Wie ein tragbarer 3D-Scanner einem Kohleproduzenten das Reverse Engineering von Kohletransportwagen ermöglicht

Zusammenfassung
Diese Fallstudie beschreibt, wie ein Kohleproduzent einen tragbaren 3D-Laserscanner einsetzte, um die Geometrie eines Kohleförderwagens für das Reverse Engineering zu erfassen, da keine Konstruktionszeichnungen vorhanden waren. Das Unternehmen verfolgte das Ziel, verschlissene Fahrzeuge zu ersetzen und neue Maschinen für weitere Bergbauarbeiten herzustellen. Der Ingenieur scannte die Ober- und Unterseite des Fahrgestells mit dem Handscanner KSCAN-Magic und stellte durch die integrierte Photogrammetrie präzise Ergebnisse sicher. Der Scanvorgang lieferte ein hochwertiges 3D-Modell des Kohleförderwagens.

Reverse Engineering für die Herstellung neuer Ausrüstung
Ein Kohleförderwagen ist ein Fahrzeug, das Kohle aus dem Bergwerk zum Fördersystem in Untertagebergwerken transportiert. Kohleförderwagen sind aufgrund der rauen Bedingungen und schweren Lasten starkem Verschleiß ausgesetzt. Daher ist regelmäßige Wartung oder ein Austausch erforderlich.

Eine der Herausforderungen bei der Wartung oder dem Ersatz dieser Fahrzeuge besteht darin, dass sie komplexe Formen und große Abmessungen haben, die sich mit herkömmlichen Methoden nur schwer messen lassen. Außerdem können die ursprünglichen Konstruktionszeichnungen fehlen. Daher besteht Bedarf an einer schnellen und präzisen Methode, um die Form der vorhandenen Kohleförderwagen zu erfassen.

3D-Scanlösung erleichtert die Fertigung
Der Kunde in diesem Fall ist ein führender Kohleproduzent, der mit Hilfe mehrerer tausend Mitarbeiter jährlich mehrere Millionen Tonnen Kohle fördert.

Der ursprüngliche Hersteller der Kohleförderwagen ist nicht mehr am Markt tätig. Das Unternehmen benötigt jedes Jahr mindestens acht neue Fahrzeuge – einige zum Ersatz alter, abgenutzter Wagen und andere für neue Bergbauprojekte. Das Unternehmen plant, 2023 neue Förderwagen für seine Bergbauarbeiten zu fertigen. Das Chassis des Förderwagens in diesem Fall ist etwa 8 m × 3 m × 1 m groß und wiegt 23 Tonnen.

Hochpräzises Scannen mit KSCAN-Magic
Das Unternehmen entschied sich, 3D-SCANOLOGYnologie einzusetzen, um die Geometrie des Kohleförderwagens zu erfassen. Durch das Projizieren von Laserstrahlen auf die Oberflächen des Förderwagens können große Mengen an Datenpunkten pro Sekunde erfasst und eine digitale Darstellung des Bauteils erstellt werden.

Der Ingenieur nutzte einen tragbaren 3D-Laserscanner KSCAN-Magic, der Objekte unterschiedlichster Größen und Formen scannen kann. Der Scanner verfügt über eine integrierte Photogrammetrie, die dabei hilft, die hohe Messgenauigkeit auch bei großformatigen Bauteilen sicherzustellen.

Die KSCAN-Magic-Serie von 3D-Laserscannern ist die erste, die zwei Lasertypen in einem Gerät kombiniert: Infrarot und Blau.

Es verfügt über fünf Standard-Arbeitsmodi für unterschiedliche Scan-Anforderungen:

• Großflächenscannen (Infrarotlaser)
• Schnelles Scannen (blaue Laserkreuze)
• Feinscannen (blaue parallele Laser)
• Tieflochscannen (einzelner blauer Laser)
• Integriertes Photogrammetrie-System

Zudem ist es mit zwei hochauflösenden Industriekameras ausgestattet, die detailreiche 3D-Scans ermöglichen.

Arbeitsablauf: Vom 3D-Scan zum 3D-Modell

Tragbaren 3D-Scanner zur Baustelle bringen: Dank der kompakten Größe des industriellen 3D-Scanners KSCAN-Magic konnte der Ingenieur das Gerät problemlos zum Standort des Kohleverteilers transportieren.

 Kodierte und unkodierte Markierungen anbringen: Der Ingenieur brachte kleine kodierte und unkodierte Markierungen auf der Oberfläche des Kohleverteilers an. Diese Markierungen helfen dem Scanner, das Teil zu positionieren und mehrere Scans miteinander auszurichten.

 Fotos für die Photogrammetrie aufnehmen: Der Ingenieur machte mithilfe der integrierten Photogrammetrie von KSCAN-Magic mehrere Fotos des Kohleverteilers aus verschiedenen Winkeln. Diese Fotos dienten zur Erstellung einer allgemeinen Geometrie des Kohleverteilers.

 Markierungsdatei für das gesamte Fahrgestell erstellen: Der Ingenieur erfasste und exportierte die Koordinaten aller Markierungen auf dem Kohleverteiler. Diese Datei diente als Referenz für die spätere Ausrichtung der Scans.

 Unterseite des Fahrgestells scannen: Der Ingenieur scannte die Unterseite des Fahrgestells, indem er den hochpräzisen 3D-Scanner um das Objekt herumführte. Der Scanner erfasste Datenpunkte in Echtzeit und stellte sie auf dem Laptop-Bildschirm dar. Der Ingenieur scannte verschiedene Abschnitte des Chassis, bis alle Bereiche abgedeckt waren.

Chassis umdrehen und Oberseite scannen: Der Techniker drehte das Chassis um und scannte die Oberseite mit derselben Methode.

 Oberen Scan mit dem unteren Scan neu ausrichten: Mithilfe der Scan-Software richtete der Techniker den oberen Scan mit dem unteren Scan aus und verwendete dabei die Markierungspunktdatei als Referenz. Die Software fügte die beiden Laserscans zu einem 3D-Modell zusammen.

Präzise Scanergebnisse für Fertigung und 3D-Engineering

Das 3D-Modell bildete die komplexe Geometrie und die feinen Details des Kohleverteilers präzise ab und erfüllte die Genauigkeitsanforderungen. Der Ingenieur exportierte das hochauflösende Netz, das mit den meisten CAD-Programmen kompatibel ist. So kann der Kunde neue Kohleverteiler herstellen, um die Anforderungen neuer Betriebe zu erfüllen. Darüber hinaus bietet das 3D-Scannen die Möglichkeit, den Kohleverteiler bei Bedarf zu modifizieren, zu analysieren oder neu zu konstruieren.

Vorteile des 3D-Scannens

Diese Fallstudie zeigte, wie ein Unternehmen 3D-Scannen nutzte, um die Geometrie eines Kohletransportwagens ohne Original-Konstruktionszeichnung zu erfassen und so neue Fahrzeuge für den Bergbau herzustellen.

 Die 3D-SCANOLOGYnologie bietet verschiedene Vorteile, darunter:

• Einsparung von Zeit und Ressourcen im Vergleich zu herkömmlichen Messmethoden
• Präzise Erfassung komplexer Formen und Abmessungen
• Erleichterung der Änderung, Analyse oder Neugestaltung des Objekts mithilfe von CAD-Software

 Die 3D-SCANOLOGYnologie ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Erfassung der Geometrie verschiedener Objekte für unterschiedliche Anwendungen. Sie kann Ingenieuren, Designern und Forschern helfen, Probleme zu lösen und effizienter Lösungen zu entwickeln.