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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung von Ist-Meßdaten eines
Bauteils und eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
können
insbesondere zum Überprüfen von
Bauteilen eingesetzt werden. Zum Überprüfen von Bauteilen sind bereits
verschiedene Verfahren bekannt.
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Bei
einem herkömmlichen
und weit verbreiteten Verfahren zur Vermessung, Inspektion und Überprüfung von
Bauteilen wird ein physisches Bauteil mittels eines Koordinatenmeßgeräts untersucht, wobei
diese Untersuchung meist automatisiert durchgeführt wird. Das physische Bauteil
wird mit einem Meßtaster
taktil angetastet, die Ist-Meßdaten
werden ermittelt und die Abweichungen zu den Soll-Daten werden festgestellt.
Derartige taktile Meßgeräte sind insbesondere
in der Industrie weit verbreitet. Bei der Vermessung eines Bauteils
mit einem taktil tastenden Koordinaten-Meßgerät, das auch als Koordinaten-Meßmaschine
bezeichnet werden kann, werden üblicherweise
nur wenige interessierende Meßpunkte
der Oberfläche
des Bauteils bzw. des zu prüfenden Objekts
angefahren und die entsprechenden Meßdaten ermittelt, beispielsweise
ein Lochdurchmesser oder eine Lochposition, bestimmte Funktionsmaße, bestimmte
Abstände
und ähnliches.
Da die taktile Vermessung verhältnismäßig zeitaufwendig
ist, wird üblicherweise
nicht das gesamte Bauteil bzw. Objekt vermessen bzw. erfaßt, sondern
nur diejenigen Teile oder Einzelmaße des Bauteils, die von besonderem Interesse
sind.
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Ein
weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, ein Bauteil optisch
zu vermessen. Nach diesem Verfahren wird das Bauteil optisch abgetastet, insbesondere
mittels eines optischen Scanners. Üblicherweise wird das Bauteil
bei der optischen Meßtechnik „ganzflächig" abgetastet und erfaßt. Dadurch werden
Ist-Meßdaten
des Bauteils ermittelt. Der Datensatz der Ist-Meßdaten bildet ein virtuelles
Abbild des physischen Bauteils in Form seiner Oberflächenpunkte,
wobei die Oberflächenpunkte üblicherweise als
3D-Koordinaten erfaßt
werden. Dieser Datensatz der Ist-Meßdaten,
also das virtuelle Bauteil, kann an einem Bildschirm visualisiert
werden. Der Datensatz der Ist-Meßdaten kann ferner weiterverarbeitet
bzw. bearbeitet werden. Mit Hilfe von spezieller Auswertungs-Software,
sogenannter Inspektions-Software, können die
Ist-Meßdaten
vermessen werden. Hierdurch können
bestimmte Maße
in dem virtuellen Bauteil ermittelt werden. Diese Maße beruhen
auf den Ist-Meßdaten,
aus denen das virtuelle Bauteil gebildet wird. Sie können mit
den Soll-Daten des jeweiligen Maßes verglichen werden. Auf
diese Weise können
alle Maße,
die an dem physischen Bauteil taktil „abgegriffen" werden können, in
gleicher Weise durch geeignete Algorithmen aus dem Datensatz der Ist-Meßdaten bestimmt
werden. Gegenwärtig
werden Bauteile zunehmend auch mit optischer Meßtechnik vermessen, da die
optische Meßtechnik
mittlerweile gegenüber
der taktilen Meßtechnik
bezüglich
der Meßgenauigkeit
aufgeholt hat und mit der optischen Meßtechnik auch eine hundertprozentige Prüfung eines
Bauteils erfolgen kann. Mit der optischen Meßtechnik kann auch ein vollflächiger Vergleich
des Bauteils durchgeführt
werden. Ferner sind bei der optischen Meßtechnik die Meßzeiten
geringer.
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Die
auf dem Markt verfügbaren
Geräte
und Systeme zur optischen Abtastung von Oberflächen basieren auf dem Prinzip
der reinen Koordinatenmessung. Dies bedeutet, daß meistens Punktwolken gemessen
werden. Diese Punktwolken können
in einem anschließenden
Prozeß ausgedünnt, gefiltert und
vernetzt werden, um die Menge der Punkte (meistens mehrere Millionen)
zu reduzieren, wobei der Informationsgehalt nicht oder nur geringfügig vermindert
wird. Auf der Basis dieses Datensatzes kann dann unter Verwendung
eines Computers und einer Inspektions-Software eine Inspektion durchgeführt werden.
Für diese
Inspektion werden aus dem Datensatz der Ist-Meßwerte bestimmte Maße ermittelt, die
mit den zugehörigen
Soll-Daten verglichen werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Vermessung
von Ist-Meßdaten eines
Bauteils und eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung eines
derartigen Verfahrens vorzuschlagen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe bei dem genannten Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Die Ist-Meßdaten
des Bauteils werden mittels eines Meßprogramms für ein Koordinatenmeßgerät vermessen. Die
Ist-Meßdaten
stammen aus einer optischen Abtastung. Sie können abgespeichert sein und
zu ihrer Vermessung aus einem Speicher abgerufen werden. Es ist
allerdings auch möglich,
die Ist-Meßdaten
des Bauteils durch eine optische Abtastung zu ermitteln und zu vermessen.
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Zum
Vermessen dieser Ist-Meßdaten
des Bauteils wird ein Meßprogramm
für ein
Koordinatenmeßgerät verwendet.
Insbesondere können
Meßprogramme
für taktile
Koordinatenmeßgeräte verwendet werden,
die bereits erstellt worden sind. Durch die Erfindung wird es ermöglicht,
Meßprogramme
für taktile Koordinatenmeßgeräte für die optische
Meßtechnik nutzbar
zu machen und auf die Ist-Meßdaten,
die durch eine optische Abtastung ermittelt worden sind, anzuwenden.
Im Endergebnis kann ein Meßprogramm
für ein
taktiles Koordinatenmeßgerät, insbesondere
ein bereits bewährtes
Meßprogramm
für ein taktiles
Koordinatenmeßgerät durchgeführt werden, ohne
daß dieses
Koordinatenmeßgerät selbst
eingesetzt werden muß.
Auf diese Weise werden die Vorteile der taktilen Meßtechnik
und der optischen Meßtechnik
vereint: Das Bauteil wird auf optische Weise in verhältnismäßig kurzer
Zeit ganzflächig
erfaßt,
und die dadurch erzeugten Ist-Meßdaten werden durch ein Meßprogramm
für ein
Koordinatenmeßgerät, insbesondere
durch ein bereits erstelltes, bewährtes Meßprogramm für ein Koordinatenmeßgerät vermessen,
ohne daß dafür das verhältnismäßig langsame Koordinatenmeßgerät physisch
eingesetzt werden muß.
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Bei
den Ist-Meßdaten
im Sinne der Erfindung handelt es sich um die Ist-Meßdaten eines
Bauteils, die durch eine optische Abtastung ermittelt worden sind,
oder um Ist-Daten, die aus derartigen Ist-Meßdaten abgeleitet worden sind.
Unter einer opti schen Abtastung im Sinne der Erfindung wird auch
eine radiometrische Abtastung verstanden sowie eine sonstige Abtastung,
die eine ganzflächige
Erfassung des Bauteils ermöglicht.
Das Meßprogramm
des taktilen Koordinatenmeßgeräts liegt
insbesondere in Form einer Software vor.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Wie
bereits ausgeführt
können
die Ist-Meßdaten
des Bauteils aus einem Speicher abgerufen werden. Die Ist-Meßdaten des
Bauteils können
allerdings auch durch eine optische Abtastung ermittelt werden.
In diesem Fall kann ein Verfahren zum Überprüfen eines Bauteils durchgeführt werden,
bei dem die Ist-Meßdaten
des Bauteils durch eine optische Abtastung ermittelt werden und
bei dem diese Ist-Meßdaten mittels
eines Meßprogramms
für ein Koordinatenmeßgerät vermessen
werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Meßdaten als Punktwolke,
als vernetzte kartesische Punkte und/oder als Scanlinien vorliegen
oder ermittelt werden.
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Die
Ist-Meßdaten
können
interaktiv vermessen werden.
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Es
ist allerdings auch möglich,
die Ist-Meßdaten
automatisiert zu vermessen.
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Die
Ist-Meßdaten
können
mittels eines standardisierten Datenformats vermessen werden. Insbesondere
können
die Ist-Meßdaten
mittels eines standardisierten Datenformats automatisiert vermessen
werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden die Meßergebnisse
an einem Bildschirm ausgegeben bzw. angezeigt. Stattdessen oder
zusätzlich
können
die Meßergebnisse
allerdings auch in eine Datei ausgegeben werden, insbesondere zur
Weiterverarbeitung.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Meßergebnisse mit
Soll-Daten verglichen werden. Die Vergleichsergebnisse können in
Tabellenform und/oder in graphischer Form ausgegeben und/oder angezeigt
bzw. dargestellt werden. Es ist möglich, die Vergleichsergebnisse
an einem Bildschirm auszugeben bzw. anzuzeigen und/oder in eine
Datei, insbesondere zur Weiterverarbeitung, auszugeben.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Vermessung von Ist-Meßdaten
eines Bauteils umfaßt
ein optisches Abtastgerät
zum Ermitteln der Ist-Meßdaten
des Bauteils und ein Datenverarbeitungsgerät, insbesondere einen PC oder
sonstigen Computer, in dem ein Meßprogramm eines Koordinatenmeßgeräts zum Vermessen
dieser Ist-Meßdaten
vorhanden ist.
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Bei
dem optischen Abtastgerät
handelt es sich vorzugsweise um einen Scanner. Der Scanner kann
ein handgehaltener bzw. handgeführter
Scanner sein.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem
Datenverarbeitungsgerät
ein Vergleichsprogramm zum Vergleichen der Ergebnisse des Meßprogramms
mit Soll-Daten vorhanden ist.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist ein Bildschirm zum
Ausgeben bzw. Anzeigen der Meßergebnisse
des Meßprogramms
und/oder der Vergleichsergebnisse des Vergleichsprogramms vorhanden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung und vorbekannter Verfahren und Vorrichtungen werden
anhand der beigefügten
Zeichnung im einzelnen erläutert.
In der Zeichnung zeigt
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1 den
Ablauf einer Bauteil-Inspektion durch ein optisches Meßgerät,
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2 ein
Meßprotokoll,
das nach dem Verfahren der 1 entstanden
ist,
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3 verschiedene
Koordinaten-Meßgeräte in perspektivischen
Darstellungen,
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4 den
Meßtaster
eines Koordinaten-Meßgeräts nach 3,
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5 den
Ablauf einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten Vermessung
und
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6 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
den bekannten Ablauf einer Bauteil-Inspektion durch ein bekanntes
optisches Meßgerät in einer
schematischen Darstellung. Das Bauteil 1, bei dem es sich
um ein Blechteil eines Kraftfahrzeugs handelt, wird mittels eines
handgehaltenen Scanners (in der Zeichnung nicht dargestellt) optisch
abgetastet. Hierdurch werden die Ist-Meßdaten dieses Bauteils 1 ermittelt.
Sie werden als 3D-Meßdaten 2 in
einem Computer gespeichert. Die Ist-Meßdaten bilden eine Punktwolke,
die in einem anschließenden
Prozeß ausgedünnt, gefiltert
und vernetzt werden können,
um die Menge der Punkte (meist mehrere Millionen) zu reduzieren.
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In
dem Computer sind ferner die Soll-Daten des Bauteils als CAD-Modell 3 gespeichert.
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Nach
dem vorbekannten Verfahren der 1 werden
die 3D-Meßdaten 2 und
das CAD-Modell 3 in einem Schritt 4 auf ein gemeinsames
Koordinatensystem ausgerichtet. Im Schritt 5 wird ein Soll-Ist-Vergleich
durchgeführt,
bei dem die 3D-Meßdaten 2,
also die Ist-Meßdaten,
mit dem CAD-Modell 3, also den Soll-Daten, verglichen werden.
Im Schritt 6 werden die Ergebnisse visualisiert und bewertet.
Im Schritt 7 werden die Ergebnisse dokumentiert. Das Ergebnis
wird durch ein Protokoll 8 festgehalten. Das Protokoll 8 kann
auf einem Bildschirm als Bild 9 ausgegeben werden.
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2 zeigt
eine vergrößerte Darstellung des
Bildes 9 der 1. Dort werden die Werte für verschiedene
Bestandteile des Bauteils 1 ausgegeben. Beispielsweise
befindet sich im linken oberen Endbereich des Bauteils 1 ein
Loch 10, dessen Lage durch drei räumliche Koordinaten festgelegt
ist. Im Anzeigefeld 11 werden die Abweichungen der Ist-Koordinaten
von den Soll-Koordinaten wiedergegeben, und zwar sowohl für die horizontale
x-Koordinate, die horizontale y-Koordinate und die vertikale z-Koordinate.
Dieselben Angaben werden für
die weiteren interessierenden Punkte des Bauteils 1 wiedergegeben.
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3 zeigt
verschiedene bekannte Koordinaten-Meßgeräte in perspektivischen Darstellungen.
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In 3a ist ein Koordinaten-Meßgerät in Auslegerbauart
gezeigt. Auf einem Meßtisch 12 kann ein
Aufbau 13 in x-Richtung verfahren werden. Der Aufbau 13 umfaßt eine
vertikale Führung 14,
längs der
ein Schlitten 15 in vertikaler z-Richtung verfahren werden
kann. An dem Schlitten 15 ist eine Führungsstange 16 in
horizontaler y-Richtung,
die rechtwinkelig zur horizontalen x-Richtung verläuft, verfahrbar. Am
Ende der Führungsstange 16 befindet
sich ein Meßtaster 17 mit
einer Meßspitze.
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3b zeigt ein Koordinaten-Meßgerät in Ständerbauart,
bei dem der Meßtaster 17 ebenfalls
in x-, y- und z-Richtung über
einem Meßtisch 12 verfahrbar
ist.
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3c zeigt ein Koordinaten-Meßgerät in Portalbauart.
Auch hier ist der Meßtaster 17 in
allen drei Raumrichtungen über
dem Meßtisch 12 verfahrbar.
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In 3d ist ein Koordinaten-Meßgerät in Brückenbauweise
gezeigt. Der Meßtaster 17 ist
in allen drei Raumrichtungen über
der den Meßtisch 12 bildenden
Ebene verfahrbar.
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4 zeigt
den Meßtaster 17 in
einer vergrößerten Darstellung.
Er weist eine Meßspitze 18 auf,
die von der Oberfläche
einer kleinen Kugel gebildet wird. Die Meßspitze 18 befindet
sich am Ende einer Teleskopstange 19, die in Richtung des Doppelpfeils 20 verfahrbar
ist. Die Teleskopstange 19 ist einer Aufnahme 21 gelagert,
die um eine horizontale Achse 22 verschwenkbar ist. Die
horizontale Achse 22 ist ihrerseits um eine vertikale Achse 23 verschwenkbar.
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Beim
herkömmlichen
und weit verbreiteten Prozeß der
Vermessung, Inspektion und Überprüfung eines
Bauteils mit einem Koordinatenmeßgerät gemäß 3 wird ein
physisches Bauteil, meist automatisiert, mit einem Meßtaster 17 taktil
angetastet, die Ist-Meßwerte
werden ermittelt und die Abweichungen zu den Soll-Werten werden
im Sinne der Qualitätssicherung
bzw. einer Bauteil-Inspektion festgestellt. Dabei werden nur interessierende,
wenige Meßpunkte
der Objektoberfläche
angefahren und die entsprechenden Meßwerte, beispielsweise Lochdurchmesser,
Lochposition, bestimmte Funktionsmaße, Abstände etc., ermittelt, nicht
aber das gesamte Bauteil erfaßt.
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5 zeigt
den Ablauf einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten Vermessung.
Dabei wird ein Bauteil 1 optisch abgetastet, beispielsweise
durch einen handgehaltenen Scanner, wodurch die Ist-Meßdaten des
Bauteils 1 ermittelt werden, die als 3D-Meßdaten 2 in
einem Computer abgespeichert werden. In dem Computer sind ferner
die Soll-Daten des Bauteils 1 als CAD-Konstruktion 3 abgespeichert.
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Im
Schritt 4 werden die 3D-Meßdaten 2 und die CAD-Konstruktion 3 auf
ein gemeinsames Koordinatensystem ausgerichtet. Im Schritt 5 wird
ein Soll-Ist-Vergleich durchgeführt,
bei dem die 3D-Meßdaten 2 mit
der CAD-Konstruktion 3 verglichen werden. Die Ergebnisse
werden im Schritt 7 dokumentiert. Hierüber wird ein Protokoll 8 erstellt.
Die Ergebnisse werden auf einem Bildschirm als Bild 9 ausgegeben.
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Die
Schritte 4, 5, 7 und 8 werden
von einem Meßprogramm 24 für ein Koordinatenmeßgerät gebildet.
Durch dieses Meßprogramm 24 werden
die Ist-Meßdaten
des Bauteils 1 vermessen. Die Meßergebnisse dieser Vermessung
werden mit Soll-Daten des
Bauteils 1 verglichen.
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6 zeigt
eine vergrößerte Darstellung des
Bildes 9 der 1. Das Meßprogramm 24 für ein Koordinatenmeßgerät erzeugt
einen virtuellen Meßtaster 17 eines
virtuellen Koordinatenmeßgeräts, der
das virtuelle, digitalisierte Bauteil 1 vermißt. Die
Ergebnisse dieser Messung werden mit den Soll-Daten verglichen.
Die Abweichungen werden durch eine Farbskala 25 dargestellt,
bei der verschiedenen Abweichungen jeweils verschiedene Farben zugeordnet
sind.
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Die
Erfindung ermöglicht
die Realisierung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur virtuellen Vermessung
und Inspektion digitalisierter Daten. Durch die Erfindung wird eine
Koordinatenmeßgerät-Vermessung
eines digitalisierten Bauteils in einer Software ohne physisches
Koordinatenmeßgerät ermöglicht,
wodurch der derzeit weltweit millionenfach in der Anwendung befindliche
Prozeß der
Vermessung und der Inspektion mit taktilen Koordinatenmeßgeräten (Koordinatenmeßmaschinen)
für die
optische Meßtechnik
adaptiert werden kann, um damit die Vorteile beider Welten zu vereinen,
also die Vorteile der taktilen Meßtechnik und der optischen
Meßtechnik.
Durch die Erfindung sind verschiedene Vorteile erreichbar, nämlich:
- – die
Abläufe
zum Erstellen eines Meßprogramms können – wie gewohnt – beibehalten
werden; lediglich die Art der Vermessung ändert sich (taktil, optisch
etc.);
- – bereits
erstellte Koordinatenmeßgerät-Programme
können
weiterhin verwendet werden;
- – das
Verfahren kann unabhängig
von der Hardware eines bestimmten Koordinatenmeßgeräts durchgeführt werden; die bedeutet, daß es nicht erforderlich
ist, zu überprüfen, ob
der Meßtaster des
Koordinatenmeßgeräts mit dem
Bauteil kollidiert;
- – im
Hinblick auf die Vorteile der optischen Meßtechnik und ihre zunehmende
Verbreitung können Kosten
eingespart werden; insbesondere ist durch die Verwendung der optischen
Meßtechnik ein
hoher Durchsatz möglich;
ferner ist es möglich,
nicht nur eine Stichproben-Kontrolle durchzuführen, sondern eine hundertprozentige
Kontrolle;
- – die
optische Meßtechnik
und die taktile Meßtechnik
können
gleichermaßen
parallel und mit den gleichen Abläufen betrieben werden; dies
bedeutet, daß dieselben
Meßprogramme
sowohl bei Koordinatenmeßgeräten angewendet
werden können
als auch auf die Daten optisch messender Geräte, wodurch ein vollautomatischer
Inspektionsprozeß ermöglicht wird.
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Die
Simulation der Koordinatenmeßgerät-Messung
kann am Bildschirm dargestellt werden, wie in 5 und 6 gezeigt.
Dabei können
Endergebnisse, also Abweichungen der Ist-Meßwerte von den Soll-Daten,
unmittelbar, beispielsweise durch Farben, dargestellt werden.
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Durch
die Erfindung wird es ermöglicht,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermessung und zur Inspektion
digitalisierter Daten, nämlich
Ist-Meßdaten,
zu realisieren, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Vermessung
der Ist-Meßdaten
virtuell an einem Computer mit einer Software erfolgt und dadurch
ein physisches Koordinatenmeßgerät simuliert
wird. Bei den Ist-Meßdaten
kann es sich um optisch abgetastete Daten, radiometrisch abgetastete Daten
(z. B. CT-Daten) oder um taktil abgetastete Daten handeln. Die Ist-Meßdaten können einzelne oder
mehrere kartesische Punkte (z. B. eine 3-D-Punktwolke) sein oder
vernetzte kartesische Punkte (z. B. Dreiecksnetze) oder einzelne
Scanlinien aus sequentiellen kartesischen Punkten. Die Vermessung
der Ist-Meßdaten
kann interaktiv am Bildschirm oder automatisiert durchgeführt werden.
Zur Automatisierung der Vermessung der Ist-Meßdaten kann das standardisierte
Datenformat „DMIS" und/oder das standardisierte
Datenformat „I++
DME" verwendet werden.
Zur Automatisierung der Vermessung der Ist-Meßdaten
können
proprietäre
Koordinatenmeßgerät-Programme
und deren Datenformate verwendet werden. Ferner können proprietäre herstellerspezifische
Datenformate verwendet werden, insbesondere die proprietären Datenformate „VW-Meßplan", „Rudi-Meßplan" und/oder „BMW-Meßplan". Das Ergebnis der
virtuellen Koordinatenmeßgerät-Vermessung
der Ist-Meßdaten
kann am Bildschirm ausgegeben werden und/oder zur Weiterverarbeitung
in eine Datei ausgegeben werden. Das Ergebnis der virtuellen Koordinatenmeßgerät-Vermessung
der Ist-Meßdaten
kann zur Inspektion direkt gegen Soll-Daten verglichen werden. Die Ergebnisse
der Inspektion können
in Tabellen-Form und/oder in graphischer Form dargestellt werden.
Sie können
zur Weiterverarbeitung in einer Datei geschrieben werden.