Optimierung der 3D-Messung für Reverse Engineering

Reverse Engineering ist eine Technik, die heute aufgrund der großen Vorteile, die sie in F&E-Prozessen und bei der Herstellung von Bauteilen bieten kann, viel Aufmerksamkeit erhält. Vorteile bei F&E-Prozessen sind unter anderem die kürzeren Entwicklungszeiten und die Kostensenkung. Auch bei Fertigungsprozessen kann Reverse Engineering von Vorteil sein. Beschädigte Formen können restauriert werden und Bauteile können dupliziert werden, für die es keine Zeichnungen gibt. Gleichzeitig ist Reverse Engineering mit Herausforderungen, wie komplizierten Messungen, dem Bedarf an fortschrittlicher Technologie und hohem Zeitaufwand verbunden.
3D-Scanner, die in den letzten Jahren populär geworden sind, sind jedoch mit hohen Erwartungen verknüpft, da sie zur Lösung dieser Herausforderungen beitragen können.
In diesem Abschnitt werden grundlegende Kenntnisse über Reverse Engineering und die verwendeten 3D-Scanner erläutert.

Reverse Engineering
Für Reverse Engineering verwendete Messsysteme
Verwendung von 3D-Daten beim Reverse Engineering
Effizienteres Reverse Engineering mit dem optischen 3D-Koordinatenmessgerät der Modellreihe VL
Zusammenfassung: Verbessertes Reverse Engineering

Reverse Engineering

Beim Reverse Engineering wird die Struktur bestehender Produkte, Teile und Software analysiert, um die Konfiguration der Teile, den Quellcode oder andere Komponenten zu untersuchen und zu messen und die darin enthaltenen Technologien und Designs aufzudecken.
In der Fertigungs- und Bearbeitungsindustrie bezieht es sich auf eine Technik zur Messung der Form eines Produkts oder Teils, um Zeichnungen zu erstellen. Normalerweise werden Produkte auf der Grundlage von Zeichnungen hergestellt. Bei dieser Methode wird jedoch der umgekehrte Weg beschritten und es werden Zeichnungen aus den Produkten erstellt. Daher auch der Name Reverse Engineering.

Ziele des Reverse Engineering

Mit Reverse Engineering ist es möglich, Entwurfszeichnungen zu reproduzieren, indem tatsächliche Produkte gemessen und CAD-Daten erstellt werden. Mit dieser Methode können beispielsweise Zeichnungen für Bauteile erstellt werden, die nicht verwendet werden können, weil sie von einem Mitbewerber hergestellt werden, für Produkte, für die es keine Zeichnungen mehr gibt, weil der Hersteller in Konkurs gegangen ist oder das Produkt veraltet ist, und für Prototypen, für die keine detaillierten Zeichnungen vorliegen.
Die Entwicklung mit Hilfe von Reverse Engineering kann die Entwicklungszeit verkürzen und die Kosten senken, indem ein neues Produkt unter Bezugnahme auf die Entwurfszeichnungen eines bestehenden Produkts entwickelt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Entwicklungszyklus verkürzt werden kann, sodass neue Produkte schneller als bei Mitbewerbern auf den Markt kommen können.
In der Fertigung kann es bei der Wiederherstellung verschlissener Formen und der Vervielfältigung von Bauteilen, für die es keine Zeichnungen gibt, helfen, die Produktionsqualität zu erhalten und neue Aufträge zu bekommen.

Gesetze, die bei Reverse Engineering beachtet werden müssen

Reverse Engineering ist eine legale Tätigkeit. Allerdings kann ein Produkt eine Vielzahl von Patenten oder Urheberrechten beinhalten, und bei der Verwendung der Analyseergebnisse ist Vorsicht geboten, um eine Verletzung der Rechte an geistigem Eigentum zu vermeiden.
Wenn beispielsweise eine Technologie patentiert wurde oder wenn technische Informationen im Widerspruch zu den drei Voraussetzungen für ein Geschäftsgeheimnis (Geheimhaltung, nützliche Informationen und nicht öffentlich bekannt) gemäß dem Gesetz zur Verhinderung unlauteren Wettbewerbs stehen, ist ihre Verwendung möglicherweise nicht zulässig.
Um die durch Reverse Engineering gewonnenen Informationen zu nutzen, muss sichergestellt werden, dass die Verwendung der Informationen nicht gegen das Patentrecht und das Gesetz zur Verhinderung unlauteren Wettbewerbs verstößt.

Für Reverse Engineering verwendete Messsysteme

Reverse Engineering, das bei der Messung der Abmessungen von Produktkomponenten unerlässlich ist, wurde erst durch die verbesserte Leistung und die reduzierten Kosten von 3D-Scannern möglich. Messsysteme für Reverse Engineering werden grob in berührende (taktile) und berührungslose (optische) Typen unterteilt, wobei jeder seine eigenen Vor- und Nachteile hat.

Taktiles Koordinatenmessgerät

Ein Koordinatenmessgerät erfasst mit einem Messtaster punktuell das Bauteil. Im Vergleich zu einem optischen Typ bietet dieser Scanner eine höhere Messgenauigkeit und kann Produkte messen, die aufgrund einer reflektierenden Oberfläche nicht mit einem optischen Scanner gemessen werden können.
Andererseits kann er enge Räume, in die der Messtaster nicht eindringen kann, nicht messen. Auch die Größe der Produkte, die gemessen werden können, ist begrenzt. Die Erfassung der Messdaten erfolgt durch Punkte oder Linien, wodurch die Zeit mit zunehmender Bauteilgröße stark zunimmt.
Ein typisches Beispiel für diese Messgeräte ist ein Portal-Koordinatenmessgerät.

Optische 3D-Scanner

Dieses System richtet LED-Licht oder einen Laserstrahl auf das Messobjekt, um 3D-Daten des Bauteils zu erhalten, indem diese über Triangulation ermittelt werden.
Zu den Scanning-Methoden gehören die Streifenprojektion und das Lichtschnittverfahren. Es gibt sowohl stationäre als auch Handscanner. Sie werden unterschiedlich eingesetzt, Ein Handscanner hat jedoch oftmals eine geringere Messgenauigkeit, da der Anwender die Hand nicht komplett ruhig halten kann. Ein stationärer Scanner wird nicht nur zur zur Erfassung der 3D-Daten genutzt, sondern die Daten können im Anschluss auch analysiert und beispielsweise Profilmessungen oder CAD-Vergleiche durchgeführt werden.

Röntgen-CT-Scanner

Ein Röntgen-CT-Scanner ist in der Lage, neben der äußeren Form auch die inneren Verhältnisse zu messen. Er verwendet dasselbe Messprinzip wie ein medizinischer CT-Scanner und wird für zerstörungsfreie Prüfungen eingesetzt, da er Risse und Luftblasen in Gussprodukten oder Schweißraupen, das Vorhandensein von Fremdkörpern und äußere Abmessungen untersuchen kann. Allerdings sind solche Systeme sehr hochpreisig.

Verwendung von 3D-Daten beim Reverse Engineering

Auf der Grundlage von Scandaten können Sie CAD-Daten erstellen und Simulationsanalysen durchführen. Die Daten können auch für die Weitergabe an 3D-Drucker konvertiert werden.

Erstellen von CAD-Daten

CAD-Daten können erstellt werden, indem Oberflächendaten aus den Messdaten aufbereitet und die Daten nicht benötigter Oberflächen entfernt werden. Damit ist es möglich, CAD-Daten für ein Bauteil zu erstellen, für das es keine Zeichnungen gibt.

3D-Druck oder CAM

Scandaten können in Mesh-Daten in Form einer STL-Datei konvertiert werden, die häufig für den 3D-Druck verwendet wird.
Die Verwendung von STL-Daten für den 3D-Druck ermöglicht die schnelle Erstellung von Prototypen und Repliken.

Messdaten
STL-Daten

Simulationsanalyse

Wenn CAD-Daten verfügbar sind, können sie zur Simulation verschiedener Auswertungen wie Flussanalysen, Bewertungen der Wärmebeständigkeit und Festigkeitsbewertungen verwendet werden.
Das Bewerten und Analysieren bei gleichzeitiger Änderung der Abmessungen ermöglicht es, einen PDCA-Zyklus effizient zu betreiben. Die Daten können auch zur Vorbeugung von Defekten verwendet werden.

Effizienteres Reverse Engineering mit dem optischen 3D-Koordinatenmessgerät der Modellreihe VL

Beim Reverse Engineering muss die Gesamtform gemessen werden, was hohe Präzision und Schnelligkeit erfordert. Neben der Gesamtform müssen auch Koordinaten oder Form- und Lagetoleranzen, Querschnittsformen und andere Informationen aus den erfassten Daten gemessen werden können.
Um diesen Messanforderungen gerecht zu werden, hat KEYENCE die optischen 3D-Koordinatenmessgeräte der Modellreihe VL entwickelt. Die Modellreihe VL erfasst präzise die 3D-Form der gesamten Oberfläche, ohne das Messobjekt zu berühren. So lassen sich sofort quantitative Messungen ohne Abweichungen der Messwerte durchführen. Einige konkrete Vorteile werden nachfolgend erläutert.

Vorteil 1: Vollständige 360°-Messung.

Der Objekttisch rotiert,
sodass das Bauteil aus allen Richtungen gescannt werden kann

Die Modellreihe VL erfasst 3D-Daten aus 360° rund um das Bauteil, sodass auch Freiformflächen und komplexe Formen gemessen werden können. Es ist keine Positionierung oder Nivellierung erforderlich und hochpräzise Messungen können auch von unerfahrenen Anwendern durchgeführt werden.
Durch die hochauflösende 9 Megapixel Kamera wird sichergestellt, dass die tatsächliche Form des Bauteils wiedergegeben werden kann.

Vorteil 2: Detaillierte Analyse von Querschnitten an Messobjekten.

Präzise zerstörungsfreie Messungen und Analysen sind möglich, sogar für Querschnitte, die zuvor nur schwer zu messen waren. In den 3D-Formblattdaten können nach Bedarf Referenzebenen festgelegt werden und die Messung des Querschnitts kann aus jeder Richtung erfolgen. Die aus der Querschnittsmessung gewonnenen Daten können in DXF-Daten umgewandelt werden. Da DXF-Daten mit 2D-CAD betrachtet werden können, ist es möglich, Abmessungen zu erfassen und Zeichnungen durch Reverse Engineering zu erstellen.

Zusammenfassung: Verbessertes Reverse Engineering

Die Modellreihe VL ermöglicht das schnelle Scannen des Bauteils, um ein genaues 3D-Modell des Messobjekts zu erstellen.

Da das System Oberflächendaten erfasst, können Profilmessungen an jeder beliebigen Stelle des Messobjekts durchgeführt werden.
Es ist keine Positionierung erforderlich. Legen Sie für die Messung das Messobjekt einfach auf den Objekttisch und starten Sie mittels eines Klicks den Scanvorgang.
Berührungslose, hochpräzise Messungen sind selbst bei weichen Messobjekten wie Gummi und flexiblem Kunststoff möglich.
Beispielsweise die Ebenheit kann mittels Höhenfarben visualisiert werden. Die visuell leicht verständlichen Daten ermöglichen einen direkten Vergleich von Produktformen.
Mehrere Sätze von Messdaten können einfach und quantitativ verglichen und analysiert werden.

Die Modellreihe VL bietet erhebliche Verbesserungen für das Reverse Engineering, indem sie die Datenerfassung, die Durchführung von Messungen und den Vergleich der gescannten Daten mit CAD-Modellen schnell und einfach macht.

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