CMT 32/2015

Einsatz von Laserscannern im Stahlkörperbau (ELASTA)

 

Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer Anwendungszentrum für Großstrukturen in der Produktionstechnik
Prof. Dr.-Ing. Martin-Christoph Wanner, Dipl.-Ing. Michael Geist, M.Eng. Lisa Knaack

 

Das IGF-Vorhaben 17279 N der Forschungsvereinigung Center of Maritime Technologies e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages gefördert.

 

Der Bericht kann bei CMT bestellt werden. Bitte senden Sie eine E-Mail an igf(at)cmt-net.org

 

Projektbegleitender Ausschuss:

Blohm+Voss Shipyards GmbH, Hr. Burmeister/Hr. Scheufele

Brombach + Gess GmbH & Co. KG, Hr. Gess

Firma Lürssen Werft GmbH & Co KG, Hr. Dr. Urban

Flensburger Schiffbau Gesellschaft mbH, Hr. Petersen

Formstahl GmbH & Co. KG, Hr. Steiner

IMAWIS GmbH, Hr. Müller

Meyer Werft GmbH, Hr. Zimmermann (Vorsitzender PA)

Neptun Werft GmbH, Hr. Wegener

Ostseestahl GmbH & Co. KG, Hr. Schellhorn

 

Zusammenfassung

Der technische Fortschritt flächenhafter Messsysteme hat in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung vollzogen. 3D-Laserscanner sind heute leistungsfähige Sensoren, mit denen sich Objekte schnell, umfassend und objektiv digitalisieren lassen. Flächenhafte Messsysteme bieten in Kombination mit anwendungs-bezogenen Auswertetools ein enormes Potenzial für die Qualitätssicherung im Stahlkörperbau sowie die Umsetzung der Erkenntnisse aus dem Forschungsgebiet der Genaufertigung. Die Methoden des Genaubaus werden bis heute jedoch nicht auf allen Werften durchgängig angewendet. Die Gründe dafür sind vor allem:

• Hoher Aufwand bei der Erfassung und Verarbeitung der Daten,

• Übergang von der Serienfertigung zur Einzelfertigung, wodurch die Komplexität der fertigungsbegleitenden Geometrieprüfung erhöht wird.

Hier fehlt es also insbesondere an effektiven Hilfsmitteln für die Qualitätssicherung. Ziel des Vorhabens war es, mit flächenhaften, digitalen Messverfahren ein Werkzeug für die Qualitätssicherungsaufgaben im Stahlkörperbau zu entwickeln, welches es zum einen erlaubt, die notwendigen Maße und Geometrien wesentlich schneller als bisher zu erfassen und zum anderen die Reproduzierbarkeit sowie Prozesssicherheit bei der Qualitätskontrolle deutlich zu erhöhen. Als konkrete Anwendungsfälle wurden die drei folgenden Prüfaufgaben mit dem projektbegleitenden Ausschuss (PA) definiert:

• Kontrolle von Paneelen

• Kontrolle von Anschlussgeometrien

• Messung von Bauteilöffnungen

Für eine effektive und flexible Prüfung mittels 3D-Laserscanner galt es im Projekt folgende wissenschaftlichen Problemstellungen zu betrachten:

• Automatisierte Ausrichtung von 3D-Punktwolken in das Bauteilkoordinatensystem

• Bearbeitung der hoch dichten 3D-Punktwolken zur merkmalsbezogenen Auswertung.

Für die Realisierung des Vorhabens wurden die derzeit durchgeführten Messaufgaben analysiert und hinsichtlich der Einsetzbarkeit des 3D-Laserscanners und der Automatisierbarkeit geprüft. Darauf basierend konnten die oben genannten Prüfaufgaben ausgewählt und im weiteren Projektverlauf messtechnisch und programmiertechnisch in Softwarewerkzeugkästen umgesetzt werden. Dafür wurden bei den Mitgliedern des PA’s Testdaten und Verifizierungsdaten akquiriert. Durch die Verifizierungsmessungen mittels Tachymeter konnte gezeigt werden, dass eine Prüfung mittels 3D-Laserscanner und den entwickelten Softwarewerkzeugkästen im Schiffbau anwendbar ist.


Abstract

Technical progress of areal measurement systems has undergone a rapid development in recent years. Today 3D laser scanners are powerful sensors with which objects can be quickly, comprehensively and objectively digitized. Extensive measurement systems offer in combination with application-oriented evaluation tools enormous potential for quality assurance in the steel body as well as the implementation of the findings from the research field of high-precision manufacturing. The introduction of corresponding principles has not been established yet consistently on ship yards. The reasons are mainly:

• High effort in acquisition and processing the data

• Current trend in shipbuilding away from serial towards individual production which increases complexity in attendant geometry testing

Effective tools for quality assurance are missing. Aim of the project was to develop a tool for quality assurance in steel-structure production with a digital area-measured method which allows on one hand to grasp much faster than before the necessary dimensions and geometries and on the other hand to increase repeatability and process reliability in quality control. As concrete applications the following tasks have been defined in collaboration with the project steering committee (PA):

• Controlling of panels

• Controlling of connection geometries

• Measurement of structural openings

For effective and flexible testing by using 3D laser scanner, it was necessary to consider the following scientific issues in the project:

• Automated alignment of 3D point clouds in the component coordinate system

• Processing of high-density 3D point clouds for feature-related evaluation

For the realization of the project current measurement tasks were analyzed and tested for applicability of the 3D laser scanner and automation. Based on the above mentioned, tasks were selected and implemented metrological and programmatically in software toolboxes. Therefore test data and verification data were acquired in collaboration with members of the PA. The verification measurements by using total station have shown that a control by using a 3D laser scanner and the developed software toolboxes is applicable in shipbuilding.

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