Anwendungsbeispiel: Reverse Engineering Modell-/Formenbau: 3D-Vermessung einer GAJETA mit TRITOP Messsysteme: TRITOP Keywords: Flächenrückführung, Boote, Jacht Moderne Technik vereinfacht und beschleunigt die Fertigung von Produkten mit reproduzierbaren Eigenschaften. Um eine getreue Kopie des Bootes aus Nerezine zu ermöglichen, hat die kroatische Firma TOPOMATIKA eine 3D-Messung der Bootsform mit Hilfe des TRITOP-Photogrammetriesystems vorgenommen. GOM mbh Mittelweg 7-8 38106 Braunschweig Deutschland Phone +49 531 390 29 0 Fax +49 531 390 29 15 info@gom.com GOM International AG Bremgarterstrasse 89B 8967 Widen Schweiz Phone +41 5 66 31 04 04 Fax +41 5 66 31 04 07 international@gom.com GOM France SAS 10 Quai de la Borde - Bât A2 91130 Ris Orangis Frankreich Phone +33 1 60 47 90 50 Fax +33 1 69 06 63 60 info-france@gom.com GOM UK Ltd Business Innovation Centre Coventry, CV3 2TX Großbritannien Phone +44 2476 430 230 Fax +44 2476 430 001 info-uk@gom.com GOM Branch Benelux Interleuvenlaan 15 E 3001 Leuven Belgien Phone +32 16 408 034 Fax +32 16 408 734 info-benelux@gom.com Copyright 2008 GOM mbh All rights reserved! Rev. A (de) 08082008 www.gom.com 1
Reverse Engineering / Modell-/Formenbau 3D-Vermessung einer GAJETA mit TRITOP Messsysteme: TRITOP Keywords: Flächenrückführung, Boote, Jacht Die GAJETA ist ein kleines traditionelles Fischerboot aus Kroatien. Es besteht aus Holz, ist ca. 7 bis 12 Meter lang und wurde im Mittelmeerraum entlang der adriatischen Küste zum Fischen und zum Transport zwischen den Inseln eingesetzt. Das Boot zeichnet sich dadurch aus, dass Bug und Heck abgerundet sind, es über eine große Ladekapazität verfügt und sich besonders in rauer See gut navigieren lässt. Mit dem Erscheinen kostengünstigerer Kunststoffboote, die hauptsächlich von ausländischen Herstellern produziert wurden, sank jedoch die Zahl der authentischen Holzboote drastisch. Eine der wenigen noch bestehenden kroatischen Werften, die sich auf den Bau und die Reparatur von Holzbooten spezialisiert hat, ist in der kleinen Stadt Nerezine auf der Insel Losinj angesiedelt. Familie Lekic ist von der Schönheit und der Navigierbarkeit ihrer acht Meter langen GAJETA so begeistert, dass sie sich entschlossen hat, wieder mit der Herstellung dieser Holzboote zu beginnen. Sie besitzen ein Boot mit hervorragenden Eigenschaften und haben die Infrastruktur, das Wissen, und die nötige Erfahrung im Bau von Holzbooten. Nun wollen sie mit Hilfe moderner Technik den traditionellen Bootsbau wieder aufleben lassen. Die Herstellung von Holzbooten ist eine große Herausforderung. Der Bootsrahmen, bestehend aus Rippen, Querbalken und Kiel, bestimmt die Form, die Stabilität und die Navigierbarkeit des Bootes. Früher haben erfahrene Handwerker diese Holzrahmen nach Gefühl und Erfahrung hergestellt, allerdings mit unterschiedlichem Erfolg. Eine zuverlässige Methode, ein gutes neues Boot herzustellen, bestand darin, ein bewährtes Boot zu kopieren. Die Rippen der Vorlage wurden mit Schablonen kopiert und ihre Form auf das Holz übertragen, aus welchem dann die Rippen für ein neues Boot hergestellt wurden. Moderne Technik vereinfacht und beschleunigt die Fertigung von Produkten mit reproduzierbaren Eigenschaften. Um eine getreue Kopie des Bootes aus Nerezine zu ermöglichen, hat die kroatische Firma TOPOMATIKA eine 3D-Messung der Bootsform mit Hilfe des TRITOP-Photogrammetriesystems von GOM vorgenommen. Ungefähr 300 Referenzpunktmarken (Klebepapier mit weißen Punkten auf schwarzem Hintergrund) wurden auf das Boot aufgeklebt, um die Form des Rumpfes exakt zu definieren (Abb. 1). Dann wurden mehrere Bilder aus verschiedenen Richtungen mit der digitalen Kamera aufgenommen und die Bilder im Notebook PC eingelesen. Die TRITOP-Software erkannte nun alle Referenzpunktmarken in den digitalen Bildern automatisch und mit hoher Genauigkeit. Copyright 2008 GOM mbh All rights reserved! Rev. A (de) 08082008 www.gom.com 2
Abb. 1: Vorbereitung des Bugs zur photogrammetrischen Erfassung Nachdem die Bildpositionen der Referenzpunkte in allen Bildern definiert sind, beginnt die automatische Zuordnung der einzelnen Marken zur Vororientierung der Bilder und die exakte Berechnung der 3D-Positionen der Marker. Die Messung wird mit Hilfe von Maßstäben ordnungsgemäß skaliert, deren Messlänge von einer anerkannten Kalibrierstelle hochgenau zertifiziert wurde. Das Ergebnis der TRITOP-Berechnung ist eine Vielzahl von präzisen 3D-Messpunkt- Koordinaten in einem globalen Koordinatensystem. Abb. 2: Referenzpunkte (rot) und Kamerapositionen (gelb) dargestellt in der TRITOP-Software Abb. 3: Ergebnis der photogrammetrischen Messung - die Messpunkte definieren die Form des Bootsrumpfes Copyright 2008 GOM mbh All rights reserved! Rev. A (de) 08082008 www.gom.com 3
Abb. 2 zeigt die Position der Messpunkte auf dem Bootsrumpf (rote Punkte) und die Kamerapositionen während der Aufnahme der Bilder (gelb). Die gelben Linien zeigen die Sichtlinien von verschiedenen Kamerapositionen auf einen Messpunkt. Der Schnittpunkt dieser Sichtlinien definiert die exakte Lage des Punktes im Raum. Solche Linien wurden für alle Messpunkte festgelegt, hier aber aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle dargestellt. Durch die exakten Positionen der Messpunkte im Raum (Koordinaten X, Y und Z), ist die 3D-Form des Bootes definiert. Damit sind auch die Abmessungen des Bootes bestimmt (z.b. Länge - Abb. 3). Mit einer Flächenrückführungssoftware wurden dann mathematische Flächen definiert, die von den Messpunkten aufgespannt werden und so die Form des Rumpfes vollständig als CAD-Model definieren. Abb. 4: Berechnetes CAD-Modell des Bootes basierend auf der photogrammetrischen Messung Abb. 4 zeigt das berechnete 3D-Modell des Bootes basierend auf den photogrammetrisch vermessenen Messpunkten. In Abb. 5 sind die charakteristischen Linien des Rumpfes (Parallelschnitte in allen drei Ebenen) dargestellt. Abb. 5: Charakteristische Linien (Parallelschnitte) des Bootsrumpfes Copyright 2008 GOM mbh All rights reserved! Rev. A (de) 08082008 www.gom.com 4
Kundenspezifische Änderungen können nun einfach am CAD-Modell vorgenommen werden. Der Konstrukteur kann dann basierend auf den CAD-Daten und den Schnittlinien auch die Rippen und die anderen stützenden Elemente des Rumpfes einfach und genau definieren. Abb. 6 zeigt die Form der Rippen und die Position der obersten Rumpfkante. Der grüne Bereich (rechte Seite) zeigt die Bugrippen, die Heckrippen sind gelb dargestellt. Aus den CAD-Daten kann eine CNC-Fräse die Rippenform direkt in Holz fräsen. Für Kleinserien werden die im CAD definierten Rippenformen auf einem Plotter ausgedruckt, manuell auf das Holz übertragen und ausgesägt. Abb. 6: Rippenform, basierend auf dem berechneten Bootsmodell Die Vermessung des Rumpfes mit TRITOP ist schnell, flexibel und präzise. Das erstellte mathematische Modell des Bootes ist eine getreue Kopie des Originals, Kundenwünsche lassen sich nun leicht und sicher realisieren und die Produktion lässt sich nun optimal planen und durchführen. Wir danken der Werft von Nerezine für ihr Vertrauen in TOPOMATIKA und für die Erlaubnis zur Veröffentlichung dieses Berichts. Copyright 2008 GOM mbh All rights reserved! Rev. A (de) 08082008 www.gom.com 5