Schnelle Vermessung rasanter Boote

Industrie 4.0

CAD-basierte Vermessung – Mit dem Longbow-Projekt will ein britisches Team einen neuen Geschwindigkeitsrekord auf Wasser aufstellen. Zur schnellen, taktilen und berührungslosen Vermessung von Komponenten nutzt die Mannschaft einen mobilen Scanarm von Faro und erhält damit sehr schnell genaue Freiformflächendaten, die für die weitere Optimierung im CAD-System genutzt werden.

10. April 2018

Mit 325 km/h stellte der Brite Donald Campbell im Jahr 1955 mit seinem düsengetriebenen Gleitboot Bluebird K7 den Geschwindigkeitsweltrekord auf dem Wasser auf, seit 1978 steht der aktuelle Rekord von 510 km/h von dem Australier Ken Warby. Um diesen vier Jahrzehnte alten Rekord wieder nach Großbritannien zurückzuholen, wurde das Projekt Longbow ins Leben gerufen, mit dem Ziel ein weltrekordfähiges, düsengetriebenes Gleitboot zu entwickeln und zu bauen.

Außerdem sollen die Erkenntnisse und die Infrastruktur als Lernplattform für zukünftige Projekte genutzt werden. David Aldred, Leiter des Projekts Longbow, erklärte dazu: »Bei einem düsengetriebenen Gleitboot ist der Rumpf so geformt, dass es bei hohen Geschwindigkeiten nur auf wenigen Quadratzentimetern Kontakt mit der Wasseroberfläche hat, sodass der Wasserwiderstand auf ein Minimum reduziert wird.«

Für die Überwachung und Überprüfung der Geschwindigkeitsrekorde auf dem Wasser ist die Union Internationale Motonautique (UIM) zuständig. Im Rahmen der UIM-Regeln gibt es auch genaue Richtlinien für die Fahrer-Cockpits. Die Konstrukteure des Gleitbootes, die von der Universität Swansea unterstützt werden, benötigen ein Nurbs-Modell (Non-Uniform Rational Basis-Splines) des Fahrer-Cockpits, um Untersuchungen zur strukturellen Integrität durchführen zu können. Nurbs bieten einen hohen Grad an Genauigkeit und hervorragende Flexibilität für den Umgang mit analytischen und modellierten Formen.

Einen wichtigen Beitrag zum Longbow-Projekt leistet Kevin Hardcastle, Konstrukteur und Gründer der Aximo Ltd., ein Beratungsunternehmen für Produktgestaltung und mechanisches Design. Hardcastles Expertise und umfangreiche Erfahrung mit einschlägigen 3D-CAD- und -CAE-Tools war von großem Wert bei der Konstruktion des Gleitbootes.

Damit Hardcastle die erforderlichen Zeichnungen zur Analyse des Fahrer-Cockpits des bereits erstellten Rumpfes erzeugen konnte, setzte man auf die Laserscanning-Dienste von Manchester Metrology. Da das Projekt besonders hohe Genauigkeit erforderte, nutzte Neil Blakeman von Manchester Metrology einen Faro Edge ScanArm HD zum Scannen des Cockpits und zum Erfassen der erforderlichen Daten für die Umwandlung in das Nurbs-Format.

Blakeman erläutert: »Manchester Metrology bietet spezialisierte Messdienstleistungen mit aktuellster Vermessungstechnologie an und unterstützt damit Unternehmen in Großbritannien und der ganzen Welt. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Genauigkeit bei Longbow haben wir beschlossen, den Faro Edge ScanArm HD zum Scannen des Fahrer-Cockpits zu nutzen, da er eine Genauigkeitsspezifikation von ±25 m hat. Der ScanArm verbindet die Flexibilität und die Funktionalitäten eines Faro-Edge-Messarms mit der hochauflösenden Laser Line Probe HD zu einem tragbaren System für taktile und berührungslose Messungen, das ideal für anspruchsvolle Anwendungsanforderungen, wie im Falle des Gleitbootes, geeignet ist.«

Da alle Experten und technischen Mitarbeiter im Longbow-Team neben dem Projekt auch noch ›normale‹ Jobs haben und auf freiwilliger Basis aktiv sind, war es wichtig, eine Technologie einzusetzen, die die erforderlichen Daten schnell erfassen und verarbeiten kann. Der Edge ScanArm HD hat sich dazu als geeignetes Instrument erwiesen.

Preisgünstigste Lösung

Der Faro Edge ScanArm HD ist eine komplette Messlösung: Er arbeitet nahtlos mit Laser und taktilen Messsonden, um Freiformoberflächen zu inspizieren, und erhöht damit deutlich die Effizienz von Inspektionsprozessen. Die Lösung ermöglicht eine schnelle Erfassung von Punktewolken mit hoher Auflösung und Genauigkeit, ohne dass spezielle Beschichtungen aufgebracht oder Passmarken platziert werden müssen – und all dies in Form eines kompakten und bedienungsfreundlichen Systems. Die Bildung eines extrabreiten Scanstreifens und der Vorteil einer schnellen Bildrate steigern die Produktivität, weil sie den Abtastbereich erhöhen und die Scandauer verkürzen. Auch komplizierte Bauteile lassen sich dank 2.000 Punkten pro Abtastlinie und dem neuen Blaulaser mit Rauschunterdrückung in hoher Detailauflösung erfassen. Durch das neue Fadenkreuz und den bewährten LED-Entfernungsmesser, der beim Scannen Echtzeit-Feedback liefert, verkürzt sich die Einarbeitungszeit der Anwender drastisch.

Der Edge ScanArm HD ist das preisgünstigste Hochleistungsmesssystem für taktile oder berührungslose Messungen. Er eignet sich ideal für die Produktentwicklung, Inspektion und Qualitätskontrolle. Darüber hinaus ermöglicht er Punktewolkenvergleiche mit CAD, schnelle Prototyperstellungen, Reverse Engineering und 3D-Modellierungen von Freiformoberflächen.

Zusätzlich zu seiner Genauigkeit kann der Edge ScanArm HD eine Scangeschwindigkeit von 280 Bildern/Sekunde x 2.000 Punkten/Linie = 560.000 Punkte/Sekunde vorweisen. Der extrabreite Scanstreifen des Geräts und die schnelle Bildrate steigern die Produktivität, indem sie den Abtastbereich vergrößern und die Scandauer deutlich verkürzen.

Dank 2.000 Punkten pro Scanstreifen lassen sich auch komplizierte Bauteile in hoher Detailauflösung erfassen. Anders als bei weniger leistungsfähigen Systemen ist beim Scannen mit dem Edge ScanArm HD ein nahtloser Übergang zwischen verschiedenen Oberflächenmaterialien möglich, unabhängig von Kontrast, Reflexionsvermögen oder Komplexität des Bauteils und ohne dass spezielle Beschichtungen notwendig sind. Dies wurde durch den verbesserten HDR-Modus (High Dynamic Range) und Softwarealgorithmen erreicht.

Der Leiter des Longbow-Projekts, David Aldred, ist mit dem Ergebnis jedenfalls zufrieden: »Das Projekt konnte dank der Unterstützung durch Manchester Metrology und des Einsatzes des Faro Edge ScanArm HD einen großen Schritt vorangetrieben werden.« hjs

Vier gute Gründe

Um genaue 3D-Oberflächendaten zur Analyse des Fahrer-Cockpits im CAD zu erhalten, werden Nurbs-Daten benötigt. Die werden mit einem Faro Edge ScanArm HD gescannt. David Aldred, der Leiter des Longbow-Projekts, nennt die Gründe für den ScanArm:

• hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit;

• kompakte und bedienungsfreundliche Lösung;

• Flexibilität des Messarms mit dem hochauflösenden Laser;

• Fähigkeit, präzise Daten schnell zu erfassen und zu verarbeiten.

Erschienen in Ausgabe: 03/2018