IDENTIFIKATION VON EINZELTEILEN IN BAUGRUPPEN PER 3D- SCAN UND ...

industry.forum.biz
  • Keine Tags gefunden...

IDENTIFIKATION VON EINZELTEILEN IN BAUGRUPPEN PER 3D- SCAN UND ...

IDENTIFIKATION VON EINZELTEILEN IN BAUGRUPPEN PER 3D-SCAN UND GEOMETRISCHE ÄHNLICHKEITSSUCHEDipl.-Ing. Hendrik GrosserB. Sc. Friedrich PolitzProf. Dr. Ing. Rainer StarkGeschäftsfeld Virtuelle ProduktentstehungFraunhofer-Institut für Produktionsanlagen undKonstruktionstechnik (IPK)DQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 20.02.2013


ÜBERSICHT• Kurzvorstellung Fraunhofer IPK• Bedarf nach 3D-Modellen• Forschungsprojekte undAnwendungsfälle• Testreihen und Ergebnisse• Zukunftspotentiale und AusblickDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 1


Das Produktionstechnische Zentrum (PTZ) im ÜberblickZwei Institute unter einem DachUnternehmensmanagementVirtuelleProduktentstehungProduktionssystemeFüge- undBeschichtungstechnikAutomatisierungstechnikPTZ BerlinMontagetechnik undFabrikbetriebIndustrielleInformationstechnikWerkzeugmaschinenund FertigungstechnikFüge- undBeschichtungstechnikIndustrielleAutomatisierungstechnikQualitätsmanagementQualitätswissenschaftMedizintechnik© Images: Fraunhofer IPK (various photographers); BAM; Trumpf; Bernhard Manfred/Stock-4B_RFDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 2


Bereich Virtuelle ProduktentstehungForschungsfelder1. Produktentwicklungsmethoden und -prozesseAnalyse und Synthese von Produktentstehungsprozessen sowieTeilprozessen aus methodischer und organisatorischer Sicht2. Produktgestaltung und funktionale AbsicherungModellierung von Produkteigenschaften und -merkmalen(Anforderungen, Strukturen, Funktionen, Geometrieerstellung, -verarbeitung und -reparatur, Qualität digitaler Daten, …)3. Intuitive Interaktion mit virtuellen PrototypenKontextsensitive Bereitstellung von Informationen für dieunterschiedlichen Szenarien und Akteure in der Produktentstehung(Entwickler, Planer, Manager, Analysten etc.)4. Informationsmanagement für die ProduktentstehungErfassung, Verwaltung, Aufbereitung und Bereitstellung vonInformationen, die im Produktlebenslauf generiert und in derProduktentstehung genutzt werden5. Methoden der digitalen Fertigungs- und FabrikprozesseModellierung von Fertigungsprozesseigenschaften und -merkmalen(Produkt, Fertigungs-/Montageprozess, Betriebsmittel, Fabriklayout, …)im Rahmen der Produktentstehung und phasenbezogener Abgleich derjeweils abgebildeten Prozesse mit den definierten Zielsetzungen.DQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 3


Schwerpunkt Reverse Engineering3D-ScandatenverarbeitungEinsatzbereiche• Inspektion (3D-Vermessung, Soll-Ist-Vergleich)• Ersatzteilfertigung (z. B. Rapid Manufacturing)• Reengineering (Überarbeitung von älteren Bauteilen)• Qualitätssicherung (Soll-Ist-Vergleich)Herausforderungen• 3D-Modelle sind entweder nicht vorhanden oderspiegeln nicht den aktuellen Produktzustand wieder• Fehlende Produktdokumentation (Stücklisten,Produktstruktur, Schaltplan, Wartungshistorie)• Fehlende Standards bei Reverse Engineering-ProzessenEigene Aktivitäten und Lösungsentwicklungen• Entwicklung von Prozessen und Software zum ReverseEngineering von mechanischen und elektronischenProdukten• Automatisierte Geometrieanalyse und Verarbeitung• Studien zum Einsatz von 3D-Scanning-TechnologienDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 4


ÜBERSICHT• Kurzvorstellung Fraunhofer IPK• Bedarf nach 3D-Modellen• Forschungsprojekte und Anwendungsfälle• Testreihen und Ergebnisse• Zukunftspotentiale und AusblickDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 5


AusgangssituationBedarf nach 3D-ModellenDampfturbine (Bildquelle: Siemens)Flying Probe Test (Bildquelle: SQC)Steigende Anforderungen in der Instandhaltung• Produktkomplexität und Variantenvielfalt• Unvorhersehbare Fehler und AusfälleFehlende Daten und Informationen (Fremdinstandhaltung)• OEMs halten Produktinformation zurück, um Ihre IP zuwahren• Aktueller Produktzustand oftmals unbekannt• Service Provider arbeiten ohne Zugang zu 3D-Modellen,Stücklisten, Schaltplänen und anderen technischenUnterlagenWenige Standards und hohe manuelle Aufwände• Erfahrungswissen ist sehr wichtig• Geringer Automatisierungsgrad (“Trouble Shooting”)Kenntnis des Ist- und Sollzustands ist fundamental für eine robustePlanung, Durchführung und Automatisierung von MRO-ProzessenDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 6


Lösung: 3D-Scanning und Reverse EngineeringBedarf nach 3D-ModellenBildquelle: Power-technology.com, Hommel, MANInspektion/Befundung• Soll-Ist-Vergleich• InstandhaltungsplanungQualitätssicherung• Prüfung von ZukaufteilenReengineering/Remanufacturing/Retrofit• Modifikation der Geometriedaten• „Hineinkonstruieren“ in bestehende StrukturenFertigung• Eigenproduktion von Ersatzteilen• ObsoleszenzmanagementBranchen• Turbomaschinen (Gas- und Dampfturbinen,Flugzeugtriebwerke)• Transport (z. B. Luft und Schiene)• Anlagenbau• Werkzeugmaschinen• MotorenDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 7


Herausforderungen des Reverse EngineeringsBedarf nach 3D-ModellenBildquellen: GOM, Siemens, Fraunhofer IPKAuswahl der richtigen Technologie• Rasante Entwicklung von 3D-Scannern• Komplexe Postprocessing-SoftwareEinsparung des Demontageaufwandes• In-Situ 3D-Scans von Einzelteilen• Identifikation von EinzelteilenErmittlung der Produktstruktur• Konfigurations- und Änderungsmanagement in PDM-SystemenStandardprozess vom Scan zur Fertigung (CAD/CAM)• Schnelle Parametrisierung• Rückschluss auf SollgeometrieRekonstruktion von Schaltplänen• Geringer Automatisierungsgrad• Fehlerbehaftete Ergebnisse aktueller RE-VerfahrenDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 8


ÜBERSICHT• Kurzvorstellung Fraunhofer IPK• Bedarf nach 3D-Modellen• Forschungsprojekte undAnwendungsfälle• Testreihen und Ergebnisse• Zukunftspotentiale und AusblickDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 9


Zustandsbasierte Digitalisierung für MRO-ProzesseProjekt COSDIMROAbteilungsübergreifend,EntwicklungsprojektLaufzeit: 12.2009 – 05.2012Bildquellen: Siemens, MANInhalt• Entwicklung einer Reverse Engineering Prozesskette zurautomatisierten Generierung von dreidimensionalenBaugruppenmodellen von langlebigen Investitionsgütern• Realisierung der informationstechnischenWeiterverwendung der Modelle in MRO-Planungs- und-unterstützungssystemenProblemstellung• Instandhaltungsplanung erfordert bei unbekanntemProduktzustand einen aufwändigen Diagnoseprozess• Eingeschränkte Automatisierungsmöglichkeiten aufgrundnicht vorhandener oder nicht aktueller ProduktmodelleLösungsansatz• 3-D-Scan von Produkten• Identifikation von Einzelteilen in dem digitalen Modell• Ableitung der Produktstruktur• Herstellung der Datenkompatibilität für IT-SystemeDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 10


Prozess zur Digitalisierung von BaugruppenProjekt COSDIMRO• Entwicklung und prototypische Implementierung eines RE-Verfahrens zureffektiven und effizienten Unterstützung von Maintenance, Repair & Overhaul(MRO)-Prozessen• Teilautomatisierte Generierung digitaler Modelle von komplexen Produktenund Anlagen• Identifikation von Bauteilen und Baugruppen sowie Ihrer Beziehungen• Ableitung von Produktstrukturen zur Verwaltung in PDM-SystemenBeispiel: PKW-LichtmaschineDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 11


SegmentierungsergebnisseProjekt COSDIMRODQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 12


BauteilidentifikationProjekt COSDIMRO1x1x1x1xBeltPulleyFanImpellerGeneratorHousingBearingShieldGeometrische Ähnlichkeitssuchemit CADENAS PARTsolutions… … …Identifizierte Teile aus der DatenbankSegmentierteTeileDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 13


BaugruppenrekonstruktionProjekt COSDIMRO1x1x1xBeltPulleyFanImpellerGeneratorHousing1xBearingShield… … …Identifizierte Teile aus der DatenbankEinzelteilreferenzierunganhand derScandatenRekonstruiertesBaugruppenmodellDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 14


Automatisierte Rekonstruktion von SchaltplänenProjekt LangzElAuftraggeber:Laufzeit: 01.2010 – 05.2011Inhalt• Automatisierte Generierung von Schaltplänen fürelektronische Baugruppen zur MRO-UnterstützungProblemstellung• Wichtige Informationen für die Instandhaltungelektronischer Baugruppen sind nicht verfügbar(Hersteller liefert keine oder existiert nicht mehr)• Manuelle Ermittlung der benötigten Informationen istsehr aufwändigLösungsansatz• Analyse und experimentelle Anwendung optischer undelektrischer RE-Verfahren zur Informationsgewinnung• Erfassung der Lage von elektronischen Bauelementen(EBs) und Bestimmung der Zusammenhänge• Zusammenführung der benötigten Informationen ineinem ECAD-Programm und Erstellung der SchaltpläneDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 16


Hauptphasen des ProzessesProjekt LangzElOptisch unterstützte RE-ProzessketteCT ScanStrukturenidentifizierenNetzlistegenerierenPläneerstellen1 2 3 4Voxeldatensatz mitdichteabhängigenGrauwertenSegmentierung vonBauteilen, Pins undLeiterbahnen sowieDatenbank-abgleichOptischeÜberprüfung einerFlying Prober-Netzliste sowieAnreicherung mitInformationenModellierung derNetzlisteninformationmittelsECAD-SystemDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 17


Anwendungsfälle für die Geometrische ÄhnlichkeitssucheVoraussetzung: 3D-Scandaten und Bauteilkatalog3D-ScanInspektion• Durchführung von Soll-Ist-VergleichenAufarbeitungBauteildatenbank• Oberflächenbehandlung und Herstellung desOriginalzustandesEinsatz von ErsatzteilenVerwertung• 3D-Vermessung zur Auswahl von passendenErsatzteilenReengineering• Schneller Aufbau von originären Baugruppenmodellen• Passgenaue Überarbeitung von KomponentenDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 18


ÜBERSICHT• Kurzvorstellung Fraunhofer IPK• Bedarf nach 3D-Modellen• Forschungsprojekte und Anwendungsfälle• Testreihen und Ergebnisse• Zukunftspotentiale und AusblickDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 19


TestdatenErfassung mit Streifenlicht-Scanner und Computertomographie• 3D-Scan mit GOM ATOS IIIStreifenlicht-Scanner• STL Datei (Polygonmodell)• Scan mit Röntgensystem derBundesanstalt für Materialforschungund -prüfung (BAM)• Vollständige, durchdringendeErfassung des gesamten ModellsDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 20


VorbereitungenEntwicklung des Testfalls• Anlage eines Bauteilkatalogs mit CADENAS PARTsolutions• Streifenlichtscan von 8 exemplarischen Bauteilen der Lichtmaschine• Neues „Schnelle Suche“-Suchprofil, das schlechte OberflächentopologieakzeptiertDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 21


Testreihe 1Vorbereitung• Streifenlicht-Scan mit GOM ATOS III• Bauteile wurden vollständig ausgebaut undkomplett eingescannt• Absichtliche digitale Verformung derBauteile, um Gebrauchszustand zu simulieren• Downsampling (Reduktion) auf 100k Flächen• Schwellenwert der Suche auf 70%, Sucheüber alle Kataloge (PN – EN – ISO &Normteile)Demontage inEinzelteileStreifenlichtscan Post Processing DownsamplingDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 22


Teile aus Testreihe 1DetailansichtDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 23


Testreihe 1ErgebnisseDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 24


Testreihe 2Vorbereitung• Streifenlicht-Scan mit GOM ATOS III• Lichtmaschine wurde in zwei Stufen zerlegt und gescannt (30 Minuten)• Einzelteile sind nicht komplett sichtbar• Testreihe 2a• Zerschneiden von gescannten Baugruppen in Einzelteile• Testreihe 2b• Automatische Segmentierung des Scans durch Algorithmus• Downsampling auf 100k Flächen• Schwellenwert der Suche auf 70%, Suche über alle KatalogeDemontage inBaugruppenStreifenlichtscan Post Processing DownsamplingDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 25


Teile aus Testreihe 2a und 2bDetailansichtDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 26


Testreihe 2aErgebnisseDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 27


Testreihe 2bErgebnisseFehlidentifikationDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 28


Testreihe 3Vorbereitung• Scan mit Computertomograph• Objekt wurde nicht demontiert und durchdringend erfasst• Einzelteile sind komplett abgebildet und wurden durch einen Algorithmus inSegmente (Sinneinheiten) nach ihrem Material zerlegt• Nachbearbeitung der Segmente (Abschneiden von Überhängern, Aufteilen)• Ergebnisse besitzen kantige Oberfläche, da aus Voxeln generiert• Downsampling auf 100k Flächen• Schwellenwert der Suche auf 70%• Suche über alle KatalogeComputertomographie Post Processing DownsamplingDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 29


Teile aus Testreihe 3DetailansichtDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 30


Testreihe 3ErgebnisseDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 31


ZusammenfassungErgebnisse der TestreihenTestreihe 1 Testreihe 2 Testreihe 3Szenario3D-Scan vonEinzelteilen3D-Scan von Baugruppen+ SegmentierungCT-Scan von Baugruppen +SegmentierungMessverfahren Streifenlicht Streifenlicht RöntgenstrahlungDatenerfassung Ca. 30 min Ca. 40 min Ca. 1 TagPreprocessing 10 min 15 min Mehrere TagePostprocessing Ca. 60min Ca. 60min Ca. 1 Tag• Hohe Erkennungsraten über alle Testreihen• Erkennungsraten bei komplett dreidimensional erfassten Einzelteilen nahezueindeutig• Sehr gute Erkennungsraten bei segmentierten Bauteilen• Andeutung der Abhängigkeit zwischen geometrischer Vollständigkeit undErkennungsrateDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 32


ÜBERSICHT• Kurzvorstellung Fraunhofer IPK• Bedarf nach 3D-Modellen• Forschungsprojekte und Anwendungsfälle• Testreihen und Ergebnisse• Zukunftspotentiale und AusblickDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 33


Zukünftige EntwicklungspotentialeVom 3D-Scan zum CAD-Modell• Verbesserung der Robustheit der Geosuche• Stärken-/Schwächenanalyse der Geosuche für spezifischeBauteilbeschaffenheiten und Qalitätsstufen von Scandaten• Gezielte Verbesserung der Suchalgorithmen (evtl. Suche direkt anhand derPunktewolke)• Automatisierte Geosuche von 3D-gescannten Einzelteilen• Schnittstelle zu Software zur Flächenrückführung• Verwendung von Suchergebnis für Soll-Ist-Vergleich• Einbindung der Geosuche in einen Reverse Engineering-Prozess zurautomatisierten Bereitstellung von CAD-Baugruppenmodellen• API-Zugriff auf Suchergebnisse• Kopplung an ein Segmentierungsverfahren zur Bauteilseparierung in 3D-Baugruppenscans od. „Pattern Matching“ in beliebigen Punktwolken• Abgleich der gefundenen Teile mit vorhanden ProduktstrukturenDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 34


Innovationscluster Life Cycle Engineering (LCE)Ausblick auf neue ThemenfelderEntwicklung von Prozessen, Methodenund Werkzeugen für die Phasen desLebenszyklus (Entwicklung, Produktion,Betrieb, MRO, Recycling)Innovationsfelder• Produktstrategien• Digitale Modellbildung undInformationsmanagement• Prozess- und Bearbeitungstechnologien• Life Cycle MonitoringDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 35


Innovationscluster Life Cycle Engineering (LCE)Innovationsfeld Digitale Modellbildung und Informationsmanagement• Informationsmanagement• Reverse Engineering• Customization, Konfigurationsmanagementund Bauzustandsverfolgung• Prozess- und Projektmanagement für einLebenszyklus-orientiertes System• Produktvisualisierung mittels VR und ARDQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 36


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!DQS-zertifiziert nachDIN EN ISO 9001 © Fraunhofer 37

Weitere Magazine dieses Users
Ähnliche Magazine