Vom ambitionierten Elektrofahrzeug-Konzept zum praxistauglichen Prototyp
Blinq Mobility Private Limited ist ein in Gurugram ansässiges Elektrofahrzeug-Start-up mit einer klaren Mission: die Entwicklung von Plattformen für Vierradfahrzeuge mit Batteriewechselmechanismus, der in weniger als einer Minute durchgeführt werden kann – speziell für gewerbliche Flottenbetreiber. In dieser Welt sind Fahrzeuge Arbeitspferde. Jede Minute, in der sie nicht auf der Straße sind, kostet Geld, und Zuverlässigkeit ist das A und O.
Um ihr Konzept in etwas umzusetzen, das sie testen können, baute Blinq ein einsatzfähiges Testfahrzeug. Dieses Testfahrzeug dient als Versuchsplattform, um das Plattformlayout, den Batteriewechselmechanismus und das gesamte Fahrzeugpaket unter realen Bedingungen zu validieren – nicht nur in der Simulation.
AVRDUS Technologies wurde hinzugezogen, um einen entscheidenden Schritt auf diesem Weg zu unterstützen: das Scannen des einsatzfähigen Testfahrzeugs und die Überprüfung, wie genau es dem ursprünglichen CAD-Entwurf entspricht.
Die eigentliche Herausforderung: Haben wir das gebaut, was wir entworfen haben?
Auf dem Bildschirm ist das CAD perfekt. In der Realität führt die Fertigung jedoch überall zu kleinen Abweichungen. Schweißnähte verziehen sich leicht. Bleche verschieben sich ein wenig, wenn sie verschraubt werden. Halterungen können am Ende von der geplanten Position abweichen.
Bei einem kompletten Fahrzeug können sich diese „kleinen“ Abweichungen summieren und plötzlich eine große Rolle spielen – insbesondere, wenn es um einen Akku geht, der in weniger als Minuten reibungslos eingeschoben, verriegelt und wieder herausgeschoben werden muss. Alle Schnittstellen, Führungen und Verriegelungspunkte müssen an der richtigen Stelle sitzen, nicht nur in der Theorie, sondern auch am tatsächlichen Fahrzeug.
Herkömmliche Messmethoden stoßen dabei an ihre Grenzen. Maßbänder und Messschieber ermöglichen nur Punktkontrollen. Ein Koordinatenmessgerät (CMM) kann zwar äußerst genau sein, doch überprüfen diese nur einige wenige Schlüsselstellen.
Blinq wollte mehr als das, und AVRDUS Technologies hat es möglich gemacht. Das Unternehmen wollte nicht nur wissen, ob einige vereinzelte Punkte innerhalb der Toleranz lagen. Es wollte die Abweichungen über die gesamte Außenfläche des Fahrzeugs hinweg verstehen: wo sich das Prototyp-Fahrzeug vom CAD-Modell unterscheidet, um wie viel und ob eine dieser Abweichungen das Batteriewechselsystem oder andere kritische Funktionen beeinträchtigen könnte.
Die Anwendung: Validierung der gesamten Fahrzeugoberfläche
Das zu scannende Objekt war kein einzelnes Bauteil auf einem Prüfstand. Es handelte sich um das komplette, betriebsbereite Prototypfahrzeug. Dazu gehören die gesamte Außen- und Innenfläche, die Karosserieteile sowie kritische Bereiche rund um die Batteriewechsel-Schnittstelle und andere Befestigungsbereiche, die mit dem Plattformkonzept zusammenhängen.
Das Ziel war einfach zu beschreiben, aber anspruchsvoll in der Umsetzung: Die gesamte Außengeometrie des Prototyps so zu erfassen, wie sie in der Realität vorliegt, diesen Scan dann auf das ursprüngliche CAD-Modell zu legen und zu prüfen, inwieweit beide übereinstimmen. Das bedeutet, über einige wenige Messungen hinauszugehen und ein echtes, datengestütztes Bild der Fertigungsqualität und der Einhaltung der Konstruktionsvorgaben zu erstellen.
Das Ergebnis eines solchen Prozesses ist sehr greifbar. Es werden Colorplots erstellt, die auf einen Blick zeigen, wo die Fahrzeugoberfläche innerhalb oder außerhalb eines definierten Toleranzbereichs liegt. Man kann Schnittstellen vergrößern, Abstände und Winkel überprüfen und entscheiden, ob die Abweichungen akzeptabel sind, eine Anpassung in der Fertigung erfordern oder eine Konstruktionsänderung nach sich ziehen sollten.
Warum optische 3D-Messtechnik die logische Wahl ist
Für ein komplettes Fahrzeug ist die optische 3D-Messtechnik die naheliegende Lösung. Anstatt mit einem Taster jeweils nur einen Punkt zu erfassen, erfasst ein handgeführter optischer 3D-Scanner in relativ kurzer Zeit Millionen von Punkten auf der Oberfläche. Das Ergebnis ist ein dichtes Netz, das im Wesentlichen zu einem „digitalen Zwilling“ des physischen Fahrzeugs wird.
Geschwindigkeit spielt hier eine große Rolle. Berührende Systeme, die sich bei kleineren Bauteilen bewähren, stoßen im Fahrzeugmaßstab schnell an ihre Grenzen hinsichtlich Zeitaufwand und Handhabung. Mit einem handgeführten optischen Scanner kann der Bediener einfach um das Fahrzeug herumgehen und dabei die Geometrie erfassen.
Genauigkeit ist ebenso wichtig. Für den Abgleich mit CAD-Daten benötigt man ein System, das qualitativ hochwertige Daten liefert und nicht nur eine grobe Form. Moderne 3D-Scanner bieten die Präzision, um Schnittstellen und kritische Geometrien zu analysieren, und sind gleichzeitig flexibel genug, um große, komplexe Objekte zu erfassen.
Hinzu kommt ein sehr praktischer Aspekt: Das Fahrzeug kann in der Werkstatt oder im Fertigungsbereich verbleiben. Der Scanner kommt zum Fahrzeug, nicht umgekehrt. Das minimiert Störungen, insbesondere wenn man sich mitten in der Entwicklung befindet und das Prototypenfahrzeug ständig optimiert und getestet wird.
Schließlich ermöglicht das optische 3D-Scannen ganz natürlich eine intuitive Visualisierung. Anstatt eine Tabelle mit Zahlen zu übergeben, kann man eine farbige Abweichungskarte zeigen, die über die 3D-Geometrie gelegt ist. Teams aus den Bereichen Konstruktion, Fertigung und Management können das sofort nachvollziehen, ohne Messtechnik-Experten sein zu müssen.
Handgeführte optische Messtechnik von ZEISS
ZEISS T-SCAN hawk 2 ist ein moderner, handgeführter 3D-Laserscanner, der für Anwendungen vor Ort entwickelt wurde, bei denen hohe Genauigkeit gefragt ist.
Die 3D-Scan-Konfiguration: T-SCAN hawk 2 und ZEISS INSPECT
AVRDUS entschied sich für dieses Projekt für den ZEISS T-SCAN hawk 2. Dabei handelt es sich um einen handgeführten 3D-Scanner, der vielseitig einsetzbar ist und sowohl kleine Bauteile als auch große Baugruppen wie Fahrzeuge erfassen kann. Diese Vielseitigkeit ist in der Prototypenphase von entscheidender Bedeutung, in der man an einem Tag eine Halterung prüft und am nächsten Tag eine komplette Rohkarosserie validiert.
Da es sich um ein handgeführtes und tragbares Gerät handelt, kann sich der Bediener frei um das Testfahrzeug bewegen, verschiedene Blickwinkel erfassen, auch in enge Bereiche vordringen und die gesamte Außenfläche abdecken, ohne das Fahrzeug selbst neu positionieren zu müssen. Das System ist auf reale Werkstattumgebungen zugeschnitten, was es ideal für das Scannen eines funktionsfähigen Prototyps macht.
Auf der Softwareseite wurde ZEISS INSPECT sowohl für das Scannen als auch für die Analyse verwendet. Während der Datenerfassung liefert ZEISS INSPECT Live-Feedback zu Abdeckung und Datenqualität und hilft dem Bediener so sicherzustellen, dass alle kritischen Bereiche mit ausreichender Detailgenauigkeit erfasst werden. Mehrere Scans können zu einem einheitlichen Modell ausgerichtet werden, und das Netz kann bereinigt und für die Prüfung vorbereitet werden.
Die wahre Leistungsfähigkeit zeigt sich erst, wenn das CAD-Modell von Blinq Mobility in ZEISS INSPECT geladen wird. Das gescannte Netz wird mithilfe geeigneter Ausrichtungsstrategien – je nach Zweck beispielsweise anhand von Bezugspunkten oder durch Best-Fit-Ausrichtung – an das CAD-Modell angepasst. Anschließend wird ein flächenweiter Vergleich durchgeführt. Die erzeugten Abweichungsdiagramme zeigen genau, wo sich das Prototypmodell im Verhältnis zum Konstruktionsentwurf befindet.
Von dort aus können Ingenieure bestimmte Bereiche – wie beispielsweise den Batteriefachbereich, Befestigungsebenen oder Verriegelungsstellen – heranzoomen und präzise Messwerte ermitteln. Sie können erkennen, ob Oberflächen im Vergleich zu den Erwartungen verschoben, geneigt oder verzerrt sind, und entscheiden, ob diese Abweichungen tolerierbar sind oder Korrekturmaßnahmen erfordern.
Die Vorteile eines 3D-Scans
Für Blinq Mobility verwandelt dieser Ansatz die Prototypenvalidierung von einer Reihe isolierter Prüfungen in eine umfassende, datengestützte Bewertung der Konstruktion. Anstatt zu fragen: „Sind diese wenigen Punkte in Ordnung?“, können sie nun fragen: „Wie schneidet das gesamte Fahrzeug im Vergleich zu unserem CAD-Modell ab?“
Dies hat mehrere direkte Vorteile. Die Konstruktionsabsicht wird ordnungsgemäß validiert, da Abweichungen nicht auf Vermutungen oder Sichtprüfungen beruhen. Die Feedbackschleifen werden kürzer: Sobald Probleme am Prototyp auftreten, können sie erfasst und analysiert werden, und die Erkenntnisse können vor der Serienreife in Konstruktions- oder Prozessänderungen einfließen. Kritische Schnittstellen für den Batteriewechselmechanismus können zuverlässig überwacht werden, was für eine Plattform, die auf schnellen, wiederholbaren Batteriewechseln basiert, unerlässlich ist.
Vielleicht ebenso wichtig ist, dass die Daten nach Fertigstellung des Berichts nicht verloren gehen. Der Scan wird praktisch zu einer digitalen Darstellung des Prototyps. Diese kann für zukünftige Vergleiche herangezogen, als Referenz bei Änderungen genutzt oder sogar als Maßstab dienen, wenn neue Testfahrzeuge oder frühe Serienfahrzeuge auf den Markt kommen.
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