Teil nicht zum Messsystem gebracht werden. Dadurch ist es möglich, die Vor- und Zwischenschritte des Fertigungsprozesses sowie alle kleineren Verformungen zu kontrollieren, die bei einzelnen Fertigungsschritten auftreten können. Beim Abtasten ist es aufgrund der eingeschränkten Datenmenge jedoch komplizierter, die Auswirkungen einer Prägung oder einer Krümmung zu verstehen, die andere Teile eines Bauelementes verformt oder verdreht haben könnten.

Benutzerfreundlichkeit

Mit einem 3D-Scanner muss der Anwender nur noch das zu messende Teil anvisieren und auf die Aufnahmetaste drücken. Denn dieses Werkzeug ist nicht nur einfach zu bedienen, ebenso leicht sind auch die Daten zu interpretieren. Eine Farbkarte (Colormap) ermöglicht die schnelle und einfache grafische Aufbereitung von Bauteilverformungen. Dadurch kann der Anwender leicht erkennen, ob sich ein Teil innerhalb der geforderten Toleranzen befindet oder ob es verformt oder verdreht worden ist. Messpunkte werden leichter erfasst und dargestellt als mit einem KMG, das kein virtuelles Abbild erstellen kann und Zeit benötigt, um Daten zu erfassen, auszuwerten und darzustellen. 3D-Scannen ermöglicht die einfache und schnelle Anpassung von Bauteilen.

Geschwindigkeit

Die Fähigkeit der 3D-Scanner, große Punktmengen zu erfassen, gepaart mit der Fähigkeit der Computer, großen Datenmengen zu verarbeiten, beschleunigt die Berechnungen deutlich. Diese Kapazitätssteigerung ist jedoch noch nicht am Ende angekommen, da die Datenverarbeitung mit voranschreitender Innovation und Entwicklung der Technik zunehmend schneller wird.
Tatsächlich bieten die Sensoren, aus denen heutzutage ein 3D-Scanner besteht, bereits eine deutlich höhere Genauigkeit und Auflösung als jene, die vor einem Jahrzehnt entwickelt worden sind. Hinzu kommen die stetige Verbesserung der Prozesse und Auswertungsleistung der Computer. Diese Synergie regt weitere Entwicklungen und Innovationen an.

3D-Scannen: Technik der Zukunft

Das Abtasten ist bereits ausgereift, während das 3D-Scannen noch enormes Potenzial bietet, da viele Ingenieure daran arbeiten, es weiter zu verbessern, zu entwickeln und voranzutreiben. 3D-Scannen ist die Technik der Zukunft. Obwohl das Niveau der Auflösung und Genauigkeit jetzt bereits hoch ist, wird sich beides noch weiterentwickeln. Es werden noch mehr Daten, noch mehr Einzelheiten und noch mehr Informationen generiert werden können. Dies öffnet den Zugang zu einer noch komplexeren Teileprüfung.
Wir befinden uns auf dem ansteigenden Ast der Innovationskurve. Eines Tages werden wir sicher jedes gefertigte Teil einzeln kontrollieren können, denn die absolute Qualitätssicherung erfordert eigentlich die Prüfung aller Abmessungen an allen vorhandenen Teilen. Je mehr Teile man prüft, desto weniger davon müssen später aussortiert werden. Das bedeutet weniger Materialverlust, weniger Ausschuss und weniger Retouren. Wir sind auf dem Weg zu den perfekten Bauteilen.

Return on Investment (ROI)

Im Vergleich zu stationären KMGs sind 3D-Scanner nicht nur günstiger in der Anschaffung, sondern messen auch schneller und erfordern weniger Fachwissen, sprich Fachpersonal.
Der Großteil an Formprüfungen kann bereits jetzt mit 3D-Scannern vorgenommen werden, und zwar schnell und unmittelbar dort, wo sich das Bauteil befindet. Das herkömmliche Abtasten kann den Formprüfungen mit sehr hohen Genauigkeitsanforderungen vorbehalten bleiben.

Schlussfolgerung

Ein 3D-Scanner ist ein unverzichtbares Werkzeug in der Qualitätssicherung. Er soll zwar nicht alles ersetzen, kann aber das KMG entlasten und Formprüfungen auch an komplexen Geometrien vornehmen. So kann das Koordinatenmessgerät den wenigen Aufgaben vorbehalten bleiben, die höchste Genauigkeit erfordern. Die Kombination beider Technologien stellt die optimale Lösung dar.
Da die meisten Formprüfungen heute mit 3D-Scannern durchgeführt werden können, sollte dies mit einem Werkzeug erledigt werden, das sich schnell amortisiert. Empfindliche und fundamentale Elemente können taktilen Messsystemen überlassen werden. Indem sich 3D-Scannen und Abtasten dahingehend ergänzen, erweisen sie sich als gewinnbringende Kombination – so lange, bis das 3D-Scannen die Genauigkeit von Abtastsystemen erreicht und übertrifft.