Michael Alba | Subject Leader | Engineering.com | 24.01.2019
Der FARO® 8-Axis FaroArm® und ScanArm bieten Anwendern einen Drehtisch für schnelleres und einfacheres Scannen
Bislang war man beim 3D-Scannen auf sieben Freiheitsgrade beschränkt. Darunter versteht man die Bewegungsfreiheit eines lenkbaren Messarms – wie der im Bild oben –, der am Scanner oder Messtaster befestigt ist. Dank dem neuesten Produkt von FARO – dem 8-Axis Design ScanArm – existieren beim 3D-Scannen jetzt acht Freiheitsgrade. Allerdings hat das Unternehmen keine Veränderungen am Design des herkömmlichen Arms vorgenommen, indem es den Aufbau um eine achte Achse erweiterte. Vielmehr handelt es sich bei der achten Achse um einen Drehtisch, der physikalisch von den sieben anderen Achsen des Gelenkarms getrennt ist, aber über Kabel in das System integriert ist.
Der Anwender platziert das zu scannende Objekt auf dem Tisch und dreht es dann, um den gesamten Bereich des Objekts zu erfassen.
Trotz seiner physischen Trennung vom Arm ist der Drehtisch genauso in das System integriert wie jedes andere Teil des Systems. Der Tisch nutzt die gleichen mechanischen Encoder und Module wie die Gelenke im Arm und ist über ein Kabel mit dem Sockel des Arms verbunden.
Mit der achten Achse kommt es zu keinem Genauigkeitsverlust...[sie] bietet eine sehr ähnliche oder sogar die gleiche Leistung wie der Rest des Arms. Im Grunde genommen verfügen Sie über einen externen Gelenkpunkt, den Sie neben den Arm platzieren können. Sie können das zu scannende Objekt darauf ablegen, es drehen und so positionieren, wie es für die Erfassung nötig ist.
Orlando Perez,
Chief Platform Owner, FARO Technologies
Gescannt wird, was auf den Tisch kommt
Einer der offensichtlichsten Vorteile des achtachsigen Drehtischs ist der Spielraum, den er 3D-Scannern bietet. Der Wechsel von sieben auf acht Achsen scheint vielleicht kein gewaltiger Schritt zu sein, aber den Anwendern des Systems werden zu schätzen wissen, wie sehr der Scanvorgang dadurch vereinfacht wird.
Die achte Achse ist ein Encoder-Drehtisch. Er ist auf der Rückseite des Sockels mit dem Arm synchronisiert. Wenn ich diesen Encoder nun drehe, merkt er im Grunde, wo er fixiert ist. Ich muss also nicht um das Objekt herum greifen oder um den Tisch gehen, sondern nur den Encoder bewegen und alles wird synchronisiert.
Chad Crisostomo,
Platform Owner, FARO Technologies
Mit der Option zur Drehung des Zielobjekts müssen Benutzer des FARO 8-Axis-Arms sich nicht selbst umständlich neu positionieren, um alle Seiten eines Objekts zu scannen. Dies ist nicht nur für den Anwender angenehmer, sondern stellt auch eine größere Flexibilität bei der Aufstellung des Systems da: Es ist weniger Platz vonnöten, um das Objekt sachgemäß zu scannen.
Vor dem ersten Einsatz bedarf es einer schnellen Kalibrierung des Drehtischs. Dabei muss der Rand des Tischs zweimal mit dem Messtaster am Ende des FaroArms nachgefahren werden. Auf diese Weise kann das System die Mittelachse der Plattform ermitteln. Danach erledigt der Encoder des Drehtisches den Rest.
„An der Unterseite befindet sich tatsächlich ein Encoder“, erklärt Crisostomo. "Dabei handelt es sich um denselben Encoder, den wir hier bei FARO herstellen, und dieser synchronisiert den Tisch. Nachdem ich die zentrale Position der Achse ermittelt habe, weiß sie bereits anhand der Bewegungen des Encoders, wie sie mit dem Arm interagieren wird.“
Wenn die Kalibrierung abgeschlossen ist, kann der Scanvorgang beginnen. Die Anwender erfassen zunächst die Laser Line Probe am Ende des Arms. FARO hat kürzlich die FARO PRIZM™ Laser Line Probe eingeführt, den ersten Farbscanner des Unternehmens mit hoher Auflösung. Mit PRIZM können Anwender sowohl die geometrischen als auch die farblichen Details ihres Objekts erfassen. Dadurch ergeben sich einige zusätzliche Vorteile, auf die wir in einem anderen Artikel eingehen.
Mit der Laser Line Probe in der Hand scannen Benutzer ein Objekt auf herkömmliche Weise, indem sie es gründlich mit dem Laser „bemalen“. Der Unterschied besteht darin, dass das Objekt auf dem 8-Achsen-Drehtisch ruht. Mit einer Hand an der Laser Line Probe und der anderen am Drehtisch kann der Anwender das Objekt um 360Grad drehen, um es komplett zu „bemalen“, ohne selbst auch nur einen Schritt zu machen. Anwender können ihre Fortschritte in Geomagic Design X nachverfolgen, der 3D-System-Scansoftware, die zusammen mit dem 8-Achsen-Arm erhältlich ist (oder jeder anderen kompatiblen Punktewolken-Software). Jedes Mal, wenn der Benutzer den Tisch dreht, dreht sich seine Punktewolke in Design X ebenfalls. „Wir bieten Geschwindigkeit, Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit“, so Crisostomo über den Prozess.
Das 8-Axis-System
Das 8-Axis-System ist sowohl für den FaroArm –das ursprüngliche Koordinatenmessgerät (KMG) von FARO –, als auch für den ScanArm verfügbar, einen FaroArm, der mit einer Laser Line Probe für berührungslose Messungen ausgestattet ist. Die Laser Line Probe gibt 2.000Punkte pro Linie mit einer Aktualisierungsrate von 300Linien pro Sekunde aus, was zu beeindruckenden 600.000Punkten pro Sekunde führt (240.000, wenn die Farbe aktiviert ist). Die gesamte Verarbeitung erfolgt im Gerät, d.h. Anwender werden nicht von begrenzten Rechenressourcen ausgebremst.
Die Punkte und die Farbinformationen werden alle [über] On-Board-Verarbeitung erfasst. Unser Gerät ist im Gegensatz zu anderen nicht von der Hardware des Computers abhängig.
Ken Steffey,
Director of Product Management, FARO Technologies
Ganz gleich, welches System Sie verwenden: Die achte Achse sprengt die Einschränkungen des 3D-Scannens bei der Zugänglichkeit geradezu. Große, sperrige oder schwere Objekte können auf dem Drehtisch platziert und bei Bedarf gedreht werden. Der Anwender kann nicht nur leichter auf alle Seiten eines Objekts zugreifen, sondern hat auch Zugang zur Unterseite von Objekten, die über den Tisch hinausragen. Durch ein solches Verfahren wird das mehrfache Scannen und ständige Neupositionieren eines Objekts überflüssig.
Für Branchen wie den Zubehörmarkt der Automobilindustrie erweist sich das als wahrer Segen, da Anwender dort häufig sperrige Objekte wie Autotüren und Motorblöcke scannen.
Die Handhabung von Objekten ist beim Digitalisierungsverfahren von entscheidender Bedeutung. Ein Objekt wie Neil Armstrongs Handschuh ist ein unersetzliches Unikat. Wenn Sie das Objekt falsch handhaben und es beschädigen, wäre das eine Tragödie. Daher ist jede Scanlösung, die dazu führt, dass ein Objekt weniger bewegt werden muss, von Vorteil.
Vincent Rossi,
Senior 3D Program Officer, FARO Technologies
Scans können nicht nur schneller und einfacher erledigt werden: Für manche Anwendungen ist es zudem ausschlaggebend, dafür zu sorgen, dass ein Objekt so selten wie möglich neu positioniert werden muss. Das Digitization Program Office am Smithsonian Institute scannt zum Beispiel viele alte und historische Objekte für die Nachwelt. In dieser Branche ist die gewissenhafte Handhabung von Objekten oberste Priorität.
Zu guter Letzt bietet das 8-Axis-System einen Vorzug, der branchenübergreifend geschätzt wird: Es spart Platz. Da Objekte vollständig von einer Seite gescannt werden können, sind Anwender bei der Platzierung ihres FaroArms oder ScanArms weit weniger eingeschränkt. In Kombination mit den schnelleren und einfacheren Scanfunktionen bietet das FARO 8-Axis-System den Anwendern letztendlich eine neue, praktische Bequemlichkeits-Achse.