Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM»DigiCell« ist unsere Messzelle am Fraunhofer ITWM. Sie steht Unternehmen und Forschungspartnern für die präzise und automatisierte Vermessung von Bauteilen zur Verfügung – unabhängig von Form, Material oder Größe. Dank modernster Robotik, 3D-Scannern und optischen Messsystemen liefern wir zuverlässige Ergebnisse mit höchster Genauigkeit. Unser Schwerpunkt liegt dabei auf Terahertz-Systemen.
Messzelle »DigiCell« – Freiformvermessung im Anwendungszentrum TeraTec: In der sogenannten »DigiCell« werden große Freiformproben untersucht, indem die Bauteile zuerst in 3D erfasst werden, um anschließend die robotergestützten Sensoren automatisch per simulierter Pfadplanung exakt zum Bauteil auszurichten.
In unserer sogenannten »DigiCell« werden große Freiformproben untersucht, indem die Bauteile zuerst in 3D erfasst werden, um anschließend die robotergestützten Sensoren automatisch per simulierter Pfadplanung exakt ausgerichtet über das Bauteil bewegen.
© Fraunhofer ITWM / Rolando de Sousa
Messzelle »DigiCell« – Freiformvermessung im Anwendungszentrum TeraTec
Präzision in 3D mit unserer Bauteilvermessung
Die »DigiCell« vereint innovative Messtechnik in einer einzigen professionellen Messumgebung. Ein Industrieroboter, ein flexibler 3D-Messarm mit Laserscanner oder Streifenlichtprojektion und unterschiedliche optische Messverfahren arbeiten zusammen, um Bauteile vollständig zu erfassen. Damit können auch komplizierte Geometrien analysiert werden, die mit herkömmlichen Messsystemen kaum zugänglich sind.
Warum eine Messzelle?
Bei der Ausrichtung von Sensoren ist es entscheidend, dass sowohl der Abstand als auch die Orientierung innerhalb der Sensortoleranzen liegen. Gerade bei hochpräzisen Schichtdickenmessungen dürfen die Abweichungen in der Regel weniger als 1 Millimeter betragen. Sensoren mit direktem Kontakt zum Bauteil verfügen häufig über eine geeignete Führung. Für kontaktlose Sensoren ist diese exakte Positionierung jedoch deutlich schwieriger zu realisieren. Daher müssen sie auf speziellen Vorrichtungen wie Stativen, Scannern oder Robotern montiert werden.
Für einfache, flache Bauteile kann hierfür ein x-y-Gantrysystem genutzt werden, mit dem Proben punktuell oder rasternd gemessen werden. Komplexere Geometrien erfordern dagegen die Positionierung der Sensoren durch Roboter. Diese Lösung setzt jedoch voraus, dass die Form und die Lage der Bauteile im Raum exakt bekannt sind. Genau für diesen Zweck haben wir die 3D-Messzelle »DigiCell« entwickelt und in unseren Laboren installiert.
So funktioniert die Messung
Zunächst wird das Bauteil mit einem 3D-Scanner erfasst. Die Form und die Position im Raum liegen anschließend als hochpräzise Punktwolke vor. Auf dieser Basis berechnet eine eigens entwickelte Software die optimale Roboterbahn, sodass der Sensor an jedem Messpunkt exakt positioniert wird.
Die Messung läuft vollautomatisch ab: Der Roboter bewegt den Sensor über die Oberfläche, während die Daten in Echtzeit erfasst und mit den Positionsinformationen des Roboters verknüpft werden. Am Ende erhalten die Nutzenden die Messergebnisse als 3D-Visualisierung, die einen detaillierten Blick auf das Bauteil ermöglicht.
Anwendungsbeispiel
»DigiCell« eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen in Forschung und Industrie. So können beispielsweise Stoßfänger untersucht werden, um sowohl die Schichtdicke der Lackierung als auch die Radartransmission bei 76 GHz zu bestimmen.
Auch komplexe Objekte lassen sich anschaulich darstellen – Punktwolken von Objekten wie einem Stoßfänger verdeutlichen die Vielseitigkeit des Systems. Auf diese Weise werden Materialien und Geometrien unterschiedlichster Art von uns zuverlässig erfasst. Nach der Messung können die Messdaten auf die Punktwolke projiziert werden. Damit bietet die »DigiCell« eine leistungsstarke Lösung für unterschiedliche Branchen und Anforderungen.
Je nach Messaufgabe können unterschiedliche Sensoren ausgewählt werden. Die automatische Pfadplanung erfolgt dann auf Basis des ausgewählten Sensors und des ausgewählten Messmodi: Einzelpunkt-, Raster- oder kontinuierliche Messung.
3D-Punktewolke eines Stoßfängers
Roboter fährt den Stoßfänger nach der Pfadplanung ab. Nach der Messung können wir die Messdaten auf die Punktewolke projizieren.
Auf die Punktewolke projizierte Lackschichtdicke für ausgewählten Oberflächenbereiche.
Auf die Punktewolke projizierte Radartransmission bei 76 GHz für ausgewählten Oberflächenbereiche.
Technische Ausstattung in unserem Labor
Maximale Bauteilgröße: 2 × 1 × 1 m³
3D-Scanner:
- Hersteller: Hexagon
- Messarm: Absolute Arm 85 mit 7 Achsen
- Absolute Scanner AS 1 (Linienscanner)
- RS-Squared (Streifenlichtprojektion)
Roboter:
- Kuka KR50 R2500
- Reichweite: 2,5 m
- Traglast: 50 kg
Optische Messsysteme:
- Terahertz-TDS-System mit einem Messbereich zwischen 5 µm und 5 mm Dicke und einer Messrate bis 1,6 kHz
- Optische Kohärenztomografie (OCT) und Konfokalsensoren stehen zur Verfügung
- FMCW-Radare für einen Messbereich von 100 µm bis mehrere cm und einer Messrate bis 4 kHz
»DigiCell« Prinzip: Mit einem 3D-Scanner erfassen wir die Form und Position im Raum. Der Roboter führt dann den Sensor auf den berechneten Bahnen zu den ausgewählten Messpunkten.