Scanning bei Fuß

Bei Fuß, Sitz oder Platz sind Kommandos, die jedem Hundebesitzer vertraut sind. In Produktionshallen hört man sie dagegen eher weniger. Doch wenn es nach dem Fraunhofer IOF geht, könnte man in Zukunft vielleicht auch hier auf einen vierbeinigen Kameraden treffen, der nach strikter menschlicher Anweisung arbeitet. Nur das der Hund in diesem Fall kein lebendiges Tier ist und die Kommandos sich vordergründig auf Maßnahmen zur präzisen 3D-Dokumentation beziehen. 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 hohen räumlichen Auflösung von weniger als 0,25mm. Dabei werden durch den gerade einmal 1,3kg schweren Sensorkopf Farbbilder der gewählten Messszene mit einer 20MP-Farbkamera aufgenommen. Aus diesen werden mittels Photogrammetrie die 3D-Daten der gesamten Szene berechnet. Bisher musste allerdings zur Erstellung des digitalen Zwillings der Scanner von Menschenhand um das zu vermessende Objekt bewegt werden. Dabei wurden 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. Daher wurde der 3D-Scanner mit einem Roboterhund von Boston Dynamics gekoppelt, der unter dem Namen Spot bekannt ist.

Autonome Messung

Der autonome Schreitroboter hat 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.

Um diese Ziele 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 Menschen auf die Messung vordefinierter Objekte hin programmiert werden. Vor dem eigentlichen Messvorgang werden Geschwindigkeit, genaue Messorte und andere wichtige Parameter von einem Anwender an Spot übermittelt, sodass der Roboterhund die Scans anschließend genau wie ein Mensch durchführen kann, ohne dass dieser physisch anwesend sein muss. Auf diese Weise könnte Spot künftig z.B. Routinemessungen übernehmen. Die Anwender können stattdessen ihren Fokus auf kritische Aspekte der Überprüfung sowie Analyse und Auswertung der mit dem Scanner erstellten 2D-/3D-Daten legen.

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