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Titelaufnahme

Titel
Messsystem zur Erfassung von Objektgeometrien mit Laserlichtschnittverfahren / eingereicht von David Auzinger
AutorInnenAuzinger, David
Beurteiler / BeurteilerinZagar, Bernhard
Betreuer / BetreuerinZagar, Bernhard
ErschienenLinz, 2018
Umfangix, 85 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Masterarbeit, 2018
SpracheDeutsch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)Lichtschnittverfahren / Laserlightsection / 3D-Scan / 3D-Druck
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-23590 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
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Messsystem zur Erfassung von Objektgeometrien mit Laserlichtschnittverfahren [34.94 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Computergesteuerte Fertigungsverfahren und auch der 5D-Druck ermöglichen die Herstellung komplexer Objektgeometrien anhand von digitalen CAD-Modellen. Umgekehrt ermöglichen 5D-Scanner das Abbilden komplexer Objektgeometrien als CAD-Modelle. Dies führt zu einer Beschleunigung der Produktentwicklung Stichwort Rapid-Prototyping bzw. lassen sich damit direkt Produkte während der Herstellung überprüfen, bezeichnet als closed-loop-manufacturing. Dabei kann ein 5D-Scanner direkt in den Herstellungsprozess eingebunden werden und in Echtzeit Feedback geben, oder es können stichprobenartige Kontrollen durchgeführt werden. Das Lichtschnittverfahren mit einem Linienlaser erlaubt eine kostengünstige Realisierung eines solchen 5D-Scanners. Der im Rahmen dieser Masterarbeit konstruierte Messaufbau kombiniert zwei Ansätze, eine Drehung des Messobjektes vorbei an einem fix positionierten Linienlaser und eine lineare Bewegung eines zweiten Linienlasers um trotz möglicher Abschattungen auch komplexe Objektgeometrien erfassen zu können. Zusätzlich werden eine Messkamera, die Kinematik mit der notwendigen Steuerungselektronik und ein Computer benötigt. Der Computer auf dem die rechenintensive Auswertung geschieht, ist über Ethernet und USB mit dem Messaufbau verbunden. Anhand eines mathematischen Modells der Messanordnung wurden Kalibrierversuche zur Parameteridentifikation entwickelt. Die Auswertung von Messdaten basiert wiederum auf dem Modell und den identifizierten Parametern. Die Aufnahmen der Messkamera werden dabei in mehreren Verarbeitungsschritten gefiltert und aufbereitet um zu einer Punktwolkendarstellung des Messobjektes zu gelangen. Aus der Punktwolke können einerseits direkt Objektinformationen gewonnen werden, andererseits kann sie, u.a. mit der frei verfügbaren Software CloudCompare, weiterverarbeitet werden um die Objektoberfläche zu rekonstruieren. Um den Kreis zu schließen kann aus einer solchen Oberfläche ein 5D druckbares Modell erstellt, und so das Messobjekt repliziert werden. Darüber hinaus wurde die mit dem Messaufbau erreichbare Messunsicherheit u <= 2.55mm bei einem 95.5% Konfidenzintervall untersucht. Dabei konnte vor allem die verwendete Kamera als limitierender Faktor und somit als Ansatzpunkt für zukünftige Verbesserungen identifiziert werden. Nach der Untersuchung von konzeptbedingten Einschränkungen der Messmethode sowie der Diskussion von Lösungsansätzen wird eine Auswahl an Testobjekten vorgestellt, mittels derer die Leistungsfähigkeit des Systems demonstriert wird.

Zusammenfassung (Englisch)

Computer controlled manufacturing as well as 5D-printing allow the realisation of complex object geometries based on digital CAD-models. Vice-Versa 5D-scanners allow the mapping of complex object geometries to CAD-models. This leads to an increased pace of product development see rapid-prototyping and allows for product monitoring during the production process, also known as closed-loop-manufacturing. Closed-loop-manufacturing embeds 5D-scanners directly into the production process, enabling real-time feedback and/or random sample checks. The light-section method with a line-laser allows a cheap realisation of such a 5Dscanner. The setup created for this thesis combines two approaches, a rotation of the object to be scanned in combination with a fixed line-laser and a linear movement of a second laser to allow the acquisition of complex object geometries by reducing potential shadowing. The setup consists of the aforementioned lasers, a measurement-camera, the kinematics with the necessary control electronics and a computer. The computer, responsible for the computation-intensive data analysis, is connected to the setup via ethernet and USB. Calibration experiments were developed on the basis of a mathematical model of the setup to identify its parameters. The evaluation of measurement data is also based on this model and the previously identified parameters. The images acquired by the camera are filtered and processed in several steps to obtain a point-cloud representation of the scanned object. This point-cloud can either be used to directly extract information about the object, or it can be further processed using the freely available program CloudCompare to reconstruct the object surface. To close the loop, this surface can be used to create a 5D-printable model which can then be used to create a replica of the original object. Furthermore, the achievable measurement uncertainty u <= 2.55mm with a 95.5% confidence interval was studied. The camera was identified as a limiting factor and is therefore a starting point for possible future improvements. After the study of design-inherent limitations of the measurement method as well as the discussion of possible solutions, a number of sample objects are introduced to demonstrate the capabilities of the system.

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