Jul
23
2014

Wie die Laser Line Probe hilft, den richtigen Ton zu treffen

Reverse EngineeringWas würden Sie tun, wenn Ihnen 20 Violinen aus dem 18 Jahrhundert für Untersuchungen zur Verfügung stehen würden? Natürlich: Sie würden versuchen herauszufinden, warum diese besonderen Instrumente so viel besser klingen als andere Violinen. Über die Jahre hinweg und auch heute noch, haben viele Musiker versucht die Antwort auf die Frage zu finden, warum einige Violinen entscheidend besser klingen als andere, deren scheinbarer Aufbau praktisch der Gleiche ist.

Dabei spielen viele Faktoren eine Rolle, wobei der offensichtlichste wahrscheinlich die Form der Violine ist. Doch auch andere Aspekte tragen zum klanglichen Unterschied bei, wie zum Beispiel die Holzart, die Maserung und Dichte des Holzes, oder auch die Feuchte während des Baus. Dennoch ist die Form der Violine das entscheidende Element, um den Klang letztendlich zu beeinflussen. Die Formdaten einer 300 Jahre alten Violine zu erstellen ist jedoch ein sehr schwieriges Vorhaben, denn schließlich möchte man die Violinen im Gesamtwert von über 2 Millionen Dollar nicht mit einem mechanischen Gerät berühren, was zu Beschädigungen führen könnte.

Wie erfasst man also die Form einer so wertvollen und einmaligen Violine? Die Lösung hierfür ist der FARO Messarm in Kombination mit der FARO Laser Line Probe. Damit lässt sich eine höchst exakte Punktewolke der äußeren Form erstellen, ohne dass das Instrument berührt wird. Anhand dieser Methode dauerte die Vermessung der Violinen und die Umrechnung in eine Punktewolke nur circa 45 Minuten. Die meiste Zeit wurde hierbei für die Bearbeitung der Punktewolken verwendet. Die tatsächliche Scandauer der äußeren Form der Violinen lag nur bei rund 10-15 Minuten. Ebenfalls ein kleiner Teil der Zeit wurde für die Löschung der nicht notwendigen Daten genutzt, welche durch die Haltevorrichtung der Violinen zu Stande kam.

Reverse Engineering mit der FARO Laser Line ProbeDie FARO Laser Line Probe ist der kleinste und leichteste Hand-Laserscanner der Branche. Per Laserstrahl werden komplexeste Formen und Bauteile erfasst und die gewonnenen Daten an eine Messsoftware übertragen, die diese in eine hochauflösende Punktewolke – einem virtuellem Abbild des Messobjekts – umwandelt. Somit wurden, sobald die Messdaten der abgescannten Violinen den Anforderungen entsprachen, die Daten in einer Datei automatisch abgespeichert. Damit war die umfassende Datensammlung der äußeren Form erledigt.

Ebenso wichtig war jedoch auch zu wissen, wie die Violine von innen aussieht. Die Violine aufzuschneiden und zu öffnen war offensichtlich keine Option, ebenso wie praktisch alles andere, was mit dem Beschädigen der Violine zu tun hatte. Glücklicherweise hatte ein nahe gelegenes Krankenhaus ein MRT (Magnetresonanztomograph), mit deren Hilfe man ähnliche Punktewolken erstellen kann wie die FARO Laser Line Probe. Die angegebene Genauigkeit ist zwar nicht so gut wie die der Laser Line Probe, aber für diese Anwendung war es mehr als ausreichend. Die Geigen wurden auf einem weichen Kissen auf dem Tisch befestigt, der in der Regel für Menschen verwendet wird und ca. 10 Minuten später war ein komplettes Abbild erstellt, das zeigte wie die Violinen von innen aussahen. Diese Daten wurden ebenfalls in eine Datei für die zukünftige Verwendung exportiert.

Nun da die Daten sowohl für die Innen- als auch Außenseite der Violine gesammelt waren, war es an der Zeit die Daten zusammenzuführen, um ein komplettes Modell erstellen zu können. Zunächst wurden die Laser Line Probe Daten über die Software geöffnet, mit welcher sie erstellt wurden. Danach in das IGES-Format konvertiert, welches ein neutrales, herstellerunabhängiges Datenformat ist, welches dem digitalen Austausch zwischen Computer-Aided-Design-Programmen (CAD) dient. Dieser Vorgang wurde für die MRT-Daten ebenfalls durchgeführt, wobei beim MRT-Scan auch Informationen über die äußere Gestalt der Violine gesammelt wurden, so dass diese Informationen als Startpunkt für den Abgleich der beiden Datenquellen herangezogen werden konnten. Um sich langsam anzunähern wurden zuerst die Punkt-Paare ausgerichtet, danach wurde per Computer die beste Passform bestimmt. Als die Daten richtig ausgerichtet waren, wurden sie in einem gesammelten Datenset abgespeichert. Die Punktewolke des Datensets wurde schließlich analysiert und zu einem 3D-CAD-Modell modelliert, welches nahezu mit jedem CAD-System nutzbar ist.

Reverse Engineering mit MRTMit diesen CAD-Daten ist es nun möglich, über eine CAM Software ein Programm für eine CNC Maschine zu erzeugen, mit der sowohl die Unterseite als auch Oberseite der Violine ausgefräst werden kann. Die Seitenflächen der Violinen sind standardmäßig zugeschnitten, so dass der Schwerpunkt des Klangunterschieds an der besonderen Form der Ober- und Unterseite der Violine liegen muss. Sobald also alle Stücke angefertigt wurden, wird der Konstrukteur die Geige zusammenbauen und hoffentlich den selben schönen Klang hören, wie den Klang der fast 300 Jahre alten Violine, den sie in erster Linie duplizieren wollten.

 

Quelle: www.qualitydigest.com

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