Aktuelles › Fraun­ho­fer IOF • Mobile 3D-Ver­mes­sung auf vier Pfoten

CONTROL: For­schende kom­bi­nie­ren mobi­len 3D-Hand­scan­ner goSCOUT3D mit Roboterhund

Mit ihrem Hand­scan­ner goSCOUT3D haben For­schende des Fraun­ho­fer IOF einen mobi­len Sen­sor ent­wi­ckelt, der die hoch­auf­lö­sende 3D-Ver­mes­sung kom­ple­xer Objekte ermög­licht. Um die­sen Pro­zess noch wei­ter zu auto­ma­ti­sie­ren, haben die For­schen­den den Scan­ner nun mit einem Robo­ter­hund der Marke Bos­ton Dyna­mics gekop­pelt. Auf diese Weise sol­len Mes­sun­gen z. B. in der Qua­li­täts­si­che­rung künf­tig noch effi­zi­en­ter sowie Mit­ar­bei­tende ent­las­tet wer­den. Die Ein­heit aus Sen­sor­kopf und Robo­ter wird nun erst­mals auf der CONTROL in Stutt­gart vom 23. bis 26. April vor­ge­stellt werden.

»Bei Fuß«, »Sitz« oder »Platz« sind Kom­man­dos, die jedem Hun­de­be­sit­zer ver­traut sind. In Pro­duk­ti­ons­hal­len oder indus­tri­el­len Fer­ti­gungs­stät­ten hört man sie dage­gen eher weni­ger. Doch wenn es nach For­schen­den des Fraun­ho­fer-Insti­tuts für Ange­wandte Optik und Fein­me­cha­nik IOF aus Jena geht, könnte man in Zukunft viel­leicht auch hier auf einen vier­bei­ni­gen Kame­ra­den tref­fen, der nach strik­ter mensch­li­cher Anwei­sung arbei­tet und damit sei­nen zwei­bei­ni­gen Kol­le­gin­nen und Kol­le­gen die all­täg­li­che Arbeit erleich­tert. Nur das der Hund in die­sem Fall kein leben­di­ges Tier ist und die Kom­man­dos sich vor­der­grün­dig auf Maß­nah­men zur hoch­prä­zi­sen 3D-Doku­men­ta­tion beziehen.

Auto­ma­ti­sierte 3D-Digi­ta­li­sie­rung mit Robo­ter­hund Spot

Sei es zur War­tung kom­ple­xer Bau­teile, wie etwa von Flug­zeug­trieb­wer­ken, oder bei der Qua­li­täts­kon­trolle in der Auto­mo­bil­in­dus­trie: Vir­tu­elle 3D-Modelle ermög­li­chen die prä­zise Doku­men­ta­tion gro­ßer Maschi­nen und ihrer klei­nen Details. Zu die­sem Zweck haben die For­schen­den des Fraun­ho­fer IOF bereits im ver­gan­ge­nen Jahr den mobi­len Hand­scan­ner goSCOUT3D ent­wi­ckelt. Er ermög­licht die 2D- und 3D-Digi­ta­li­sie­rung kom­ple­xer, im Volu­men meh­rere Kubik­me­ter umfas­sende Objekte mit einer beson­ders hohen räum­li­chen Auf­lö­sung von weni­ger als 0,25 Millimetern.

Bis­her musste zur Erstel­lung die­ser soge­nann­ten »digi­ta­len Zwil­linge« der Scan­ner von Men­schen­hand um das zu ver­mes­sende Objekt bewegt wer­den. Von Anwen­de­rin­nen und Anwen­dern wur­den dabei große Prä­zi­sion in der Aus­füh­rung der Mes­sung sowie eine gleich­blei­bende Geschwin­dig­keit in der Füh­rung des Sen­sor­kop­fes und die weit­ge­hend kon­stante Ein­hal­tung eines vor­ge­ge­be­nen Mess­ab­stan­des ver­langt. Poten­zi­elle Ermü­dungs­er­schei­nun­gen oder Unvoll­stän­dig­keit der Mess­da­ten waren zum Teil die Folge.

Die­sem Pro­blem aus der Pra­xis haben sich die For­schen­den der Abtei­lung Bild­ge­bung und Sen­so­rik am Fraun­ho­fer IOF ange­nom­men und einen Weg gesucht, um die Mes­sun­gen für den Men­schen künf­tig kom­for­ta­bler und zugleich für den betrieb­li­chen Pro­zess effi­zi­en­ter zu gestal­ten. Die Lösung: Sie kom­bi­nier­ten den 3D-Scan­ner mit einem Robo­ter­hund der US-ame­ri­ka­ni­schen Firma Bos­ton Dyna­mics, der unter dem Namen Spot bekannt ist.

»Durch die Inte­gra­tion des zuvor in Jena ent­wi­ckel­ten Sen­sor­kop­fes mit Spot soll der Mess­pro­zess des goSCOU­T3D-Scan­ners künf­tig auto­ma­ti­siert und ohne den stän­di­gen Bedarf nach mensch­li­cher Beauf­sich­ti­gung mög­lich sein«, erklärt Dr. Andreas Breit­barth, Lei­ter der Gruppe Bild­ver­ar­bei­tung und Künst­li­che Intel­li­genz am Fraun­ho­fer IOF. »Der Robo­ter­hund kann goSCOUT3D auto­nom durch die Mess­sze­ne­rie manö­vrie­ren, bei gleich­blei­ben­der Mess­ge­schwin­dig­keit und ‑abstand.«

Robo­ter macht Mess­ver­fah­ren noch agi­ler und flexibler

Im Ver­gleich zu her­kömm­li­chen Mess­ro­bo­tern, die bei­spiels­weise ent­lang von Fer­ti­gungs­stra­ßen zum Ein­satz kom­men und dort in der Regel fest­mon­tiert sind, hat der auto­nome Schreit­ro­bo­ter einen ent­schei­den­den Vor­teil: Dank sei­ner Mög­lich­keit, sich frei im Raum und auf ver­schie­de­nen Unter­grund­ar­ten agil zu bewe­gen, kann das Mess­ob­jekt von allen Sei­ten sowie auf ver­schie­de­nen Ebe­nen – etwa unter­halb einer Füh­rungs­schiene – voll­stän­dig erfasst werden.

Gleich­blei­bende Scan­ge­schwin­dig­keit und weni­ger Schwan­kun­gen in der Hand­ha­bung gewähr­leis­ten dar­über hin­aus eine grö­ßere Repro­du­zier­bar­keit der Ergeb­nisse und ver­rin­gern durch weni­ger Red­un­dan­zen die Mess­dauer. Das macht die inte­grierte Mess­ein­heit beson­ders inter­es­sant für die Anwen­dung in seri­el­len Fer­ti­gungs­pro­zes­sen oder der Qualitätskontrolle.

Auto­nome Mes­sung ohne mensch­li­che Interaktion

Um diese Anwen­dungs­ziele zu errei­chen, bedarf es einer ver­läss­li­chen Koor­di­na­tion zwi­schen dem Robo­ter und dem 3D-Sen­sor. Hierzu wird mit einer Hand-Auge-Kali­brie­rung der 3D-Sen­sor an das Koor­di­na­ten­sys­tem des Robo­ters angekoppelt.

Sobald der Schreit­ro­bo­ter auf diese Weise ein­mal mit dem Scan­ner kali­briert ist, kann er durch mensch­li­che Exper­tin­nen und Exper­ten auf die Mes­sung vor­de­fi­nier­ter Objekte hin pro­gram­miert wer­den. »Vor dem eigent­li­chen Mess­vor­gang wer­den Geschwin­dig­keit, genaue Mess­orte und andere wich­tige Para­me­ter von einem mensch­li­chen Anwen­der an Spot über­mit­telt, sodass der Robo­ter­hund die Scans anschlie­ßend genau wie ein Mensch durch­füh­ren kann, ohne dass die­ser phy­sisch anwe­send sein muss«, erör­tert Breit­barth weiter.

Auf diese Weise könnte Spot künf­tig z. B. Rou­tine­mes­sun­gen über­neh­men. Die mensch­li­chen Exper­tin­nen und Exper­ten kön­nen statt­des­sen ihren Fokus auf kri­ti­sche Aspekte der Über­prü­fung sowie Ana­lyse und Aus­wer­tung der mit goSCOUT3D erstell­ten 2D- sowie 3D-Daten legen. Wei­ter­hin soll die Kopp­lung des Scan­ners mit einem agi­len Robo­ter auch Metho­den zur Fern­steue­rung bzw. ‑über­wa­chung ermöglichen.

goSCOUT3D ermög­licht mobile Ver­mes­sung kom­ple­xer 3D-Objekte

Den 3D-Hand­scan­ner goSCOUT3D hat­ten For­schende des Fraun­ho­fer IOF 2023 in Zusam­men­ar­beit mit der MTU Main­ten­ance ent­wi­ckelt. Zur Erstel­lung von kom­ple­xen 3D-Model­len wer­den durch den gerade ein­mal 1,3 Kilo­gramm schwe­ren Sen­sor­kopf zwei­di­men­sio­nale Farb­bil­der der gewähl­ten Mess­szene mit einer 20-Mega­pi­xel-Farb­ka­mera auf­ge­nom­men. Aus die­sen wer­den mit­tels Pho­to­gram­me­trie die 3D-Daten der gesam­ten Szene berechnet.

Prä­sen­ta­tion auf der CONTROL 2024

Die Ein­heit aus goSCOUT3D und Spot wird erst­mals auf der CONTROL 2024 öffent­lich vor­ge­stellt wer­den. Auf der inter­na­tio­na­len Fach­messe für Tech­no­lo­gie und Qua­li­täts­si­che­rung wird das Mess­sys­tem vom 23. bis 26. April in Stutt­gart präsentiert.

Hier wird das Fraun­ho­fer IOF am Stand 8201 in der Halle 8 ausstellen.

Lesen Sie hier die voll­stän­dige Mel­dung im Online-Pres­se­por­tal des Fraun­ho­fer IOF:
https://s.fhg.de/goSCOUT3DundSpot-web

11. April 2024

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