Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
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ROBBE-Scan – Autonomes 3D-Scannen per Knopfdruck

Bauteile vollautomatisch dreidimensional erfassen, ohne Roboterprogrammierung, Teaching, CAD-Modell oder vorab definiertem Scan-Plan.

ROBBE-Scan ist ein robotergestütztes System zur autonomen 3D-Erfassung von Bauteilen. Das System erzeugt präzise 3D-Modelle iterativ, indem auf Basis bereits erfasster 3D-Daten dynamisch und intelligent die nächsten Roboterpositionen berechnet werden. So entsteht schrittweise ein vollständiges 3D-Modell. Die erzeugten 3D-Modelle können in der Regel ohne manuelle Nachbearbeitung direkt verwendet werden.

Unsere Lösung: 3D-Scannen ohne vorab programmierte Scan-Bahnen

ROBBE-Scan erfasst dem System zuvor unbekannte Bauteile schrittweise mit einem robotergestützten 3D-Sensor. Die entstehenden 3D-Punktwolken werden fortlaufend automatisch bereinigt und zu einem zusammenhängenden 3D-Modell kombiniert. Umgebung und Spannmittel werden als Störgeometrien erkannt und weggefiltert.

Im gesamten Prozess berechnet ROBBE-Scan selbstständig anzufahrende Roboterpositionen auf Basis der bereits erfassten Geometrie. Dieses Next-Best-View-Prinzip garantiert die vollständige Erfassung der von außen sichtbaren Oberfläche einschließlich Hinterschneidungen und Konkavitäten. Je nach Sensorik und Systemaufbau ist eine Erfassung im Mikrometerbereich möglich.

Das erzeugte 3D-Modell kann nach der Erfassung - in der Regel ohne weitere manuelle Nachbearbeitung - beispielsweise für Qualitätssicherung, Vermessung oder Visualisierung genutzt werden.

Soll die digitale Bauteilgeometrie darüber hinaus als Grundlage für eine automatisierte robotergestützte Bearbeitung dienen, kann ROBBE-Scan mit ROBBE-Do kombiniert werden. ROBBE-Do nutzt die erzeugten 3D-Geometriedaten für die automatische Bearbeitung des Bauteils und berechnet dazu kollisionsfreie Roboterbahnen.

Zielgruppen und Einsatzbereiche

  • Qualitätssicherung und Produktion
    ROBBE-Do eignet sich für Unternehmen, die Bauteile im Wareneingang, während der Fertigung oder am Bandende automatisiert in 3D erfassen und vermessen möchten. Besonders wirtschaftlich ist die Lösung bei kleinen Stückzahlen, hoher Variantenvielfalt und häufig wechselnden Geometrien.
  • Produktentwicklung und Design
    Prototypen, physische Modelle und Designvarianten können automatisiert digitalisiert werden. Die erzeugten 3D-Modelle lassen sich anschließend beispielsweise für Visualisierungs-, Dokumentations- oder Messaufgaben weiterverwenden.
  • Test und Dokumentation
    Auch Testobjekte lassen sich mit ROBBE-Scan dreidimensional dokumentieren. Ein Anwendungsbeispiel ist die 3D-Erfassung von Fahrzeugbauteilen nach Crashversuchen.

Herausforderung und Ausgangssituation

Von handgeführten manuellen zu autonomen Prozessen

Für die 3D-Erfassung von Bauteilen kommen häufig handgeführte Scanner oder programmierte beziehungsweise geteachte robotergestützte Systeme zum Einsatz. Bei handgeführten Lösungen hängt die Qualität der Ergebnisse auch von der Erfahrung und Arbeitsweise der bedienenden Person ab. Komplexe Geometrien oder schwierig zu erfassende Materialeigenschaften (Glanz) können die Qualität der resultierenden Modelle mindern.

Robotergestützte Systeme ermöglichen reproduzierbare Abläufe, benötigen üblicherweise jedoch vorab festgelegte Positionen oder Programme. Für die Programmierung oder das Teaching ist der Aufwand bei häufig wechselnden Bauteilen mit kleinen Stückzahlen oder gar Losgröße 1 oft unwirtschaftlich. ROBBE-Scan setzt genau hier an.

Praxisbeispiel

Autonome 3D-Erfassung im industriellen Einsatz

ROBBE-Scan wurde am Fraunhofer IGD für unterschiedliche Anwendungen entwickelt und gemeinsam mit Industriepartnern erprobt. Mit RWE kommt die autonome 3D-Erfassung im kerntechnischen Rückbau zum Einsatz. Bauteile werden dort ohne vorhandenes CAD-Modell automatisch erfasst und bearbeitet.

Diese Anwendung wurde 2022 mit dem Nuklearen Innovationspreis der Europäischen Union ausgezeichnet. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Weiterentwicklung der autonomen 3D-Erfassung für industrielle Anwendungen ein.

Gemeinsam mit RWE wurde die autonome 3D-Erfassung zudem mit einer robotergestützten Bearbeitung verbunden. Die Nutzung von 3D-Geometriedaten für die automatische Planung und Ausführung von Bearbeitungsprozessen ist Gegenstand der Lösung ROBBE-Do.

Unsere Technologie und Kompetenz

ROBBE-Scan verbindet 3D-Bildverarbeitung, Robotik und Simulation zu einem autonomen Erfassungssystem. Eine dynamische Ansichtenplanung berechnet auf Basis bereits erfasster 3D-Daten die jeweils nächste optimale Sensorposition. So wird das Objekt mit möglichst wenigen Positionen vollständig erfasst.

Kompetenzen des Fraunhofer IGD:

  • 3D-Bildverarbeitung, Echtzeit-Laserscanning und Photogrammetrie
  • Next-Best-View-Verfahren und Kollisionsvermeidung
  • Robotersimulation und digitale Zwillinge
  • Integration mechatronischer Gesamtsysteme für industrielle Anwendungen

Leistungsangebot

Von der Machbarkeit bis zur Integration

  • Wir analysieren Ihre industriellen Anwendungsfälle und untersuchen dafür die technische Machbarkeit einer autonomen 3D-Erfassung.
  • Dazu gehören die Auswahl und Konfiguration geeigneter 3D-Sensorik, Robotik und Aktuatorik sowie die Entwicklung und prototypische Umsetzung anwendungsspezifischer Erfassungssysteme.
  • ROBBE-Scan kann an unterschiedliche Bauteilgeometrien, Oberflächen und Qualitätsanforderungen angepasst und in bestehende Produktions-, Mess- und Qualitätssicherungsprozesse integriert werden.
  • Wir unterstützen zudem bei Inbetriebnahme und Optimierung an sich ändernde Einsatzbedingungen.

Weiterführende Inhalte

Autonome 3D-Erfassung für Ihren Anwendungsfall

Sie möchten Bauteile automatisiert in 3D erfassen, ohne für jede Variante neue Roboterprogramme zu erstellen? Sprechen Sie mit uns über Ihren Anwendungsfall.

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  • ROBBE-Scan ist ein robotergestütztes System des Fraunhofer IGD für autonomes 3D-Scannen. Das System benötigt weder ein vorhandenes CAD-Modell noch einen vorab definierten Scan-Plan oder ein Roboterprogramm für das jeweilige Bauteil.

  • Ein robotergestützter 3D-Sensor erfasst das Bauteil schrittweise. Auf Basis der bereits aufgenommenen Geometrie bestimmt ROBBE-Scan selbstständig weitere Sensorpositionen, bis die von außen sichtbare Oberfläche in der gewünschten Qualität erfasst ist.

     

  • Next-Best-View bezeichnet die dynamische Auswahl der nächsten am besten geeigneten Aufnahmeposition. Dadurch werden noch nicht ausreichend erfasste Bereiche eines Bauteils gezielt aufgenommen.

  • Die erzeugten 3D-Modelle können unter anderem für Vermessung, Qualitätssicherung, Dokumentation und Visualisierung eingesetzt werden.

  • ROBBE-Scan erzeugt ein digitales 3D-Modell des realen Bauteils. ROBBE-Do nutzt die erzeugten 3D-Geometriedaten anschließend für die automatische Planung und Ausführung robotergestützter Bearbeitungsprozesse. ROBBE-Scan kann eigenständig eingesetzt oder mit ROBBE-Do zu einer durchgängigen Prozesskette kombiniert werden.

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