3D-Scantechnologie

Andreas Mühlbauer,

Qualitätskontrolle für den Bergbau

Der 3D-Scanner Artec Eva wird bei Element, einem Fertigungsunternehmen für den Bereich Bergbau, eingesetzt, um die genauen Messungen der Ummantelung von Kegelbrechern zu gewährleisten, die im Bergbau und in der Erzaufbereitung Anwendung finden.

Die Kegelbrecher-Hüllen gibt es in verschiedenen Größen, wobei größere Teile ein hohes Maß an Eigenarbeit erfordern. © Element

3D-Scantechnologien werden zum Beispiel eingesetzt, um die genauen Messungen der Hüllen von Kegelbrechern zu gewährleisten. Als das Unternehmen Element von Bergbauexperten aus Russland und Finnland im Jahr 2017 gegründet wurde, war klar, dass Effizienz und Genauigkeit die Eckpfeiler ihres Geschäfts sein mussten. Heute ist das Team des internationalen Herstellers von Ersatzteilen für Bergbau und Baugewerbe und Dienstleistungsanbieter auf 120 Mitarbeiter angewachsen. Element hat bei seiner Arbeit stets Scan-Technologie eingesetzt, insbesondere den 3D-Scanner Artec Eva.

Artec Eva ist ein 3D-Scanner mit Strukturlicht, der schnelle, genaue und texturierte Modelle liefert. Der Scanner eignet sich am besten für mittelgroße Objekte und für die Erfassung präziser Messungen in hoher Auflösung. Eva ist eine Lösung für alle Arten von Objekten – einschließlich glänzender und schwarzer Objekte, die bekanntermaßen schwierig zu scannen sind – und eignet sich aufgrund der umfangreichen Möglichkeiten für zahlreiche Branchen, von der Automobilindustrie bis zur Medizin und für eine Vielzahl von Anwendungen, von Reverse Engineering bis zur Qualitätskontrolle.

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Seit der Gründung des Unternehmens hat sich Element stetig weiterentwickelt: „Als technisches Start-up-Unternehmen haben wir uns von Anfang an dafür entschieden, in moderne Technologie zu investieren“, sagt Produktionsdirektor Sergey Kolesnikov. „Wir haben nie ohne 3D-Scan-Technologie gearbeitet.“

An vorderster Front steht hier der Scan-Techniker Alexander Slatvickiy, der Artec Eva seit Beginn seiner Tätigkeit für Element im Jahr 2018 einsetzt. Für ihn waren die Anfänge des Scannens unkompliziert. „Die Einarbeitung ging schnell und problemlos, weil die Anwendung von Artec Studio so einfach ist“, sagt Slatvickiy. „Aus diesem Grund konnte ich nach nur zwei Übungstagen unter der Aufsicht meines Ausbilders selbstständig scannen.“

Der Hauptzweck des Scannens sei die Qualitätskontrolle, sagt Kolesnikov. Scannen wird zum Beispiel eingesetzt, um die genauen Messungen der Hüllen von Kegelbrechern zu gewährleisten – einem wichtigen Maschinentyp, der im Bergbau und in der Erzaufbereitung genutzt wird. Der im Sandgussverfahren hergestellte Mantel besteht aus Manganstahl, einer im Jahr 1882 entdeckten Legierung. Der Herstellungsprozess dauert in der Regel ein paar Wochen. Sobald die Teile fertig sind, werden Muster zur Genauigkeitsprüfung entnommen.

„Zuerst scannen wir sämtliche Oberflächen des Teils“, sagt Slatvickiy. „Mit Artec Studio werden garantiert keine Oberflächen übersehen, da sie alle in Echtzeit angezeigt werden.“ Anschließend wird in Artec Studio ein Polygonmodell erstellt. Überflüssige Oberflächen von umgebenden Objekten werden durch die Algorithmen Global Registration und Merging gelöscht sowie Werkzeuge zur Erstellung eines STL-Oberflächenmodells implementiert. Dieses Modell kann dann zur Qualitätskontrolle in Geomagic for Solidworks verwendet werden, wo neue Modelle mit bereits vorhandenen Modellen von Originalteilen oder hochgenauen Zeichnungen abgeglichen werden.

„Wir zeichnen die Skizzen nach Abschnittspositionen auf und verwenden Solidworks-Werkzeuge für die Messungen“, erklärt Slatvickiy. Für diese Aufgabe bietet Geomagic ein Abweichungsanalyse-Werkzeug, das zur Visualisierung von Abweichungen polygonaler Modelle vom Nennprofil verwendet wird, sowie Orient Mesh, das sicherstellt, dass die Grundebenen des polygonalen Modells mit denen des Volumenmodells übereinstimmen. Der gesamte Prozess vom Scannen, Verarbeiten und Modellieren bis zum Abgleichen dauert nicht länger als vier Stunden, in manchen Fällen sogar weniger als 30 Minuten.

Alexander Shestakov vom Artec-Partner Globatek sagt, dass Artec Eva die ideale Lösung für diesen Prozess sei, da sie hochpräzise Scans in nur wenigen Minuten erfassen könne. „Ganz egal, ob sie in einem Lagerkomplex oder auf dem Gebiet eines Bergbauunternehmens unterwegs sind: Dank einigen charakteristischen Merkmalen von Artec Eva – darunter das geringe Gewicht und die Nutzerfreundlichkeit – ist es möglich, bis zu sechs Stunden mobil zu arbeiten und dabei alle Anforderungen an die Genauigkeit der Digitalisierung zu erfüllen.

Um die hohen Qualitätsstandards (ISO 9001), die das Unternehmen bietet, zu erfüllen, müssen zwei Arten von Problemen beachtet werden: Kritische Probleme wie hohe Ungenauigkeit und weniger akute Probleme, die auch nach der Produktion gelöst werden können. „Wir lehnen Teile ab, wenn unser Scan-Bericht auf kritische Probleme hinweist“, sagt Kolesnikov. „Wenn nicht, sind wir in der Regel in der Lage, einige Änderungen vorzunehmen, um sekundäre Probleme in Zusammenarbeit mit unseren Lieferanten zu beseitigen.“

„Um unsere Standards zu erfüllen, brauchen wir eine Messgenauigkeit mit Abweichungen von maximal 0,01 Prozent“, sagt Kolesnikow. „Das bedeutet, dass bei einem Durchmesser von 1.000 mm weniger als 0,1 mm Spielraum für Fehler vorhanden ist.“ Darüber hinaus setzt Element den 3D-Scanner Artec Eva auch zum Scannen abgenutzter Teile für seine Kunden ein. So sind sie dann in der Lage, abgenutzte Teile zu scannen und ihre präzise Wiederherstellung sicherzustellen.

Abgesehen von der guten Funktionalität sind für die Techniker von Element die Nutzerfreundlichkeit und Genauigkeit ausschlaggebend für die Anwendung der Scanner. „Am besten gefällt mir der Ablauf des Scannens“, sagt Slatvickiy. „Und, dass Artec Eva mit Akkustrom arbeitet, ebenso wie der Komfort der Scan- und Verarbeitungssoftware Artec Studio und die Genauigkeit der Scans.“

"Der Einsatz von Artec Eva für die Qualitätskontrolle ermöglicht es uns, dem Kunden eine hohe Qualität der gelieferten Produkte zu garantieren“, fügt Shestakov hinzu. „Außerdem können wir die Logistikkosten minimieren, die bei der Rücksendung von Großgeräten anfallen würden.“

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