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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Bestimmen von
Abweichungen zwischen einem Sollzustand und einem Istzustand eines Werkstücks. Die
Erfindung betrifft insbesondere die Darstellung von Messergebnissen
aus dem Betrieb von Koordinatenmessgeräten. Unter einem Werkstück wird
hier jeder mögliche
Gegenstand verstanden, der handwerklich oder maschinell oder in
sonstiger Weise gefertigt werden kann.
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Unter
Koordinatenmessgeräten
werden jegliche Geräte
verstanden, die in der Lage sind, Koordinaten, insbesondere Oberflächenkoordinaten
von Werkstücken,
zu messen. Dabei können
z. B. optische und/oder mechanische (d. h. mechanisch antastende)
Messverfahren zum Einsatz kommen. Zu den optischen Messverfahren
gehören
auch Verfahren, die mittels invasiver Strahlung Informationen über das
Innere des Werkstücks
(z. B. über
Materialgrenzen im Inneren) gewinnen. Wenn in dieser Beschreibung
von einer Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks die
Rede ist, schließt
dies auch die Bestimmung von Abmessungen, wie z. B. einer Breite
oder eines Durchmessers des Werkstücks ein.
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Mit
Hilfe moderner Messverfahren lassen sich Werkstücke nahezu vollständig vermessen. Beim
Einsatz von Koordinatenmessgeräten,
die lediglich Oberflächen
von Werkstücken
vermessen können,
gilt dies entsprechend auch für
die Werkstückoberflächen. Die
Messergebnisse werden in der Regel auf einem zweidimensionalen Darstellungsmedium
wie Papier oder auf einem Computerbildschirm dargestellt. Wenn dem
Betrachter ein Exemplar des Werkstücks (dabei kann es sich um
das mit dem Koordinatenmessgerät
vermessene Exemplar oder um ein anderes Exemplar handeln) zur Verfügung steht,
ist es von besonderem Interesse, die Messergebnisse den entsprechenden
Bereichen des Exemplars zuzuordnen. Hierzu muss der Betrachter die
Ausrichtung und Position des Exemplars relativ zum Betrachter und/oder
die Darstellung der Messergebnisse an die Ausrichtung und Position
des Exemplars relativ zum Betrachter anpassen. Z. B. möchte der
Betrachter bei starken Abweichungen der Form oder Abmessungen zwischen
Sollzustand und Istzustand des Werkstücks, die in einem bestimmten
Bereich des Werkstücks
auftreten, möglichst
auf einen Blick erkennen können,
um welchen Bereich des Werkstücks
es sich handelt. Um z. B. einen Oberflächenbereich des Werkstücks mit
bloßem
Auge oder mit optischen Hilfsmitteln (z. B. Lupe oder Mikroskop) genauer
betrachten zu können,
wobei es sich bei dem Bereich um einen stark abweichend von Sollvorgaben
gestalteten Bereich handelt, muss der Betrachter bei einer Darstellung
der Messergebnisse auf einem Computerbildschirm seinen Blick abwechselnd
auf den Computerbildschirm und auf das Exemplar richten. Insbesondere
wenn der fehlerhafte Bereich sehr klein ist, kann der Betrachter
dennoch nicht sicher erkennen, um welchen Bereich des tatsächlich vorhandenen
Exemplars des Werkstücks
es sich handelt.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine
Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die es einem Betrachter
erleichtern, Messergebnisse aus der Vermessung von Koordinaten eines
Werkstücks
einem Exemplar des Werkstücks
zuzuordnen. Dabei muss es sich bei dem für die Betrachtung zur Verfügung stehenden
Werkstück
nicht zwangsläufig
um das Exemplar des Werkstücks
handeln, das vermessen wurde. Z. B. kann es sich auch um ein anderes
Exemplar aus der gleichen oder einer vergleichbaren Produktion oder
um ein Exemplar handeln, welches weitgehend oder exakt (z. B. weil
es ein Meisterteil ist) dem Sollzustand entspricht. Dies ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn eine Mehrzahl verschiedener Exemplare des
Werkstücks
vermessen wird und die Messergebnisse vom Betrachter begutachtet werden
sollen.
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Es
wird vorgeschlagen, Informationen über einen Istzustand eines
vermessenen Exemplars eines Werkstücks auf einer Bild-Darstellungseinrichtung
darzustellen, wobei es sich bei der Bild-Darstellungseinrichtung
z. B. um eine Einrichtung handelt, die ein zweidimensionales oder
dreidimensionales Bild der Messergebnisse darstellt. Insbesondere
können
die Messergebnisse mit Hilfe von verschiedenen Farben und/oder Graustufen
auf einem Bildschirm oder Display dargestellt werden, wobei die
einzelnen Farben und/oder Graustufen jeweils einer Kategorie von
Messergebnissen entsprechen. Z. B. können Oberflächenbereiche des Werkstücks, die
stärker von
einem Sollzustand des Werkstücks
abweichen, in einer anderen Farbe dargestellt werden als Oberflächenbereiche,
die nicht oder nur wenig von dem Sollzustand abweichen. Jedem Grad
der Abweichung kann eine Farbe zugeordnet sein. Die Abweichung kann
z. B. in einer Abweichung der Position eines Oberflächenpunktes
relativ zu einem Bezugspunkt und/oder in einer Abweichung des Verlaufs
(z. B. Welligkeit oder Rauhigkeit) der Oberfläche bestehen. Die Darstellung
von Messergebnissen mit Hilfe von Farben und/oder Graustufen wird
in der Literatur als Falschfarbendarstellung bezeichnet. Alternativ oder
zusätzlich
können
auch andere Darstellungen der Messergebnisse gewählt werden, z. B. Markierung
von besonders fehlerhaften Oberflächenbereichen mit Hilfe von
Symbolen, Fähnchen
und/oder Balken, die abhängig
von dem Grad einer Sollwert-Istwertabweichung größer oder kleiner gewählt werden.
Auch Zahlenangaben und/oder Beschriftungen können zur Darstellung der Messergebnisse
verwendet werden.
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Ein
grundlegender Gedanke besteht nun darin, aus der Messung erhaltene
Informationen lagerichtig in Bezug auf ein Bild des tatsächlich vorhandenen
Exemplars oder lagerichtig in Bezug auf das im Sichtfeld des Betrachters
liegende Exemplar darzustellen. Unter einer lagerichtigen Darstellung
wird verstanden, dass die Informationen an Orten einer Bild-Darstellungseinrichtung
dargestellt werden, an denen der Betrachter jeweils auch den den
gemessenen Koordinaten entsprechenden Ort des Exemplars sieht. Z.
B. wird bei einer Falschfarbendarstellung ein Oberflächenbereich
des tatsächlich
vorhandenen Exemplars des Werkstücks
mit der jeweiligen Farbe eingefärbt.
Dabei ist vorzugsweise außer
der Farbe auch noch die reale Oberfläche des tatsächlich vorhandenen
Exemplars für
den Betrachter erkennbar.
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Bei
der lagerichtigen Darstellung der Messergebnisse muss nicht für jeden
Ort an der Oberfläche
des Exemplars, den der Betrachter bei gegebener Ausrichtung des
Exemplars betrachten könnte, Information über den
gemessenen Istzustand dargestellt werden. Vielmehr kann sich die
Darstellung lediglich auf einen Teil der Oberfläche des Exemplars beschränken und/oder
kann lediglich für
einen Teil der Oberfläche
die aus der Messung erhaltene Information lagerichtig dargestellt
werden. Von Vorteil ist es beispielsweise in manchen Fällen, mit
einer Falschfarbendarstellung lediglich auf ausgewählte Oberflächenbereiche
hinzuweisen, d. h. diese ausgewählten
Oberflächenbereiche
mit der entsprechenden Farbe einzufärben.
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Bei
der Bild-Darstellungseinrichtung kann es sich um einen Teil eines
Koordinatenmessgeräts handeln.
KMGs weisen häufig
einen Bildschirm auf, der während
der Vermessung eines Werkstücks
zur Darstellung von Informationen für den Benutzer des KMG genutzt
werden kann. Dieser Bildschirm kann für die Bild-Darstellungseinrichtung genutzt werden. Ferner
kann ein Steuerrechner des KMG zur Verarbeitung der Daten genutzt
werden, die für
die lagerichtige Darstellung der Informationen über den Istzustand erforderlich
ist. Optional ist es außerdem
möglich,
auch ein Tracking-System für
die unten beschriebenen Zwecke in das KMG zu integrieren. Somit
ist es insbesondere möglich,
dass vermessene Exemplar des Werkstücks an dem Ort angeordnet zu lassen,
an dem es von dem KMG vermessen wurde und es dann für die erfindungsgemäße lagerichtige der
Darstellung auf der Bild-Darstellungseinrichtung (z.
B. durch eine Kamera, die ebenfalls in das KMG integriert ist) abzubilden
oder so anzuordnen, dass es vom Betrachter durch einen Bildschirm
hindurch gesehen werden kann. Dabei kann z. B. der semitransparente
Bildschirm des KMG im Raum beweglich sein, sodass der Bildschirm
relativ zu dem Exemplar positioniert und ausgerichtet werden kann.
Insbesondere bei KMGs, bei denen der Messplatz, an dem das zu vermessende
Exemplar angeordnet wird, schwer zugänglich ist oder sich in der
Nähe von
empfindlichen Teilen des KMG befindet, wird jedoch die Version mit
der Kamera bevorzugt. Die Kamera kann z. B. an einem beweglichen
Teil (z. B. einem Mess-Arm zum Tragen eines Messsensors) des KMG
angeordnet sein, sodass es möglich
ist, die Kamera mithilfe der Bewegungssteuerung des KMG relativ
zu dem Exemplar zu positionieren und auszurichten, um das jeweilige
Bild für
die lagerichtige Darstellung auf dem Bild-Darstellungseinrichtung
zu erzeugen.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere das lagerichtige Darstellen von
Messergebnissen von Werkstücken,
die in einer Serienfertigung gefertigt werden. Z. B. können im
Rahmen der Serienfertigung einzelne oder alle gefertigten Exemplare
von einem Koordinatenmessgerät
oder einer Anordnung von Koordinatenmessgeräten vermessen werden. Dabei muss
das (z. B. durch optische Abtastung von gefertigten Exemplaren arbeitende)
Koordinatenmessgerät
nicht in der Nähe
der Bild-Darstellungseinrichtung angeordnet sein. Die erhaltenen
Messergebnisse können
daher z. B. an einer anderen Stelle der Fertigungsanlage, an der
sich die gefertigten Exemplare vorbeibewegen, lagerichtig auf einem
Bildschirm dargestellt werden. Z. B. steht an dieser Stelle der
Fertigungsanlage ein Bildschirm oder eine Bild- oder Strahlenprojektionsanlage
zur Verfügung,
mit der oder denen das oder die ausgewählten Messergebnisse unmittelbar
an dem Exemplar oder in unmittelbarer Nähe zu dem Exemplar dargestellt
werden. Bei der Serienfertigung ist es von besonderem Vorteil, Messergebnisse
den hergestellten Exemplaren zuordnen zu können, um möglichst frühzeitig in den Fertigungsprozess
eingreifen zu können,
wenn bei der Fertigung Fehler auftreten.
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Insbesondere
wird Folgendes vorgeschlagen: Ein Verfahren zum Bestimmen von Abweichungen
zwischen einem Sollzustand und einem Istzustand eines Werkstücks, wobei
- a) Koordinaten des Istzustandes gemessen werden
und aus dem Messergebnis den Koordinaten zugeordnete Informationen über den
Istzustand erzeugt werden und/oder wobei Informationen über den
Istzustand vorliegen, die aus Messergebnissen einer Messung von
Koordinaten des Istzustandes erzeugt wurden,
- b) die Informationen über
den Istzustand derart auf einer Bild-Darstellungseinrichtung dargestellt werden,
dass von einer definierten Betrachtungsposition, aus der die Bild-Darstellungseinrichtung betrachtet
werden kann, zusätzlich
zu den Informationen über
den Istzustand auch zumindest ein Teil eines dem Istzustand oder
dem Sollzustand entsprechenden Exemplars des Werkstücks, das in
der Nähe
der Bild-Darstellungseinrichtung vorhanden ist, betrachtet werden
kann, wobei die Informationen über
den Istzustand für
einen an der definierten Betrachtungsposition angeordneten Betrachter
in Bezug auf das Exemplar lagerichtig dargestellt werden, d. h.
an Orten auf der Bild-Darstellungseinrichtung dargestellt werden, an
denen der Betrachter jeweils auch den den gemessenen Koordinaten
entsprechenden Ort des Exemplars sieht.
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Ferner
wird Folgendes vorgeschlagen: Eine Anordnung zum Bestimmen von Abweichungen
zwischen einem Sollzustand und einem Istzustand eines Werkstücks, wobei
die Anordnung folgendes aufweist:
- – eine Schnittstelle
zum Empfangen von Messergebnissen von Koordinaten des Istzustandes,
- – eine
Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung der Messergebnisse, die
ausgestaltet ist, aus den Messergebnissen den Koordinaten zugeordnete Informationen über den
Istzustand zu erzeugen,
- – eine
Bild-Darstellungseinrichtung, die ausgestaltet ist, die Informationen über den
Istzustand derart auf der Bild-Darstellungseinrichtung darzustellen,
dass von einer definierten Betrachtungsposition, aus der die Bild-Darstellungseinrichtung betrachtet
werden kann, zusätzlich
zu den Informationen über
den Istzustand auch zumindest ein Teil eines dem Istzustand oder
dem Sollzustand entsprechenden Exemplars des Werkstücks, das in
der Nähe
der Bild-Darstellungseinrichtung vorhanden ist, betrachtet werden
kann, wobei die Informationen über
den Istzustand für
einen an der definierten Betrachtungsposition angeordneten Betrachter
in Bezug auf das Exemplar lagerichtig dargestellt werden, d. h.
an Orten auf der Bild-Darstellungseinrichtung dargestellt werden, an
denen der Betrachter jeweils auch den den gemessenen Koordinaten
entsprechenden Ort des Exemplars sieht.
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Unter
einem Sollzustand des Werkstücks wird
jeglicher gewünschter
Zustand des Werkstücks verstanden.
Dabei kann der Sollzustand z. B. durch ein CAD-Modell des Werkstücks definiert
sein. Es ist jedoch auch möglich,
dass lediglich bestimmte Abmessungen oder Teilbereiche des Werkstücks durch den
Sollzustand definiert sind.
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Wenn
hier von einem dem Istzustand oder dem Sollzustand entsprechenden
Exemplar des Werkstücks
die Rede ist, so kann es sich um das vermessene Exemplar oder ein
dem Sollzustand mehr oder weniger entsprechendes Exemplar handeln.
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Gemäß dem oben
beschriebenen Vorschlag werden Koordinaten des Istzustandes gemessen. Außerdem werden
aus dem Messergebnis den Koordinaten zugeordnete Informationen über den
Istzustand erzeugt. Dabei kann es sich lediglich um eine bestimmte
Darstellung der Koordinaten handeln, z. B. ein bestimmtes Datenformat.
Bevorzugt wird jedoch, dass bei der Erzeugung der den Koordinaten zugeordneten
Informationen bereits eine Auswertung in Bezug auf den Sollzustand
stattfindet. Z. B. kann für
einen oder mehrere gemessene Koordinatensätze von Oberflächenpunkten
des Werkstücks
berechnet werden, wie weit der Oberflächenpunkt in Bezug auf einen
Referenzpunkt des Werkstücks
oder eines Koordinatensystems des Werkstücks oder in Bezug auf ein Referenzobjekt
(wie z. B. eine andere Oberfläche
des Werkstücks)
vom Sollzustand entfernt ist. Z. B. kann sich ergeben, dass ein
Oberflächenpunkt um
einen bestimmten Entfernungsbetrag und in einer bestimmten Richtung
von der Position eines entsprechenden Punktes gemäß Sollzustand
des Werkstücks
entfernt liegt. Die Entfernung und optional auch die Richtung können z.
B. durch eine Falschfarbendarstellung (s. o.) dargestellt werden.
Andere Möglichkeiten
der Beschreibung von Messergebnissen aus Koordinatenmessungen von
Werkstücken als
die Entfernung sind dem Fachmann geläufig und können ebenfalls angewendet werden.
Allgemein können
zum Beispiel Form-, Maß-
und/oder Positionsabweichungen gemäß der Erfindung lagerichtig dargestellt
werden.
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Durch
die lagerichtige Darstellung der Informationen über den Istzustand in Bezug
auf das Exemplar des Werkstücks,
das dem Istzustand oder dem Sollzustand entspricht, wird es dem
Betrachter wesentlich erleichtert, die Informationen dem realen, tatsächlich vorhandenen
Exemplar und seinen Bereichen (insbesondere seinen Oberflächenbereichen) zuzuordnen.
Dies erleichtert z. B. die Erkennung von Ursachen für eine fehlerhafte
Herstellung eines Exemplars des Werkstücks.
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Das
reale Exemplar des Werkstücks
kann während
der Darstellung der Information tatsächlich im Blickfeld des Betrachters
liegen. Es ist aber auch möglich,
dass das Werkstück
z. B. neben dem Blickfeld des Betrachters liegt und zur lagerichtigen
Darstellung von einer Bilderzeugungseinrichtung ein Bild erzeugt
wird, welches zur lagerichtigen Darstellung verwendet wird. Wenn
es im Blickfeld liegt, kann es hinter der Darstellungseinrichtung
liegen und entweder von dieser verdeckt werden oder das Exemplar kann
durch die Darstellungseinrichtung hindurch betrachtet werden. In
jedem Fall ermöglicht
es das Vorhandensein des Exemplars, dass der Betrachter das Werkstück auch
unabhängig
von der Bild-Darstellungseinrichtung betrachten kann. Z. B. kann
der Betrachter ein kleines Exemplar des Werkstücks in die Hand nehmen und
mit Hilfe einer Lupe genauer betrachten. Bei größeren Werkstücken kann
der Betrachter z. B. um das Exemplar herumlaufen oder näher an das
Exemplar herantreten.
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Besonders
vorteilhaft sind z. B. die beiden im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen:
Bei
der ersten Ausgestaltung ist das tatsächlich vorhandene Exemplar
von der Betrachtungsposition aus gesehen hinter der Bild-Darstellungseinrichtung
angeordnet und kann der Betrachter das Exemplar durch die Bild-Darstellungseinrichtung
hindurch sehen. Entsprechende semitransparente Bildschirme, die
für diesen
Zweck verwendet werden können,
sind an sich bekannt.
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Bei
der anderen Ausgestaltung ist die Bild-Darstellungseinrichtung nicht
semitransparent und wird ein Bild des tatsächlich vorhandenen Werkstücks lagerichtig
mit den Informationen über
den Istzustand dargestellt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil,
dass sowohl die Darstellung des Exemplars als auch die Darstellung
der Informationen z. B. bezüglich
Helligkeit, Kontrast und/oder Farbintensität der Darstellung oder in anderer
Weise verändert
werden kann, so dass z. B. die Oberfläche des tatsächlich vorhandenen
Exemplars besser sichtbar wird oder die Informationen über den
Istzustand deutlicher erkennbar werden. Bei der Ausgestaltung mit dem
semitransparenten Bildschirm dagegen ist die Intensität des durch
den Bildschirm hindurchtretenden Lichts, welches von der Oberfläche des
tatsächlich
vorhandenen Exemplars ausgeht, nach oben begrenzt. Der semitransparente
Bildschirm reflektiert und absorbiert einen Teil dieses Lichts.
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Insbesondere
im Fall der Ausgestaltung mit dem nicht semitransparenten Bildschirm
kommen auch tragbare Computer wie so genannte Hand-Held-Computer
(z. B. Mobiltelefone mit großem
Display und entsprechender Rechenkapazität, wie sie heutzutage im Handel
erhältlich
sind), Organisern, PDAs (Personal Digital Assistants) und TabletPC),
aber auch Notebook-Computer (z. B. mit aufklappbaren Flachbildschirmen
mit Bildschirm-Diagonalen typischerweise größer als 8 Zoll) für die vorliegende
Erfindung in Frage. Die Bildschirme oder Displays dieser Computer
können
als Bild-Darstellungseinrichtung verwendet werden. Bei modernen
Mobiltelefonen oder Hand-Held-Computern sind vielfach auf der dem
Bildschirm gegenüberliegenden
Seite angeordnete Kameraobjektive vorhanden, die für die Erzeugung
des Bilds des tatsächlich
vorhandenen Werkstück-Exemplars
verwendet werden können. Bei
Notebook-Computern könnte
z. B. das Exemplar auf der Rückseite
des aufgeklappten Bildschirm-Teils des Computers angeordnet werden
und an diesem Teil zusätzlich
eine Kamera angebracht werden, die das Bild von dem Werkstück aufnimmt.
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Vorzugsweise
wird eine Position und Ausrichtung des vorhandenen Exemplars des
Werkstücks
automatisch erfasst und werden abhängig von einem Ergebnis der
Erfassung die Informationen über
den Istzustand lagerichtig dargestellt. Alternativ oder zusätzlich wird
eine Bewegung des Exemplars während
der Darstellung der Informationen über den Istzustand auf der
Bild-Darstellungseinrichtung verfolgt und wird die Darstellung der
Informationen laufend, entsprechend der Verfolgung der Bewegung angepasst,
so dass die Informationen permanent lagerichtig dargestellt werden.
Da das Ergebnis der Verfolgung der Bewegung des Exemplars zunächst datentechnisch
verarbeitet wird, um die lagerichtige Darstellung der Informationen
zu ermöglichen,
kann die lagerichtige Darstellung mit einer kurzen Zeitverzögerung erfolgen.
Mit leistungsfähigen
Mikroprozessoren ist diese kurze Zeitverzögerung jedoch für den Betrachter
kaum wahrnehmbar.
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Sowohl
zur Erfassung der Position und Ausrichtung des Werkstück-Exemplars
als auch zur Verfolgung der Bewegung können so genannte Tracking-Systeme
eingesetzt werden. Alle bekannten Prinzipien des Tracking (d. h.
der Verfolgung) können dabei
zum Einsatz kommen. Z. B. kann es sich bei dem Tracking-System um
ein System handeln, das auf dem magnetischen Prinzip basiert. Hierzu
wird eine in der Regel sehr klein dimensionierte, von Strom durchflossene
Spule (oder eine Anrodung mit einer Mehrzahl von Spulen) in einem äußeren Magnetfeld
verfolgt. Die Spule ist mit dem Exemplar des Werkstücks mechanisch
verbunden, so dass auch die Position, Ausrichtung und Bewegung des
Exemplars erfasst werden kann. Solche Tracking-Systeme werden z.
B. von der Ascension-Technology-Corporation, Burlington, VT 05402,
USA hergestellt.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann eine Position und/oder Blickrichtung des Betrachters automatisch erfasst
werden und abhängig
von einem Ergebnis der Erfassung können die Informationen über den
Istzustand des Werkstücks
lagerichtig dargestellt werden. Wiederum kann zur Bestimmung der
Position und/oder Blickrichtung ein Tracking-System eingesetzt werden. Beispielsweise
wird der Tracking-Sensor (z. B. die oben erwähnte Spule oder Anordnung von
mehreren Spulen) am Kopf des Betrachters angebracht. Zur Anbringung
eignet sich z. B. eine Brille oder ein Bügel, der am Ohr des Betrachters
aufgehängt
werden kann.
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Ganz
generell kann die Erfindung auch mit einer Datenbrille als Bild-Darstellungseinrichtung realisiert
werden. In diesem Fall kann der Tracking-Sensor, wie es bei Augmented
Reality Geräten häufig der
Fall ist, in der Datenbrille integriert sein oder mechanisch mit
ihr verbunden sein. Ein anderer, in der Literatur verwendeter Begriff
für Datenbrille
ist Head Mounted Display. Dadurch kommt zum Ausdruck, dass die am
Kopf des Betrachters angebrachte Einrichtung nicht die Form einer
klassischen Brille haben muss. Auch muss das Display in diesem Fall nicht
durchsichtig, d. h. semitransparent sein.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
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1:
schematisch eine Anordnung mit einem Werkstück, das von einem Betrachter
durch einen semitransparenten Bildschirm hindurch betrachtet werden
kann, wobei lagerichtig Informationen über eine Abweichung zwischen
einem Sollzustand und einem Istzustand des Werkstücks auf
dem Bildschirm dargestellt werden,
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2:
eine Bildschirmdarstellung eines Werkstücks mit zwei Bereichen, die
mit unterschiedlichem Grad von einem Sollzustand abweichen und
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3:
eine Alternative zu der Anordnung gemäß 1, wobei
eine Ansicht eines Exemplars eines Werkstücks durch eine Kamera erfasst
wird und die Ansicht zur lagerichtigen Darstellung von Informationen über einen
gemessenen Istzustand auf einem Bildschirm verwendet wird.
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1 zeigt
schematisch einen semitransparenten Bildschirm 3, auf dem,
gesteuert von einer Datenverarbeitungseinrichtung 5, Informationen über einen
Istzustand eines Werkstücks
darstellbar sind. Die Informationen über den Istzustand können z.
B. in Falschfarbendarstellung, wie in 2 gezeigt,
dargestellt werden. Hierauf wird noch näher eingegangen.
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Aus
einer Betrachtungsposition 7 sieht ein Betrachter (nicht
dargestellt in 1) durch den semitransparenten
Bildschirm 3 hindurch ein Exemplar 9 des Werkstücks. In
der Ebene des Bildschirms 3 erscheint das Exemplar 9 in
einer Größe, die
in 1 durch den Quader 11 dargestellt ist.
Vier Linien 8a–8d verdeutlichen,
dass es sich bei dem scheinbar in der Bildebene des Bildschirms 3 liegenden
Objekt 11 lediglich um ein Bild des tatsächlich vorhandenen Exemplars 9 handelt.
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Bei
einer alternativen Ausgestaltung der Anordnung kann es sich bei
dem Objekt 11 um ein von der Bild-Darstellungseinrichtung
durch entsprechende Ansteuerung des Bildschirms 3 erzeugtes
Bildobjekt handeln. In diesem Fall ist z. B. auf der Rückseite des
Bildschirms 3 eine Kamera angeordnet, die das Exemplar 9 abbildet.
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Im
Fall der in 1 dargestellten Anordnung jedoch
wird von der Steuerung 5 des Bildschirms 3 lediglich
die Information über
den Istzustand des Exemplars auf dem Bildschirm 3 dargestellt.
Dabei ist die Darstellung lagerichtig, d. h. an Orten auf der Bild-Darstellungseinrichtung,
an denen der Betrachter einen bestimmten Bereich des Exemplars 9 sieht, werden
auch die zugehörigen
Informationen, die dem Bereich des Objekts zugeordnet sind, dargestellt. "Zugeordnet" ist so zu verstehen,
dass dieser Bereich des Exemplars oder eines anderen Exemplars des
Werkstücks
vermessen wurde und daraus Informationen über den durch die Messung erhaltenen
Istzustand erhalten wurden. Im Allgemeinen werden hierzu die Koordinaten
dieses Bereichs des Werkstücks
gemessen und daraus die Informationen über den Istzustand des Bereichs
gewonnen.
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Die
Informationen über
den Istzustand werden der Datenverarbeitungseinrichtung 5,
die auch die Steuerung des Bildschirms 3 aufweist, über die durch
einen Pfeil links in 1 angedeutete Schnittstelle
zugeführt.
Dies kann während
der Darstellung der Informationen über den Istzustand auf dem
Bildschirm 3 geschehen. In vielen Fällen scheint es jedoch vorteilhaft
zu sein, da Koordinatenmessungen einige Zeit in Anspruch nehmen,
die Vermessung des Werkstücks
vorher vorzunehmen.
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In 1 ist
außerdem
ein Tracking-System 15 dargestellt (schematisch durch ein
Rechteck im oberen Figurenteil), das fortlaufend die Position und Ausrichtung
des Exemplars 9 erfasst. Diese Erfassung ist durch die
im oberen rechten Figurenteil gezeigten Pfeile angedeutet.
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Daraus
erzeugt das Tracking-System 15 entsprechende Signale, die
der Datenverarbeitung 5 zugeführt werden. Dies ist durch
zwei Pfeile im linken oberen Figurenteil dargestellt. Die Datenverarbeitung 5 erzeugt
daraus die Information, die sie für die lagerichtige Darstellung
der Informationen über
den Istzustand auf dem Bildschirm 3 benötigt.
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Insbesondere
werden das Koordinatensystem, auf das sich das Tracking-System bei
der Bestimmung der Position und Ausrichtung des Exemplars 9 bezieht,
und das Koordinatensystem der Bildinhalte für die Darstellung auf dem Bildschirm 3 vor oder
zu Beginn der Darstellung registriert, d. h. die Koordinatensysteme
werden so miteinander in Beziehung gebracht, dass die lagerichtige
Darstellung der Informationen möglich
ist. Die Registrierung kann z. B. interaktiv erfolgen, indem die
Datenverarbeitungseinrichtung 5 auf dem Bildschirm 3 an
ausgewählten
Positionen Bildinhalte darstellt (z. B. einen Pfeil) und der Benutzer
mit einem speziellen Signalgeber, dessen Position durch das Tracking-System 15 erfasst
werden kann, entsprechende, zuzuordnende Stellen an der Oberfläche des
Exemplars 9 antastet und ein Signal an das Tracking-System 15 oder
die Datenverarbeitungseinrichtung 5 ausgibt. Auf diese
Weise kann das Tracking-System 15 oder die Datenverarbeitungseinrichtung 5 lernen,
dass die momentan auf dem Bildschirm 3 angezeigte Position an
einem bestimmten Ort an der Oberfläche des Exemplars 9 liegt.
Wird diese Prozedur für
zumindest drei Orte an der Oberfläche des Exemplars 9 durchgeführt, kann
eine vollständige,
interaktive Registrierung durchgeführt werden.
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Es
ist jedoch auch möglich,
die Position und Ausrichtung des Exemplars 9 z. B. über eine
automatische Erfassung von Bildern des Exemplars 9 und eine
automatische Auswertung dieser Bilder vorzunehmen. Dabei werden
z. B. charakteristische Orte der Oberfläche aus den Bildern erkannt
und mit Hilfe eines Computermodells des Werkstücks (das auch den Sollzustand
repräsentieren
kann) den momentanen Positionen des realen Exemplars 9 zugeordnet.
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Bei
einem solchen Verfahren muss keine anfängliche Registrierung durchgeführt werden.
Vielmehr kann auf diese Weise laufend die korrekte Position und
Ausrichtung des Exemplars 9 ermittelt werden. Bevorzugt
wird allerdings die anfängliche
Registrierung, da eine Verfolgung der Bewegung des Exemplars 9 und
die damit verbundene Änderung
der Position und Ausrichtung des Ortes des Exemplars 9 mit
geringerem Rechenaufwand und damit schneller erfasst werden kann.
Insbesondere kann diese Verfolgung der Bewegung selbsttätig durch
das Tracking-System durchgeführt
werden. Es ist aber auch möglich,
das Tracking-System in die Datenverarbeitungseinrichtung 5 zu
integrieren.
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2 zeigt
insbesondere für
den Fall von 1, aber auch für andere
Fälle schematisch
einen ersten Bereich 21 und einen zweiten Bereich 23 in
einer lagerichtigen Darstellung an der Oberfläche des zu betrachtenden Werkstücks. Das
Werkstück
ist in 2 wiederum durch einen Quader dargestellt, wobei
es sich um ein aktiv durch die Bild-Darstellungseinrichtung auf
dem Bildschirm dargestelltes Bild handelt und/oder um ein Bild,
dass scheinbar in der Bildebene des Bildschirms 3 liegt,
weil der Betrachter das Objekt durch den Bildschirm 3 hindurch
direkt sehen kann.
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Wenn
hier von einer Bildebene die Rede ist, so beschränkt dies die Erfindung nicht
auf flächenartige
Bild-Darstellungseinrichtungen mit einer einzigen Bildebene. Vielmehr
kann es sich bei der Bild-Darstellungseinrichtung auch um eine Einrichtung
zur Darstellung dreidimensionaler Bilder, z. B. mit Hilfe von stereoskopischen
Verfahren handeln. Bei einem semitransparenten Bildschirm ist auch
zu beachten, dass ein Betrachter mit zwei Augen das tatsächlich vorhandene
Exemplar 9 im Fall der 1 aus zwei
Beobachtungspositionen betrachtet, da die beiden Augen des Betrachters
voneinander beabstandet sind und daher an zwei verschiedenen Orten positioniert
sind. Vorzugsweise wird dies bei der lagerichtigen Darstellung berücksichtigt.
Insbesondere bei einer stereoskopischen Darstellung kann für jedes
Auge eine eigens auf das Auge abgestimmte Darstellung der Informationen über den
Istzustand des Werkstücks
vorgenommen werden. Dies schließt auch
den Fall mit ein, dass für
jedes Auge ein separater Bildschirm oder separater Bereich eines
Bildschirms (wie beispielsweise eine semitransparente Datenbrille)
eingesetzt wird.
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Die
in 2 dargestellten Bereich 21, 23 an der
Oberfläche
des Werkstücks
sind in der Darstellung der 2 in unterschiedlicher
Weise schraffiert. In der Praxis kann statt der Schraffur z. B.
jeder Bereich in einer unterschiedlichen Farbe dargestellt werden
oder in unterschiedlichen Graustufen dargestellt werden. Jeder der
Bereiche 21, 23 deutet auf einen der Farbe oder
Graustufe (hier der Schraffur) zugeordneten Grad von Positionsabweichungen
der Oberfläche
des Werkstücks
hin. Unter Abweichungen ist hier zu verstehen, dass der gemessene
Istzustand von dem Sollzustand abweicht. Z. B. weicht der Oberflächenbereich,
der dem Bereich 21 entspricht, um 0,1 bis 0,2 μm von der
Sollposition ab und weicht der Oberflächenbereich, der durch den
Bereich 23 markiert ist, um 0,2 bis 0,3 μm von der
Sollposition der Oberfläche
ab.
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Die
in 3 dargestellte Alternative einer Anordnung zur
lagerichtigen Darstellung von Messergebnissen zeigt links in der
Figur das Exemplar 9 des Werkstücks. Es wird von einer Kamera 31 erfasst und
die Kamera gibt entsprechende Bilddaten zu der Datenverarbeitungseinrichtung 35 aus,
die der Datenverarbeitungseinrichtung 5 gemäß 1 entspricht.
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Die
Datenverarbeitungseinrichtung 35 steuert den Bildschirm 33 so
an, dass sowohl das von der Kamera 31 aufgenommene Bild
des Exemplars 9 dargestellt wird, als auch in lagerichtiger
Darstellung die Informationen über
den vermessenen Istzustand des Werkstücks. Die Darstellung kann beispielsweise wie
in 2 gezeigt aussehen.
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Ein
Koordinatenmessgerät
ist in den Figuren nicht näher
dargestellt. Z. B. bezüglich
der Anordnung in 1 könnte das Koordinatenmessgerät links
in der Figur eingezeichnet werden, so dass der Pfeil mit der Schnittstelle 13 von
dem Koordinatenmessgerät
zu der Datenverarbeitungseinrichtung 5 führt.