Digitale Fotografie in Reverse Engineering und Qualitätskontrolle

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Michael Immel, Dozent am Harold and Inge Marcus Department of Industrial and Manufacturing Engineering an der Penn State University, hatte ursprünglich etwas anderes mit der Photogrammetrie im Sinn, entdeckte aber schnell ihr Potenzial in der Fertigung. Ein Objekt wird aus verschiedenen Winkeln mehrfach aufgenommen. Daraus erstellt man eine Punktewolke als Grundlage für die Datei im CAD. Diese kann dann etwa dazu dienen, kostengünstig und zeitsparend das Teil nachzubauen oder in 3D zu drucken.
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Michael Immel, Dozent am Harold and Inge Marcus Department of Industrial and Manufacturing Engineering an der Penn State University, hatte ursprünglich etwas anderes mit der Photogrammetrie im Sinn, entdeckte aber schnell ihr Potenzial in der Fertigung.

Ein Objekt wird aus verschiedenen Winkeln mehrfach aufgenommen. Daraus erstellt man eine Punktewolke als Grundlage für die Datei im CAD. Diese kann dann etwa dazu dienen, gegenüber den traditionellen Verfahren kostengünstig und zeitsparend das Teil nachzubauen oder in 3D zu drucken.

Vergleich mit Originaldateien

Immel und drei Studenten, Andrew Bellows, Benjamin Sattler und Xinyi Xiao haben im Sommer die Genauigkeit ihres Verfahrens getestet. Die Gruppe benutzte dafür Teile, für die schon eine CAD-Datei existierte, um sie mit ihren mittels Photogrammetrie entstandenen Punktewolken-Dateien zu vergleichen. Bellows entwarf ein Studio-Umfeld, um konsistente und replizierbare Aufnahmen des Teils anzufertigen. Zur Umgebung gehörte eine gleichmäßige Ausleuchtung, um Schattenwurf zu vermeiden, und ein kontrastierender Hintergrund, damit das Foto ausreichend Daten des Objekts enthalten würde. Zusätzlich schoss Bellows überlappende Fotos aus einem bestimmten Winkel um das Teil herum und aus unterschiedlichen Entfernungen, um sicher zu gehen, dass er ausreichend Bilder für die Punktewolken gewonnen hatte.

Dann verwendeten die Entwickler jeweils eine Software für Photogrammetrie, Photomodeler Scanner, Autodesk ReMake und Mathworks MatLab, um Punktewolken zu erstellen, die sie dann miteinander und mit den originalen CAD- und Punktewolkendateien verglichen.

„Wir haben die Abweichung zwischen den ursprünglichen Punktewolken und denen durch Photogrammetrie generierten Punktewolken untersucht, um zu sehen, ob Diskrepanzen zwischen diesen bestehen und um zu bestimmen, wie genau das Verfahren ist, wenn es für die Fertigung eingesetzt werden soll“, sagt Immel. Die Photogrammetrie habe sich als ein akkurater Ansatz für Anwendungen erwiesen, wo enge Toleranzen nicht gefordert seien.  

In der Qualitätskontrolle

In einem herkömmlichen Fertigungsprozess entstehen hohe Teilemengen in schneller Folge und durchwandern nach der Fertigungslinie die Inspektion. Der Ingenieur in der Qualitätskontrolle nimmt Messungen an den Teilen vor, untersucht sie auf Abweichungen und stellt somit sicher, dass sich alle Abmessungen innerhalb der vorgebenen Toleranzen befinden, so dass sie der ursprünglichen Konstruktionsidee entsprechend, ihre Aufgaben erfüllen.

Immel stellt sich die ideale Anwendung der Photogrammetrie so vor, dass man ein Bildgebungssystem mit Kameras in der Fertigungsanlage habe, die, an den Maschinen befestigt, kontinuierlich Bilder machten. Die Echtzeit-Daten ließen sich dann an den Ingenieur oder den Spezialisten in der Qualitätskontrolle zurücksenden, und diese könnten die aus den digitalen Aufnahmen gewonnene Punktewolke mit der der originalen Teiledatei vergleichen und entscheiden, ob sich die Teile noch in der Toleranz befinden oder nicht.

Immel und sein Team konstatieren, das Photogrammetrie die Qualitätskontrollle schneller, kostengünstiger und effizienter für die Fertigungsunternehmen machen könne.

Bild oben: Bilder vom Objekt werden aus allen Winkeln aufgenommen, um ein akkurates Modell zu erstellen. Viele Aspekte gilt es zu berücksichtigen, um brauchbare Bilder zu gewinnen, hier muss beispielsweiser der metallische Glanz eliminiert werden.

Credit: Pamela Krewson Wertz

 

 

 

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