Zielmarken für 3D Scans bei Flächenrückführung!

Um Produkte oder deren Bauteile zu digitalisieren werden diese in der Regel mit einem 3D Scanner erfasst. Hierfür gibt es verschiedene Arten von Scan-Verfahren. Unterschieden wird hierbei in folgende Geräte und Verfahren.

Scanner – Scanverfahren:

• CT-Scanner – CT Scan
• Weißlicht-Scanner – Weißlicht Scan
• Blaulicht-Scanner – Blaulicht-Scan
• Infrarot-Scanner – Infrarot-Scan
• Longrange-Scanner – Terrestrischer-Scan
• Laser-Scanner – Laser-Scan

Aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit wird für eine Bauteilvermessung in der Regel auf einen der oben genannten 3D-Scanner Typen gesetzt. Bei der Verwendung dieser Geräte gibt es jedoch oftmals kleine Hürden zu überwinden. So kommt es in vielen Fällen beim Scanvorgang zu Problemen, wenn zum Beispiel schwarze, spiegelnde oder transparente Oberflächen erfasst werden sollen. Selbiges gilt bei symmetrischen Körpern wie Würfeln oder Trichtern, ebenso beim Erfassen außergewöhnlich kleiner oder großer Objekte.

Die Experten von Mako-Technics empfehlen daher, den Scanmodus „mit Markern“ zu verwenden. Hierbei läuft der Scanvorgang flüssiger und die Ergebnisse sind zuverlässiger und ‘sauberer’. Die Zielmarken müssen dabei asymmetrisch auf dem Objekt positioniert werden. Der Abstand kann je nach Scanner etwas unterschiedlich sein, jedes Gerät muss dann während des Scanvorgangs zur Erfassung des Bauteils jederzeit 3 – 5 Zielmarken im Sichtfeld haben.

Wichtig:

Ein Hinzufügen von Markern während des Scans ist möglich. Das Entfernen oder Neupositionieren jedoch nicht.

Beispiel und technischer Hintergrund

Um die grundsätzliche Notwendigkeit nochmal zu verdeutlichen hier einmal das folgende Beispiel:

Beim Erfassen eines Würfels kann der Scanner nicht automatisch bestimmen, welche Seite des Würfels gerade gescannt wird. Das Anbringen von Zielmarken sorgt hier bei der Orientierung für eine klare Identifizierung der einzelnen Seiten. So erkennt das Gerät, welche Seiten des Würfels bereits erfasst wurden und welche noch nicht. Durch asymmetrisches Anbringen von Zielmarken wird jede Seite des Würfels für den Scanner eindeutig identifizierbar, ähnlich einem Spielwürfel mit den Zahlen 1 bis 6.

Technischer Hintergrund:

3D Scans bestehen aus Punkten, für die im Koordinatensystem eine Position auf den Achsen X, Y und Z bestimmt wird. Jeder Punkt besteht im Datensatz also aus einer einfachen Kombination aus 3 Ziffern, zum Beispiel 125;256;350. Hiermit ist nun die genaue Position dieses Punktes aus X, Y und Z bestimmt. Nach diesem Verfahren werden nun in kleinsten Abständen Punkte erfasst und gespeichert. Dies alles geschieht mit modernen Scannern in einer enormen Geschwindigkeit.

Zielmarken Aufkleber

Wie bereits erwähnt, stellt das Erfassen schwieriger Oberflächen und Geometrien 3D-Scanner vor einige Probleme, die es zu lösen gilt. Zielmarken Aufkleber sind in vielen Fällen die einfachste Lösung. Die gängigsten Varianten sind zwischen 3 und 6 Millimetern groß, jedoch hängt der zu verwendende Punktedurchmesser natürlich vom Messvolumen ab. Für jeden Scanner gibt es speziell vom Fabrikanten erstellte Zielmarken Aufkleber. Diese sollte man in jedem Fall bei der Bestellung des Scanners für die ersten Testscans mitbestellen. Es empfiehlt sich außerdem, die “Scanner Marken”-eigenen selbstklebenden Zielmarken für mögliche Geräte-Tests zu verwenden oder sich mit der Hotline des Herstellers abzusprechen.

Neben dem Durchmesser unterscheiden sich Zielmarken Aufkleber auch durch die unterschiedliche Reflektion des Materials. Hierzu sind von den Scanner Fabrikanten lange Testreihen durchgeführt worden. Die Geschwindigkeit beim Scannen selbst wird maßgeblich durch die Qualität der Zielmarken mitbestimmt. Eine nicht oder nur langsam identifizierte Zielmarke birgt immer die Gefahr für Ungenauigkeiten, aber behindert in jedem Fall das schnelle und saubere Erfassen der Bauteile.

Ein weiterer Unterschied ist die Klebehaftung. Wenn Marker nur kurz auf dem gewünschten Objekt halten sollen und schnell wieder entfernt werden müssen, empfehlen wir die Verwendung von Markern mit geringem Klebstoffgehalt.

Das Anbringen der Zielmarken ist ein erheblicher Zeit- und Arbeitsaufwand. Zum schnellen Arbeiten haben sich bei uns Zielmarken Aufkleber auf einer Rolle als besonders praktisch herausgestellt.

Zielmarken für Longrange-Scanning

Diese Marker mit größerem Durchmesser gibt es nicht als fertige Zielmarken selbstklebend zu kaufen. Hier haben die diversen Hersteller eigene Formen, die als PDF-Download auf den Webseiten der Fabrikanten zur Verfügung gestellt werden.

Die PDF-Version auf ein A4 Blatt zu drucken und an Wänden oder anderen Ebenen zu platzieren ist hier ein gebräuchlicher Weg.

Die verschiedenen Arten und Größen

Zielmarken sind in unterschiedlichen Arten und Größen erhältlich. Die Art der zu verwendenden Marker hängt zum einen vom jeweiligen Scanner ab:

Kommen hierbei

• Weißlicht-Scanner für den Weißlicht Scan,
• Blaulicht-Scanner für den Blaulicht-Scan oder
• Infrarot-Scanner für den Infrarot-Scan

zum Einsatz, ist es bereits ausreichend, klassische weiße Referenzpunkte oder Zielmarken für den 3D-Scan mit strukturiertem Licht zu verwenden.

Zum anderen spielt auch die Größe der verwendeten Zielmarke eine Rolle. Hier gibt es verschiedene Größenvarianten je nach Art der Zielmarke. Es gibt einerseits schwarzweiße Zielmarken für die oben genannten Strukturlicht-Scanner in den gängigen Größen.

• Ø 0,8 mm
• Ø 1,5 mm
• Ø 3,0 mm
• Ø 5,0 mm
• Ø 6,0 mm
• Ø 8,0 mm
• Ø 10 mm
• Ø 12 mm

oder andererseits reflektierende Zielmarken für Laserscanner in

• Ø 3,0 mm und
• Ø 6.0 mm.

Aus den physischen Vorgaben und technischen Notwendigkeiten haben sich in der Praxis weitere Anbringungsweisen etabliert, auf die wir im Folgenden näher eingehen.

Marker mit Magnetfuß bieten besonders dann Vorteile, wenn die Oberfläche der Objekte magnetisch ist und die Ziele leicht anzubringen und wieder zu entfernen sein sollen.

Dürfen die Marker nicht direkt auf dem zu scannenden Objekt angebracht werden? Dann bieten sich Varianten zum Klemmen oder Tricks mit Zielmarken selbstklebend auf Tischen oder Drehtellern an (siehe unten – link). Diese helfen beispielsweise dann, wenn Objekte nicht berührt oder mit Klebstoffen in Verbindung gebracht werden dürfen. Fassen wir also nun noch einmal die verschiedenen Arten von Zielmarken zusammen:

• Klebend
• Reflektierend
• Magnetisch
• Klemmbar

Zielmarken-Aufkleber: Hersteller

• Creaform
• Shining 3D
• Zeiss / GOM
• AESUB

Entwickler Info, warum und weshalb sind die Dots so wie sie sind

Tipps und Tricks zur Verwendung von Zielmarken

Bei der Verwendung von Zielen gibt es natürlich ein paar Dinge zu beachten. Hilfreich können hierbei einige kleine Tricks sein. Wie lässt sich ein Scan vereinfachen? Wir geben hierfür im Folgenden einige Tipps.

Praktisch und sehr einfach ist die Verwendung eines handelsüblichen Drehtellers. Für Bauteile bis zu einer Größe von ca. 300×300 mm kann ich damit mein Bauteil drehen und erspare mir nicht nur das Herumführen des Scanners um mein Bauteil, sondern ebenfalls das Anbringen und Entfernen der Marker vom Bauteil.

Hier ist eine Besonderheit zu erklären: 3D Scanner erkennen keine schwarzen Oberflächen. Genau dieses physikalische Gesetz nutzen wir bei unserer kleinen Arbeitshilfe.

Ein handelsüblicher Drehteller, dessen Durchmesser etwa doppelt so groß ist wie die zu erwartenden Bauteile, wird zuerst schwarz lackiert.
Danach werden Zielmarken mit möglichst hoher Klebekraft asymmetrisch auf den Teller und dessen Rand geklebt.
Fertig ist unser Hilfsmittel, mit dem wir beim Scannen von kleinen Bauteilen oftmals 30% – 50% Zeitersparnis erreichen.

Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass der Drehteller mit selbstklebenden Zielmarken bereits im Scanner hinterlegt werden kann. Bei Shining 3D Scannern spart das Zeit und reduziert die notwendige Rechenleistung bei jeder Erstellung eines neuen Datensatzes.

Der neue Scan kann dann mit dem Objekt auf dem Drehteller und der vorher geladenen Marker Datei begonnen werden.

Die Vorteile hierbei? Zum einen kann das Objekt gedreht werden, während der Scanner auf seiner Position bleiben kann. Gegebenenfalls ist hierbei auch die Verwendung eines Stativs möglich. Zum anderen können die Zielmarken das Objekt nicht beschädigen und müssen weder neu angebracht noch hinterher wieder entfernt werden. Das spart Zeit und Kosten, denn die Zielmarken Aufkleber müssen nur einmal auf dem Drehteller angebracht werd.

Als Alternative zum Drehteller kann auch eine handelsübliche schwarze Tischplatte dienen. Diese Möglichkeit empfiehlt sich immer dann, wenn Objekte mit geringer Höhe, die lediglich flach liegend erfasst werden können schnell gescannt werden sollen. Man hat dieselben Vorteile wie beim Drehteller, dass man die Zielmarken selbstklebend nur einmalig anbringen muss. Auch hier ergibt das eine ganz erhebliche Einsparung an Zeit und Kosten für den Kauf der Zielmarken Aufkleber.

Es kann auch hilfreich sein, einen Marker auf einem schwarzen Magnetfuß aufzukleben.

Eine weitere Möglichkeit den Scan zu vereinfachen, liegt darin, pyramidenförmig Füße aus Kunststoff für die Zielmarken zu drucken. Hierbei werden auf allen Seiten Zielmarken selbstklebend angebracht. Diese lassen sich dann an Objekten oder zusätzlich neben diesen positionieren und helfen dem Scanner bei der Orientierung.

Einen Marker unter oder neben einem Objekt auf schwarzen Platten zu positionieren erspart das Bekleben der Objekte und verhindert Klebereste auf dem Modell. Das kann beispielsweise beim Scan von Ausstellungsstücken in einem Museum von Vorteil sein. Voraussetzung ist hier natürlich, dass die Objekte ein solches Verfahren aufgrund der Größe ermöglichen. Eine weitere Alternative ist die Verwendung eines Referenzrahmens wie dem AESU frame.

AESUB Zielmarken universell für alle Scanner

Neben den hochwertigen OEM Zielmarken gibt es unter dem Markennamen AESUBdots noch systemunabhängige Zielmarken. Wir wollten wissen, ob die im Vergleich preiswerten AESUBdots mit den gängigen Scansystemen kompatibel und mit den OEM Zielmarken in Puncto Qualität mithalten können. Unsere Tests waren durchweg positiv, sowohl was das Thema Kompatibilität als auch Qualität angeht. Wer also auf preiswertere Zielmarken umsteigen möchte, dem können wir die Zielmarken von AESUB, die AESUBdots, uneingeschränkt empfehlen.

Was ist bei diesen Tipps und Tricks zu beachten?

Wichtig bei der Verwendung von lackierten und vorab beklebten Drehtellern oder Tischplatten ist natürlich, die Größen der Messfelder des jeweiligen Scanners zu beachten. Auch auf einzuhaltende Abstände zum Objekt und Untergrund sollte geachtet werden. Nur wenn diese Punkte beachtet werden, lässt sich ein Scan erfolgreich und qualitativ hochwertig durchführen.

Grundsätzlich gibt es hier sicher je nach Anwendungsfall noch weitere Optionen. Wir hoffen trotzdem, dass wir Ihnen einige Ideen geben konnten, die Ihre tägliche Arbeit erleichtern werden. Sie haben weitere Informationen hierzu oder gar eigene Tipps und Tricks, die wir hier noch nicht aufgeführt haben? Sie möchten diese mit uns teilen oder sich mit uns austauschen? Dann treten Sie gern mit uns in Kontakt! Das Team von Mako-Technics freut sich auf Ihre Nachricht.