Control X Messtechnik Prozessoptimierung Archive

Hole in One – Vermessung Ansaugstutzen

August 4, 2023August 4, 2023ThomasMihatsch

Vor kurzem erhielten wir einen Auftrag vom Konstruktionsbüro Hersche zur Vermessung einer Rohrleitung. Dabei handelt es sich um einen Ansaugstutzen für die Trinkwasserversorgung. Diese Stutzen wird auf ca. 40 Meter Tiefe im Bielersee verankert. Eine eingeschleppte Muschel aus dem Schwarzen Meer ist für einen starken Muschelbewuchs verantwortlich. Um den Stutzen von dem Muschelbefall zu befreien, wird dieser von einer Maschine gereinigt. Für den sicheren Betrieb dieser Maschinen ist es notwendig, dass das Rohr eng toleriert wird.

Das Vermessen eines Rohrs klingt einfach, oder? Der Einstieg befindet sich jedoch auf einer Höhe von 10 Metern, das Rohr hat einen Durchmesser von 700 Millimetern und es sollte ein etwa 9 Meter langes Stück vermessen werden.

Aus diesem Setup ergeben sich mehrere Herausforderungen:

Es wird ein handgeführter Scanner benötigt, der auf einer großen Distanz ein sehr genaues Tracking garantiert
Das Anbringen der Targets und das Vermessen der Leitung kann nur hängend in einem Klettergurt durchgeführt werden
Das Rohr musste vor dem Vermessen gereinigt werden, da es teilweise mit Sediment behaftet war. Das zweite Rohr musste gereinigt werden, da es aus der Produktion noch mit einem Gleitmittel versehen war.

Blick in die Rohrleitung – Alle Arbeiten wurden am Seil durchgeführt

Die Vermessung haben wir mit unserem HandySCAN Black | Elite durchgeführt. Für die Messung wurden im Rohr 2000 Targets angebracht und später wieder entfernt. Insgesamt benötigten wir dafür 8 Stunden, jedoch war die eigentliche Vermessung bereits nach etwa einer Stunde abgeschlossen.

Es ist offensichtlich, dass es durch die Produktion und die Montage nicht realistisch ist, ein Bauteil zu erhalten, das man direkt mit den CAD-Daten vergleichen kann. Daher haben wir das Rohr auf Basis der gemessenen Daten per Reverse-Engineering als „as-built“ nachgebaut und dieses Modell für die Analyse der Abweichungen genutzt.

Links das Modell der Rohrleitung wie Vermessen, Rechts das Reverse-Engineering Modell

Für die Vermessung haben wir das Control X eingesetzt, ein leistungsfähiges Inspektions- und Analysetool, das in der Lage ist, komplexe Geometrien und Oberflächen zu analysieren. Durch die Verwendung von Flächenfalschfarben-Plots konnten wir die kritischen Stellen innerhalb der Rohrleitung schnell und effizient identifizieren. Diese farbigen Darstellungen ermöglichen es, Abweichungen und Unregelmäßigkeiten auf einen Blick zu erkennen, indem verschiedene Farben die unterschiedlichen Abweichungen von der Soll-Geometrie repräsentieren.

Nachdem wir die kritischen Stellen identifiziert hatten, führten wir eine 2D-Konturabweichungsanalyse durch, um die Abweichungen quantitativ zu bestimmen. Dieser Schritt half uns dabei, die genauen Bereiche der Abweichungen und deren Ausmaß besser zu verstehen. Durch die Kombination dieser beiden Methoden konnten wir eine umfassende Analyse der Rohrleitung durchführen und sicherstellen, dass sie innerhalb der erforderlichen Toleranzen liegt.

Die gesammelten Daten wurden in einem Bericht an den Kunden übergeben, der gezielte Empfehlungen für notwendige Korrekturmaßnahmen enthielt, basierend auf unserer umfassenden Analyse der Vermessungsergebnisse.

Wenn Sie ebenfalls an einem kleinen Vermessungsabenteuer interessiert sind, dürfen Sie sich gerne bei uns melden. Unser Team verfügt über die nötige Erfahrung und das Know-how, um auch in schwierigen Situationen präzise Vermessungen durchzuführen. Wir freuen uns darauf, Ihnen bei der Lösung Ihrer Vermessungsherausforderungen zu helfen und gemeinsam die beste Lösung für Ihr Projekt zu finden.

Vermessen der Umspuranlage in Zweisimmen

Mai 5, 2021Juli 14, 2021ThomasMihatsch

Die Anlage in Zweisimmen in der Schweiz

Zweisimmen Metra — 3D-Scan der Umspruranlage

Neben dem normalspurigen Streckennetz gibt es in der Schweiz, vor allem in den Alpen, zahlreiche meterspurige Bahnen. Speziell für die GoldenPassLine wurde ein umspurbares Drehgestell für die Spurweiten 1000 mm und 1435 mm entwickelt. Als Besonderheit wird beim Umspuren die Drehgestellgeometrie auch in der Höhe verändert, wodurch die Einstiegshöhe der Wagen an die unterschiedlichen Bahnsteighöhen im Schmalspur- und Normalspurnetz angepasst wird. Die Umspuranlage ist im Bahnhof Zweisimmen eingerichtet und die Züge werden in langsamer Fahrt (15 km/h) beim Ein- und Ausfahren aus dem Bahnhof umgespurt.

Der Auftrag

Die Prose AG ist für die Entwicklung und den Aufbau der Anlage in der Schweiz verantwortlich und hat die SCAN IT 3D beauftragt die gesamte Anlage in Zweisimmen mit einem 3D-Scanner zu erfassen. Ein Scan der unter freiem Himmel durchgeführt wird, ist immer besonderen Risiken verbunden. Wenn es regnet oder schneit kann der Scan nicht durchgeführt werden. Wir haben uns entschieden in der Nacht zu scannen, da die Strecke direkt in Ost-West Richtung verläuft und die Sonne das scannen ansonsten behindert hätte. Für die Erfassung haben wir den Creaform MetraScan Elite eingesetzt. Zum ersten mal seit wir diesen Scanner einsetzten, war es notwendig, den Scanner während der Messung mehrfach neu zu kalibrieren. Die Ursache dafür lag ein in den stark fallenden Temperaturen vom frühen Abend bis tief in die Nacht. Zur Vorbereitung wurde die Anlage mit ca. 150 magnetischen Targets ausgestattet, an denen sich der Scanner orientiert hat. Für den Scan haben wir 10 Stunden mit zwei Personen benötigt.

Die Auswertung

Bei der Aufnahme haben wir ca. 30Mio Messpunkte erzeugt. Mit einer so großen Anzahl von Messungen ist es möglich eine Aussage über die gesamte Anlage zu treffen. Weiterhin kann diese Messung zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden, um festzustellen, wie sich die Anlage über die Zeit verändert hat.

Anschließend haben wir die Scandaten mit den CAD Daten der Konstruktion, die uns von der PROSE AG übergeben wurden, verglichen. Bei dem Vergleich haben wir nach Zeichnungsvorgabe die Toleranzen ermittelt und mit der Vorgabe verglichen. Für die Beurteilung der gesamten Anlagen haben wir die Abweichungen in Form von Falschfarbenbildern bereitgestellt.

In den Schnitten, in denen die Maßtoleranzen ermittelt wurden, haben wir zur Kontrolle und zum besseren Verständnis die Abweichungen mit Hilfe von Wisker-Linien dargestellt. Die Wisker-Linien überzeichnen die Abweichung um einen definierten Faktor, so dass man sehr schnell zu einem klaren Verständnis kommt.

Die größten Herausforderungen

Im Rückblick gab es drei Punkte, die eine besondere Herausforderung darstellten.

Die Anzahl der Einzelteile im CAD Model der PROSE AG

Für die Konstruktion der Anlage ist es notwendig alle Details und Einzelteile als 3D-Körper zu modellieren. Viele der modellierten Einzelteile haben wir für die Vermessung nicht benötigt. Mit Hilfe von SOLIDWORKS wurden die verdeckten Teile und alles was kleiner als eine Schaube war aus dem Model gelöscht. Durch diese Reduzierung haben wir sichergestellt, dass die Auswertungen mit einer guten Performance im Control X erstellt wurden.

Die Ausrichtung der Scandaten an die CAD Modelle

Bei der Konstruktion ist man von einer perfekt Ebenen und geraden Anlage ausgegangen. Bei der gesamten Länge von ca. 40m ist das im Gleisbett nicht einzuhalten. Die zweigeteilte Umspurplatte, die auf einer Beton Platte verlegt wurde, passte extrem gut zu den CAD Daten. Den Bereich der im Gleisbett verlegt war haben wir in kleinere Abschnitte zerlegt und einzeln an den CAD Daten ausgerichtet.

Die Temperaturabsenkung in der Nacht

Den Scann haben wir spät im Herbst durchgeführt, währen der Nacht sind die Temperaturen stark gefallen. Das führte dazu, dass der Scanner und der Kamerabalken mehrfach neu kalibriert werden mussten. Eigentlich ist das keine große Sache, nur kann die Kalibrierung nicht im Gleisbett durchgeführt werden. Das Equipment muss mit allen Anschlüssen und Kabeln wieder auf den Bahnsteig getragen werden.

Mit sinkender Temperatur nahm auch die Kondensation an den Geräten so stark zu, dass wir entschieden haben abzubrechen und einen kleinen Teil der noch nicht erfasst war zu einem späteren Zeitpunkt aufzunehmen. Der fehlende Teil wurde schließlich eine Woche später aufgenommen und konnte ohne Probleme an die bestehenden Scans angepasst werden.

Lessons Learned

…und das auf einer WEB-Seite: Es ist wichtig aus Fehler zu lernen und die Erkenntnisse auch anderen zugänglich zu machen. Wenn man Neuland Betritt geht man immer ein Risiko ein. Wir würden bei einem Objekt dieser Größe in jedem Fall noch ein zweites Messystem einsetzen um den gesamt Fehler besser abschätzen zu können und wir würden ca. alle 2 Meter ein kalibriertes Endmaß mit dem Scanner erfassen, um die lokale Genauigkeit gewährleisten zu können.

Wird ein Objekt dieser Größe vermessen, würde wir heute zusätzlich den Einsatz eines Lasertrackers empfehlen. Nur mit zwei Systemen, die unabhängig arbeiten können Abweichungen sicher einer Ursache zugeordnete werden.

Weiterhin hätte der Einsatz einer Photogrammmetrie den Gesamtfehler, der beim Scannen entstanden ist nochmal deutlich kleiner Ausfallen lassen.

Weiterhin ist das Profil der Schienen, die Lauffläche ist ballig, die Seiten sind abgeschrägt für eine Vermessung nicht trivial.

Die Notwendigkeit die Daten in kleiner Abschnitte zu unterteilen und diese separat an den CAD Daten auszurichten hat für einen sehr großen Aufwand gesorgt.

Video Umspuranlage

Ausgleich von Fertigungstoleranzen

April 30, 2020Juni 11, 2020ThomasMihatsch

Ausgangslage

Für die Pharmaindustrie werden Mischbehälter in verschiedenen Größen gefertigt. Dabei werden Edelstahl-Profile zu einem Rahmen zusammen geschweißt. In diesen Rahmen sind die Mischbehälter eingeschweißt. Die Trichter werden mit der Anlage über die Flansche angeschlossen. Damit das Gewicht der Trichter nicht auf dem Flansch liegt, liegt der Rahmen in einer Aufnahme.

Anforderung und Ziel

Eine Kundenforderung war es, keine beweglichen Teile zur Justage der Position des Rahmens zu verwenden. Damit müssen Rahmen, Maschine und Flansch perfekt aufeinander ausgerichtet sein.

Eine Herausforderung bestand schon im Ausmessen der Mischbehälter. An der Stelle, an der der Abstand zwischen dem Flansch und dem Rahmen bestimmt werden muss, befindet sich kein fixer Punkt von dem Aus gemessen werden kann.

Die Behälter wurden mit unserem Creaform Metrascan aufgenommen und im Control X mit den CAD Daten verglichen.

Im Prinzip hat man nun zwei Möglichkeiten.

Es wird der Flansch so angepasst, dass er auch zu dem krummen Rahmen passt.
Es wird der Rahmen so abgeschliffen, dass er zu dem krummen Flansch passt.

Fall -1 Flansch anpassen

Wenn wir den Flansch anpassen wollen, wird eine Auswertung im Control X erstellt, bei der wir die Ausrichtung der Scandaten zu den CAD Daten so wählen, dass der Auflagepunkt auf dem Rahmen als erste Referenz gewählt wird.

Die blauen Flächen werden benutzt, um die gescannten Daten so eng wie möglich an diese Flachen „anzusaugen“.

Schaut man sich nun die Auswertung der Daten auf dem Flansch an, kann man eine Dichtung 3D Drucken, die genau diese Toleranzen aufnimmt. Diese Korrektur verursacht die geringsten Kosten und man geht dem Risiko aus dem Wege, das System nachhaltig zu beschädigen. Alternativ kann auch der Flansch wieder abgetrennt werden und es wird eine Vorrichtung gedruckt / angefertigt und eingemessen, mir der man den neuen Flansch vor dem Schweissen richtig einpasst. Dafür kann man auch die HandyProbe verwenden.

Im nachfolgen Bild erkennt man, an welchen Stellen der Rahmen trotz der Ausrichtung vom Model abweicht. Bei der Grösse des Rahmens und einer Abweichung 0.2mm ist das ein sinnvoller Ansatz.

Fall-2 Der Rahmen wird angepasst

Im zweiten Fall wird die Ausrichtung nun so geändert, dass die Auflagefläche des Flansches die höchste Priorität hat. Damit bekommen wir die Information, wie der Rahmen angepasst werden muss, damit alles bündig passt. Es ist wieder die blaue Fläche, auf die mit hoher Priorität ausgerichtet wird.

Nachdem beide Auswertungen durchgeführt wurden ist auch klar, mit welchem Verfahren der Bauteil noch gerettet werden kann. Will man den Rahmen abschleifen, muss man ca. 4mm an einigen Stellen abtragen. Das wird zu einem Problem, wenn die Wanddicke nur 2mm beträgt!