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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung
von Informationen eines Werkzeugs.
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Es
sind bereits Verfahren und Vorrichtungen zur Erfassung von Informationen
eines Werkzeugs, insbesondere zum Vermessen eines Zerspanungswerkzeugs
in einer Einstell- und/oder Messvorrichtung, bei denen vom Werkzeug
in wenigstens einer Aufnahmestellung mit zumindest einer Kameravorrichtung
Bilder und/oder Konturen aufgenommen werden, mittels denen ein 2D-Rotationsvolumenmodell
bestimmt wird, das eine Außenkontur
von zumindest einem Teil des Werkzeugs darstellt, bekannt.
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Der
Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
bereitzustellen, mit dem ein verbessertes, insbesondere ein möglichst
vollständiges
und realistisches, Volumenmodell eines Werkzeuges bestimmt werden
kann. Sie wird gemäß der Erfindung
durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteile der Erfindung
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Die
Erfindung geht insbesondere aus von einem Verfahren zur Erfassung
von Informationen eines Werkzeugs, insbesondere zum Vermessen eines Zerspanungswerkzeugs
in einer Einstell- und/oder Messvorrichtung,
bei dem vom Werkzeug in wenigstens einer Aufnahmestellung mit zumindest
einer Kameravorrichtung Bilder und/oder Konturen aufgenommen werden,
mittels denen ein 2D-Rotationsvolumenmodell bestimmt wird, das eine
Außenkontur von
zumindest einem Teil des Werkzeugs darstellt.
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Es
wird vorgeschlagen, dass zur Bestimmung des Volumenmodells zumindest
zwei differierende Grundinformationen verwendet werden. Durch die
Verwendung von zumindest zwei differierenden Grundinformationen
kann ein verbessertes Volumenmodell erstellt werden.
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Unter „differierende
Grundinformationen" sollen
dabei insbesondere Informationen des Werkzeugs verstanden werden,
die sich in ihrer Erfassungsart und/oder ihrer Ermittlungsart unterscheiden.
Differierende Grundinformationen unterscheiden sich insbesondere
auch in ihrem Informationsgehalt. Unter einer „Erfassungsart" soll dabei insbesondere
eine Technik bzw. eine technische Lösung zur Erfassung der Information,
insbesondere des Bildes, wie beispielsweise eine Durchlichtbilderfassung
oder eine Auflichtbilderfassung verstanden werden. Unter einer „Ermittlungsart" soll insbesondere
eine Art einer Auswertung erfasster Informationen verstanden werden,
wie beispielsweise eine Grauwertermittlung in einem Bild, eine Tiefenschärfeermittlung,
wie beispielsweise ein „Depth-from-Focus"-Verfahren oder eine
Verlaufsermittlung in zusammenge hörigen Bildern, wie beispielsweise
in Bilder mit einem definierten relativen Rotationsabstand. Sowohl
die Ermittlungsart als auch die Erfassungsart sollen als unabhängig von
einem absoluten Rotationswinkel verstanden werden, d. h. unabhängig von
einem auf einen äußeren Bezugspunkt
bezogenen Rotationswinkel, wie beispielsweise ein Rotationswinkel
zwischen einem Punkt auf dem Werkzeug und der Kameravorrichtung,
insbesondere zu Beginn einer Ermittlung oder Erfassung. Vorzugsweise
kann zur Bestimmung einer Grundinformation ein relativer Rotationswinkel verwendet
werden, wie beispielsweise ein Winkel zwischen zwei Bildern, die
einen definierten relativen Rotationsabstand aufweisen. Vorteilhafterweise
werden absolute Rotationswinkel einzelner Grundinformationen zueinander
in Bezug gesetzt, um das Volumenmodell zu berechnen.
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Vorteilhafterweise
werden zur Bestimmung des Volumenmodells zumindest drei differierende Grundinformationen
verwendet. Mittels zumindest drei Grundinformationen kann das Volumenmodell weiter
verbessert und an das Werkzeug angeglichen werden. Besonders vorteilhaft
werden zumindest vier Grundinformationen verwendet, um das Volumenmodell
zu bestimmen.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Grundinformationen in zumindest einem
Berechnungsvorgang zusammengefasst werden. Dadurch können die
Grundinformationen vorteilhaft zusammengeführt und zueinander in Bezug
gesetzt werden.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass eine Grundinformation mittels einer Information über eine
Kontur gebildet wird. Durch eine Bestimmung der Kontur des Werkzeugs
kann eine Grundform gefunden werden, die das Werkzeug grundlegend
beschreibt.
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Vorzugsweise
erfolgt die Bestimmung der Kontur entlang einer Werkzeugschneide,
da die Kontur der Werkzeugschneide eine Schneidgeometrie des Werkzeugs
bestimmt.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass eine Grundinformation mittels einer Information über eine Schneidenanzahl
gebildet wird, wodurch eine weitere grundlegende Beschreibung des
Werkzeugs möglich ist.
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Außerdem wird
vorgeschlagen, dass eine Grundinformation mittels einer Information über einen
Schneidenverlauf gebildet wird, wodurch das Volumenmodell weiter
an das Werkzeug angeglichen werden kann. Insbesondere ein Schneidenverlauf
in einer vertikalen Richtung, wie beispielsweise ein Spiralwinkel
oder eine Spiralsteigung.
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Vorteilhafterweise
wird eine Grundinformation mittels einer Information über einen
Spanraum gebildet. Der Spanraum bildet eine weitere vorteilhafte Information,
um die Form des Werkzeugs zu beschreiben. Eine Information über den
Spanraum kann dabei insbesondere eine Nutkontur beinhalten.
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Vorzugsweise
wird das Werkzeug in zumindest einem Modus rotierend angetrieben.
Dadurch kann vorteilhaft die Grundinformation in Bezug auf den gesamten
Umfang gewonnen werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Kameravorrichtung
um das Werkzeug rotierend angetrieben werden.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass das Werkzeug in zumindest einem Modus drehfest
angeordnet ist. Dadurch kann ein Bereich besonders genau erfasst
werden.
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Vorteilhafterweise
wird zumindest eine Grundinformation zumindest teilweise in einem Durchlichtverfahren
erfasst. In einem Durchlichtverfahren kann eine Kontur oder ein
Konturverlauf besonders genau erfasst werden.
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Ebenfalls
vorteilhaft ist es, wenn zumindest eine Grundinformation zumindest
teilweise in einem Auflichtverfahren erfasst wird. In einem Auflichtverfahren
kann eine Struktur eines Teilbereichs des Werkzeugs besonders genau
erfasst werden. Außerdem
wird vorgeschlagen, dass zumindest eine Grundinformation zumindest
teilweise in einem „Depth-from-Focus"-Verfahren ermittelt wird, da dieses
besonders einfach anwendbar für
eine dreidimensionale Auswertung zumindest eines Teilbereichs einer
Oberfläche
ist. Außerdem
ist ein solches Verfahren vorteilhafterweise berührungslos, wodurch Beschädigungen
vermieden werden können.
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Vorteilhafterweise
wird mittels der Grundinformationen ein Volumenmodell bestimmt,
aus dem dann Messdaten berechnet werden können. Dadurch können durch
einen Benutzer oder automatisiert durch ein Programm beliebige Messdaten,
deren Genauigkeit von der Genauigkeit des Volumenmodells abhängt, bestimmt
werden. Alternativ kann eine Bestimmung von Messdaten auch aus den
Grundinformationen erfolgen, die zur Berechnung des Volumenmodells
verwendet werden.
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Weiter
wird eine Vorrichtung zur Erfassung von Informationen eines Werkzeugs,
insbesondere eine Einstell- und/oder Messvorrichtung zum Vermessen
eines Zerspanungswerkzeugs, mit einer Kameravorrichtung, die dazu
vorgesehen ist, vom Werkzeug in wenigstens einer Aufnahmestellung
Bilder aufzunehmen, und mit einer Recheneinheit, die dazu vorgesehen
ist, mittels den Bildern ein Volumenmodell zu bestimmen, das zumindest
einen Teil des Werkzeugs darstellt, vorgeschlagen, wobei die Recheneinheit
dazu vorgesehen ist, zur Bestimmung des Volumenmodells zumindest
zwei differierende Grundinformationen zu verwenden. Vorzugsweise
ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, die Grundinformationen in
zumindest einem Berechnungsvorgang zusammenzufassen. Vorteilhafterweise
umfasst die Vorrichtung eine Beleuchtungseinheit, die dazu vorgesehen
ist, das Werkzeug für
ein Durchlichtverfahren zu beleuchten, sowie eine Beleuchtungsvorrichtung,
die dazu vorgesehen ist, das Werkzeug für ein Auflichtverfahren zu
beleuchten. Weiter wird vorgeschlagen, dass die Kameravorrichtung
zwei Kameraeinheiten umfasst, wobei eine Kameraeinheit dazu vorgesehen
ist, Bilder und/oder Konturen für
ein Auflichtverfahren aufzunehmen, und eine Kameraeinheit dazu vorgesehen
ist, Bilder und/oder Konturen für
ein Durchlichtverfahren aufzunehmen. Dadurch können die Kameraeinheit vorteilhaft
auf die Verfahren abgestimmt werden. Ferner wird vorgeschlagen,
dass die Vorrichtung eine Anzeigeeinheit umfasst, die dazu vorgesehen
ist, das Volumenmodell visuell darzustellen. Eine Anzeigeeinheit
kann beispielsweise einen Monitor und/oder einen Drucker umfassen.
Unter „vorgesehen" soll insbesondere
speziell ausgestattet, ausgelegt und/oder programmiert verstanden werden.
Unter einer „Recheneinheit" soll insbesondere
eine Prozessoreinheit mit einer Speichereinheit und einem in der
Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und
die Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise
auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen
zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 eine
Vorrichtung zur Bestimmung eines Volumenmodells und
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2 ein
beispielhaftes Werkzeug.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
eine Vorrichtung, mittels der Grundinformationen über ein
Werkzeug 10 gewonnen werden können, aus denen mittels einer
Recheneinheit 22, die eine Speichereinheit 30 aufweist,
ein Volumenmodell 14 des Werkstücks 10 bestimmt werden
kann.
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Die
Vorrichtung umfasst eine Werkzeugaufnahme 32, in die das
Werkzeug 10 eingespannt wird. Mittels der Werkzeugaufnahme 32 kann
das Werkzeug 10 rotierend angetrieben werden. Zur Ermittlung
der Grundinformationen umfasst die Vorrichtung eine Kameravorrichtung 12 mit
zwei Kameraeinheiten 34, 36 und zwei Beleuchtungseinheiten 24, 26. Die
Kameraeinheiten 34, 36 sind dazu vorgesehen, Bilder
des Werkzeugs 10 zu erfassen. Zur Ermittlung der Grundinformationen
werden die Bilder an die Recheneinheit 22 weitergeleitet.
Die Kameraeinheiten 34, 36 sind dabei schwenkbar
angeordnet, um radial und axial Bilder und insbesondere Konturelemente des
Werkzeugs 10 erfassen zu können.
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Die
erste Beleuchtungsvorrichtung 24 ist auf einer der ersten
Kameraeinheit 34 abgewandeten Seite des Werkzeugs 10 angeordnet.
Die zweite Beleuchtungseinheit 26 ist auf einer der zweiten
Kameraeinheit 36 zugewandten Seite des Werkzeugs 10 und
unmittelbar neben der zweiten Kameraeinheit 36 angeordnet.
Die Kameravorrichtung 12 ist vertikal entlang einer Rotationsachse
der Werkzeugaufnahme 32 verstellbar.
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Mittels
der ersten Beleuchtungseinheit 24 wird das Werkzeug 10 beleuchtet,
wenn die Grundinformationen in einem Durchlichtverfahren gewonnen werden
sollen. Bei dieser Erfassungsart detektiert die Kameraeinheit 34 das
Licht, das ungestört
von der Beleuchtungseinheit 24 zur Kameraeinheit 34 gelangt.
Mittels der zweiten Beleuchtungseinheit 26 wird das Werkzeug 10 beleuchtet,
wenn die Grundinformationen in einem Auflichtverfahren gewonnen werden
sollen. Bei dieser Erfassungsart detektiert die Kameraeinheit 36 das
Licht, das von dem Werkzeug 10 in Richtung der Kameraeinheit 34 reflektiert
wird. Die Kameraeinheiten 34, 36 weisen für die unterschiedlichen
Verfahren unterschiedliche Spezifikationen auf. Grundsätzlich kann
auch nur eine Kameraeinheit angeordnet werden, die dann für das Durchlichtverfahren
und das Auflichtverfahren verwendet wird.
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Die
mit der Kameravorrichtung 12 aufgenommenen Bilder können mittels
unterschiedlicher Ermittlungsarten ausgewertet werden. Zum einen kann
eine mittels einer Grauwerterfassung eine Helligkeit eines Bildpunktes
bestimmt werden. Diese Ermittlungsart eignet sich insbesondere für die Bestimmung
einer Kontur 16, die insbesondere eine Außenkontur
bildet, in einem Durchlichtverfahren. Weiter kann mittels eines „Depth-from-Focus"-Verfahrens der Abstand
eines Bildpunktes von der Kameravorrichtung 12 erfasst
werden. Für
dieses Verfahren weist die Kameravorrichtung 12 eine vorteilhaft
geringe Tiefenschärfe
auf. Beim "Depth-from-Focus"-Verfahren wird zu
jedem Punkt in der Bildebene diejenige Aufnahme gesucht, in welcher
der jeweilige Punkt am schärfsten
abgebildet ist. Aufgrund der Geometrie des Aufbaus entspricht jeder
Punkt in einer zweidimensionalen Bildebene eines beliebigen Bildes
genau einem Punkt auf der Oberfläche
des zu vermessenden Werkzeugs 10. Zusammen mit einer Information,
welche einen dem jeweiligen Bild zugeordneten Kameraeinheit-Werkzeug-Abstand
beschreibt, lässt sich
die Tiefe jedes Punktes bzw. Pixels und in Kombination aller Punkte
die dreidimensionale Oberfläche
des Werkzeugs 10 rekonstruieren. Zur Ermittlung der spezifischen
Werkzeugeigenschaften ist es ferner vorteilhaft, an die ermittelte
dreidimensionale Oberfläche
eine geeignete Funktion, im einfachsten Falle eine Ebene, anzupassen.
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Alternativ
zum beschriebenen „Depth-from-Focus"-Verfahren ist auch
das an sich bekannte "Depth-from-Defocus"-Verfahren verwendbar,
das auch auf der Grundlage einer geringeren Anzahl von Aufnahmen
eine zufriedenstellende dreidimensionale Darstellung der Werkzeugoberfläche gestattet.
Hierbei wird im einfachsten Fall eine erste Aufnahme des Werkzeugs 10,
bei welcher der Fokus der Kameravorrichtung 12 hinter dem
Werkzeug 10, und eine zweite Aufnahme des Werkzeugs 10,
bei welcher der Fokus der Kameravorrichtung 12 vor dem
Werkzeug 10 liegt, ausgeführt. Auf der Grundlage einer
rechnerischen Kupplung derartiger Aufnahmen lässt sich die dreidimensionale
Oberfläche
des Werkzeugs 10 darstellen. Auch bei diesem „Depth-from-Defocus"-Verfahren lässt sich
die Genauigkeit durch eine größere Anzahl
von Aufnahmen steigern.
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Um
ein Volumenmodell 14 des Werkzeugs 10 zu bestimmen,
verwendet die Vorrichtung vier differierende Grundinformationen,
die in einem Berechnungsvorgang, der online zeitgleich mit einer
Bestimmung der Grundinformationen oder offline nach der Bestimmung
der Grundinformationen durchgeführt werden
kann, zusammengefasst werden.
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In
einem ersten Schritt wird eine Grundinformation bestimmt, die mittels
einer Information über eine
Kontur 16 des Werkzeugs 10 gebildet wird (2).
Eine Bestimmung der Kontur 16 erfolgt dabei entlang einer
Werkzeugschneide 18. Die Ermittlung der Kontur 16 kann
als ein zumindest teilweise manuelles Verfahren durch einen Benutzer
oder als ein automatisches Verfahren durchgeführt werden. Vorzugsweise wird
zur Ermittlung der Kontur 16 das Werkzeug 10 rotierend
angetriebenen, alternativ kann aber automatisch oder manuell in
einen Modus geschaltet werden, bei dem die Ermittlung der Kontur 16 an
einem stillstehenden Werkzeug 10 durchgeführt wird.
Die Kontur 16 wird vorteilhafterweise im Durchlichtverfahren
mittels einer Grauwerterfassung und einer Kantendedektion erfasst
und ermittelt.
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In
einem zweiten Schritt wird eine Grundinformation bestimmt, die mittels
einer Information aus einer Schneidenanzahl gebildet wird. Die Scheidenanzahl
der Werkzeugschneiden 18 wird bestimmt, indem an einem
rotierenden Werkzeug 10 Bilder mit einem definierten relativen
Rotationswinkel zwischen den Bildern aufgenommen werden, mittels
denen ein Verlauf der Kontur 16 in Abhängigkeit von dem relativen
Rotationswinkel bestimmt wird. Weist ein Abstand der Kontur 16 zu
der Rotationsachse ein Maximum auf, wird diesem Rotationswinkel
eine Werkzeugschneide 18 zugeordnet. Die Scheidenanzahl wird
im Durchlichtverfahren bestimmt.
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In
einem dritten Schritt wird eine Grundinformation bestimmt, die mittels
einer Information aus einem Schneidenverlauf gebildet wird. Der
Schneidenverlauf, der beispielsweise Informationen über einen Spiralwinkel
oder eine Spiralsteigung beinhalten kann, wird vorzugsweise im Auflichtverfahren
mittels des „Depth-from-Sharp"-Verfahrens bestimmt.
Alternativ kann der Schneidenverlauf auch im Durchlichtverfahren über Änderungen
in der Kontur 16 bestimmt werden.
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In
einem vierten Schritt wird eine Grundinformation bestimmt, die mittels
einer Information über einen
Spanraum 20 gebildet wird. Der Spanraum 20 wird
im Auflichtverfahren mittels des „Depth-from-Focus"-Verfahrens bestimmt.
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Um
die Zeit für
die Erstellung des Volumenmodells 14 zu verkürzen, kann
die Erfassung und/oder Ermittlung der Grundinformationen einzelner
Schritte auch zu einem Schritt zusammengefasst werden. Beispielsweise
kann gleichzeitig im Durch lichtverfahren eine Information für die Ermittlung
der Kontur 16 und der Scheidenanzahl erfasst werden. Sind
die Grundinformationen online oder offline in dem Berechnungsvorgang
zusammengefasst, wird das Volumenmodell 14 berechnet. Je
nach einer Werkzeuggattung können
neben den vier dargestellten Grundinformationen noch weitere Grundinformationen
in eine Berechnung des Volumenmodells 14 einfließen. Grundsätzlich hängt eine
Genauigkeit des Volumenmodells 14 von einer Genauigkeit
der einzelnen Grundinformationen ab, die insbesondere durch eine
Scangeschwindigkeit und somit eine Anzahl der Bilder je Grundinformation
bestimmt ist.
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Zeitgleich
oder zeitversetzt zu der Berechnung des Volumenmodells 14 können aus
den Grundinformationen Messdaten bestimmt werden. Zusätzlich sind
nach Abschluss der Berechnung noch weitere Messdaten aus dem Volumenmodell bestimmbar,
wobei eine Bestimmung der Messdaten automatisch oder halbautomatisch
erfolgen kann. Bei der halbautomatischen Bestimmung kann der Benutzer
mittels einer Eingabeeinheit 38 festlegen, an welcher Stelle
die Messdaten bestimmt werden sollen, bei der automatischen Bestimmung
werden von der Recheneinheit 22 vordefinierte Messwerte
bestimmt, die jedoch je nach Werkzeug 10 variieren können. Parallel
wird das Volumenmodell 14 auf einem Monitor 40 einer
Anzeigeeinheit 28 der Vorrichtung für den Benutzer dargestellt.
Auf Wunsch des Benutzers kann das Volumenmodell auf einem Drucker 42 ausgedruckt
werden.
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- 10
- Werkzeug
- 12
- Kameravorrichtung
- 14
- Volumenmodell
- 16
- Kontur
- 18
- Werkzeugschneide
- 20
- Spanraum
- 22
- Recheneinheit
- 24
- Beleuchtungseinheit
- 26
- Beleuchtungseinheit
- 28
- Anzeigeeinheit
- 30
- Speichereinheit
- 32
- Werkzeugaufnahme
- 34
- Kameraeinheit
- 36
- Kameraeinheit
- 38
- Eingabeeinheit
- 40
- Monitor
- 42
- Drucker