Wenn Ihr schon mal 3D-Scandaten in Form von STL in das SOLIDWORKS importiert habt, seit Ihr vermutlich auf das Problem gestoßen diese neu auszurichten. Wie man das am besten bewerkstelligt, erkläre ich in diesem Beitrag. Im einfachsten Fall sind die Daten bereits ausgerichtet aber die Richtung der Koordinatenachse passt nicht zur Konstruktionssystematik. Das ist schnell erledigt! Komplizierter wird es, wenn die Daten gar nicht zum Koordinatensystem Ausgerichtete sind.
Grundsätzlich rate ich dringend dazu, eingehend zu prüfen, ob die Daten wirklich richtig ausgerichtet sind. Wenn das nicht passt, wird der Aufwand später immens.
Der einfache Fall
In diesem Fall sind die Daten bereits ausgerichtet, die die Orientierung des Koordinatensystems passt nicht. Eine Möglichkeit ist, die Part-Datei in eine Baugruppe zu laden und dort durch die Ausrichtung der Ebenen das Teil in die gewünschte Lage zu bringen. Das hat den Nachteil, dass Du immer eine Baugruppe mit der Scan-Datei rumschleppen musst. Eher weniger Aufwand ist es ein neues Koordinatensystem zu definieren und diese wie gewünscht zu drehen und zu verschieben.
Wie in dem nächsten Bild zu sehen ist, zeigt die y-Achse nach oben.
Wenn Ihr das ändern wollt, sodass die z-Achse nach oben zeigt, fügt ihr ein neues Koordinatensystem als Referenzgeometrie hinzu, bei dem die z-Achse der aktuellen y-Achse entspricht. Da es an den STL-Daten keine Daten gibt, die man einfach anwählen kann, müsst Ihr euch den Ursprung des neuen Koordinatensystems und zwei Achsen aus den bestehenden Konstruktionselementen erzeugen. Wie das geht, seht ihr in folgendem Video.
Um das neue Koordinatensystem zu definieren benötigt Ihr:
Eine Punkt der der neue Ursprung wird
Zwei Vektoren mit deren Hilfe Ihr die zwei Achsen definiert um die Lage des Koordinatensystems zu beschreiben
Koordinatensystem erstellen
Die Daten wieder als STL-Datei exportieren
Diese exportierte Datei laden und das Model ist ausgerichtet wie gewünscht
Der komplizierte Fall
In diesem Fall wurde die Scan-Daten gar nicht ausgerichtet. Am besten fragt Ihr euren Lieferanten und bittet den, das nach euren Vorgaben, zu erledigen. Ist das nicht möglich geht Ihr im Prinzip wie im einfachen Fall vor. Der Unterschied ist dabei, dass Ihr euch die Ebenen und die Achsen erste aus den Scan-Daten erzeugen müsst. Wie das geht seht Ihr im nächsten Video.
In der Version 2020 ist im SOLIDWORSK ein Reiter Netzkörper Bearbeitung hinzugekommen. Den könnt Ihr Nutzen, um direkt am Netz Ebenen, Zylinder oder Konen zu definieren. Ist das erledigt, erstellt Ihr mit der Konstruktionsgeometrie, Ebenen, Achsen und Punkte, an denen Ihr das neue Koordinatensystem ausrichtet. Dann geht es weiter wie im einfachen Fall. Datei als STL speichern und dabei das neue Koordinatensystem angeben.
Wenn Ihr häufiger mit Scandaten arbeitet würde ich einen Blick auf die Produkte von Design X und Geomagic for SOLIDWORKS werfen. Die sind auf diesen Fall spezialisiert.
Scan-Daten in einem CAD nutzbar zu machen ist oftmals eine Herausforderung. Normalerweise findet sich bei einem aktuellen CAD System immer eine Lösung.
Wo liegt eigentlich das Problem?
In der CAD Software wird die Geometrie durch einfache, mathematisch bestimmt Flächen, abgebildet. Einfach und mathematisch naja … es gibt Ebenen- , Zylinder- , Kugel- , Torus und Freiform- Flächen, und die CAD Software ist für die Darstellung dieser Art von Flächen optimiert. Bei den Scan-Daten ist das anders, diese bestehen nur aus Dreiecken. Wenn man mit Hilfe von Dreiecken einen 3D-Körper aufbauen will, kann das immer nur näherungsweise erfolgen. Je kleiner die Dreiecke werden, desto genauer entspricht der Körper dem gescannten Bauteil. Was aber dazu führt, dass die Anzahl der Dreiecke zunimmt. In folgendem Bild seht Ihr diesen Effekt.
Links ist das CAD Model, in gelb daneben die selbe Geometrie in hoher Auflösung, also mit vielen Dreiecken und rechte in grün der selbe Bogen mit einer geringen Auflösung. Zählt man die Flächen des CAD Models sind das genau 3 Flächen. Das gelbe Netz besteht aus 3100 Dreiecksflächen, das grüne Netz hat immer noch 460 Dreiecke.
Das STL Datenformat
Die Scan-Daten werdet Ihr vermutlich als STL Daten bekommen. Wer mehr zu dem Datenformat STL erfahren will, kann sich auf diesen Seiten informieren.
Je nach verwendeter CAD Software ist diese von Hause besser oder schlechter für die Verarbeitung der Scandaten ausgelegt.
Der Ansatz ist dabei folgende Kette zu optimieren.
Optimierung der 3D-Scan-Daten für CAD Import
Aufteilen der Scan-Daten
Import der Scan-Daten
Visualisierung der Scan-Daten
2D Zeichnungsableitung mit Scan-Daten
Den größten Einfluss auf die spätere Performance hat dabei der erste Schritt und den könnt ihr nicht im CAD System durchführen.
Optimierung der 3D-Scandaten
Die meisten CAD Systeme haben nur eine sehr begrenzte Möglichkeit die Scandaten zu verändern. Die besten Möglichkeiten die Daten für den CAD Einsatz vorzubereiten hat der Lieferant und da liegt oftmals der Hase im Pfeffer, der Lieferant hat meistens nicht sehr viel Erfahrung im Umgang mit dem CAD System.
Neben vielen weitern Möglichkeiten ist das wichtigste, die Anzahl der Dreiecke für den Import zu verringern ohne dabei die Auflösung zu verringern. Was im ersten Moment wie eine Widerspruch klingt, können die meisten Programme, die die Scandaten erfassen automatisch erledigen. Dabei werden Bereiche, die Eben sind, mit größeren Dreiecken vernetzt als Bereiche die eine starke Krümmung aufweisen. Adaptive Vernetzung ist auch aus dem Bereich der FEM-Analyse bekannt.
Optimiert und Reduziert
Auf den ersten Blick sind zwischen dem gelben und dem gründen Model keine Unterschiede sichtbar. Durch die adaptive Vernetzung ist es aber gelungen, dass das gründe Modell 10x weniger Dreiecke hat.
Adaptive Vernetzung
In dieser Darstellung wird ersichtlich, dass bei dem grünen Model die Dreiecke auf den ebenen Flächen größer werden und in Bereichen mit starker Krümmung kleiner werden.
Wird diese Optimierung nicht vorgenommen wird es bei großen Modellen sehr schwer werden diese nur im CAD System zu optimieren.
Aufteilen der Scandaten
Handelt es sich bei dem Model nur um ein Bauteil, kann man diesen Schritt auch übergehen.
Hat man dagegen eine große Maschine gescannt sieht das schon anders aus. Nehmen wir an es wurde ein Flugzeug gescannt, da kommen dann Datenmengen zusammen, die man nicht mehr einfach weg optimieren kann.
3D-Scan Flugzeug
Das gute ist aber, dass man in aller Regel nur einen Teil der Daten für die Konstruktion benötigt. Es wird dann eine sinnvolle Aufteilung der Daten vorgenommen. In diesem Fall kann man z.B. die einzelnen Deckes, Gepäck und Kabine trennen. Trennt man dann noch die Daten in linke Seite, rechte Seite und schneidet an jedem Spant das Netz auseinander erhält man aus den Ursprünglich 100.000.000 Dreiecken nun kleine Dateien, mit ca. 500.000 Dreiecken. Diese lassen sich dann auch weider gut im CAD-System bearbeiten.
Jetzt müssen Sie diese Daten nur noch in einer sinnvollen Baugruppen-Struktur organisieren.
Import der Scandaten
Beim Import hat jedes System seine Eigenheiten. Am Beispiel von SOLIDWORKS zeige ich euch mit welchen Einstellungen der Import klappt. Beim öffnen der Datei wählt Ihr Mesh Files aus und wechselt dann in die Optionen.
In den Optionen werden die markierten Einstellungen gewählt. In der Regel sollte man dort Grafikkörper anwählen.
Sind die Daten in Ordnung, werden diese importiert. Kommt es beim Import zu einer Fehlermeldung, muss der Lieferant die Daten nochmal bereinigen.
Dazu gibt es z.B. in Programmen, wie dem Design X Funktionen wie den Meshdoktor, der solche Aufgaben schnell und sicher eledigt.
Achtung: Die STL Daten sind Einheitslos. Deshalb muss beim Import auf die Einstellung der richtigen Einheiten geachtet werden. Am besten den Lieferanten fragen oder einen Import machen und selber nachmessen.
Visualisierung der Scandaten
In den CAD Systemen werden die Modelle meist mit Kanten dargestellt. Da es nur wenige Flächen gibt ist das eine sinnvolle Einstellung.
Bei 200.000 Dreiecken sieht das nicht mehr so gut aus
und führt zu einer massiven Performance-Einbusse. Da sich die Scan-Daten meist in einer Baugruppe verwendet werden. Ist es sinnvoll die Visualisierungseinstellungen für diese Einzelteil auf schattierte Darstellung ohne Kanten einzustellen.
Im SOLIDWORKS geht das einfach, indem man in der Baugruppe mit der rechten Maustaste klickt und die Komponenten-Anzeige auswählt.
Komponentenanzeige
Auch dem nächsten Bild kann man erkennen, dass bei dem CAD Model, in grau, die Kanten gezeichnet werden. Bei dem gescannten Bauteil in blau werden die Kanten nicht mehr dargestellt.
Netz ohne Kanten
2D Zeichnungsableitung mit Scandaten
Nun wird es gruselig!
Versucht man von einer Baugruppe, die Scan-Daten enthält, eine Zeichnung zu erstellen, werden die Kanten, wie in der Baugruppe, von jedem Dreieck gezeichnet. Aber genau wie in der Baugruppe stellt man den Komponenten Anzeige für die Scan-Daten so ein, dass das Model ohne Kanten schattiert dargestellt wird.
Wenn Sie weitere Informationen benötigen, dürfen Sie sich gerne bei uns melden. Wir helfen Ihnen gerne weiter.
