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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von CAD-Solldaten und korrespondierender Ist-Daten eines Messobjekts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In allgemein bekannten Verfahren werden in der optischen Koordinatenmesstechnik Polygonnetze verwendet, um sowohl die Solldaten eines Messobjekts als CAD-Daten als auch die Ist-Daten als gemessene Daten des Messobjekts rechnerintern zu speichern und die Geometrie des Messobjekts auf einem Bildschirm darzustellen.
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Bei den Solldaten wird eine mathematisch exakt gegebene Geometrie durch eine Menge kleiner und meist ebener Polygonelemente angenähert, wobei in der Regel ein Dreiecksnetz verwendet wird (im weiteren wird sowohl im Zusammenhang mit den Solldaten als auch den Ist-Daten der Einfachheit halber eine üblich verwendete Dreiecksnetzstruktur beschrieben, wobei jedoch auch allgemein Polygonnetzstrukturen mit anderen Vielecken vom Schutzumfang umfasst sein sollen). Die Anzahl und Größe der Dreiecke pro Flächenbereich richtet sich meist nach der Krümmung der Geometrie, wobei in Bereichen starker Krümmung relativ kleine und viele Dreiecke verwendet werden.
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Die Ist-Daten eines korrespondierenden und gegenständlich realen Messobjekts werden ebenfalls als Dreiecksnetz (allgemein als Polygonnetz) dargestellt, wobei dieses auf Messpunkten basiert, welche das optische Koordinatenmessgerät von einem korrespondierenden realen Messobjekt aufgenommen hat. Die Anzahl der Dreiecke pro Flächenbereich kann sich auch hier ähnlich wie bei den Solldaten nach der Flächenkrümmung und/oder gegebenenfalls nach der Auflösung des eingesetzten optischen Koordinatenmessgeräts und/oder nach Überlappungen zwischen den einzelnen Aufnahmen auf das reale Messobjekt richten. Konkret sind Messungen an realen Messobjekten in der Form realer Prüfkörper in Verbindung mit einer Koordinatenmessmaschine beispielsweise aus
DE 26 100 62 A1 und
DE 101 22 080 A1 bekannt.
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Die Dreiecksnetze (allgemein Polygonnetze) der auf den Aufnahmen des optischen Koordinatenmessgeräts basierenden Ist-Daten unterscheidet sich in ihrem Aufbau deutlich von den Dreiecksnetzen (allgemein Polygonnetze) der mathematisch exakt vorgegebenen Solldaten.
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Innerhalb vieler Messsoftware-Pakete ist eine Programmierumgebung verfügbar mit deren Hilfe sich die in der Messsoftware bzw. die in einer aktuellen Messungs-Sitzung vorhandenen Soll- und Ist-Elemente ansprechen und weiterverarbeiten lassen. Beispielsweise kann ein Zweck für die Erstellung messsoftware-integrierter Anwendungen sein, dem Anwender spezielle Funktionen zur Verfügung zu stellen, die im Standard-Funktionsumfang der Messsoftware selbst nicht enthalten sind.
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Eine solche neue Funktion muss in der Regel während der Erstellung und/oder nach der Fertigstellung und vor der Freigabe getestet werden. Für einen solchen Test sind auf die jeweilige neue Funktion zugeschnittene Testdaten erforderlich, wobei in der Regel die beiden Datensätze aus Soll-Daten und Ist-Daten benötigt werden.
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Bei den Testdaten kann es sich um Soll-Daten oder Ist-Daten eines realen Messobjekts handeln oder um Daten, die nur speziell zum Zweck des Tests der Softwarefunktion benötigt werden. Vor allem dann, wenn die Testdaten spezifische Merkmale enthalten müssen, um die korrekte Funktionsweise der neuen Softwarefunktionalität überprüfen zu können, müssen spezielle Datensätze bereitgestellt werden. Spezielle Solldaten können auf einfache Weise erzeugt und zur Verfügung gestellt werden, indem eine oder mehrere entsprechende Geometrien mit den für die Tests erforderlichen Merkmale in einem CAD-System konstruiert werden. Nach Übernahme der Solldaten in die Messsoftware kann der Rechenalgorithmus der neuen Funktion anhand dieser Testdaten überprüft und gegebenenfalls korrigiert werden. Ein solcher Test an den zugehörigen Ist-Daten oder, falls erforderlich, zeitgleich an den Soll-Daten und Ist-Daten ist jedoch nur dann möglich, wenn die für den Softwaretest im CAD-System erzeugte Geometrie in der Realität an einem Prüfkörper hergestellt und mit dem optischen Koordinatensystem gemessen wird, so dass dann die Ist-Daten ebenfalls als Testdaten vorliegen. Diese Ermittlung der Ist-Daten auf der Basis eines realen Testkörpers durch eine optische Koordinatenmessung ist zeit- und kostenintensiv.
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Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem die Ermittlung solcher zu CAD-Solldaten korrespondierender Ist-Daten insbesondere zum Test von Software-Funktionen einfacher und kostengünstiger möglich ist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß sollen dazu aus den CAD-Solldaten mittels Rechenalgorithmen virtuelle Daten als virtuelle Quasi-Ist-Punktewolken oder virtuelle Quasi-Ist-Dreiecksnetze berechnet werden, welche den in einer realen Messung des Messobjekts mittels eines optischen Messsystems ermittelbaren möglichst wirklichkeitsgetreu entsprechen.
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Damit können vorteilhaft ohne großen Aufwand die für die Messsoftware optischer Koordinatenmesssysteme für Softwaretests erforderlichen Ist-Daten durch die Rechnung aus den Soll-Daten abgeleitet werden, wobei diese virtuellen Ist-Daten dann zum einen für Tests neu erstellter Funktionen aus der software-internen Programmierumgebung als auch für die Arbeit bzw. für Tests mit Standard-Funktionen der Messsoftware genutzt werden können.
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Zweckmäßig liegen dabei entsprechend der Ist-Daten auch die CAD-Solldaten des Messobjekts als Soll-Punktwolken oder Soll-Dreiecksnetze vor. Zur Erstellung der Ist-Daten werden die CAD-Solldaten mittels eines Rechenalgorithmus mit einem vorgebbaren Rauschen bestimmter Ausprägung überlagert und/oder auf vorgegebene definierte Art gefiltert.
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Im verwendeten Rechenalgorithmus zur Berechnung der virtuellen Ist-Daten sollen eine oder mehrere der folgenden Randbedingungen und/oder Parameter berücksichtigbar sein:
- – das Material des Messobjekts, zum Beispiel Stahl oder Aluminium,
- – das Streuverhalten des Messobjekts aufgrund der Oberflächenbeschaffenheit, zum Beispiel diffusstreuend oder spiegelnd
- – die Krümmung von Geometriebereichen, beispielsweise spiegeln kleine Radien an einem Blech mehr als große Radien,
- – die Größe des Sensor-Messvolumens, die Auflösung des Sensors bzw. dessen Kameras und damit die Auflösung der Messung, und
- – die messsoftware-internen Algorithmen zur Erzeugung von Ist-Daten anhand realer Messungen.
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Je nach dem welche Vorgaben für die oben genannten Randbedingungen gemacht werden, sehen die berechneten Quasi-Ist-Dreiecksnetze unterschiedlich aus.
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Zweckmäßig wird für die Berechnung einer Ist-Dreiecksnetzstruktur von einer regelmäßigen Soll-Dreiecksnetzstruktur ausgegangen, bei der insbesondere Bereiche mit unterschiedlichen Dreiecksgrößen aneinander angrenzend vorliegen. Dabei werden konkret folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
- – die CAD-Solldaten werden in eine Messsoftware eingelesen,
- – die regelmäßige Soll-Dreiecksnetzstruktur wird aufgebrochen,
- – scharfe Kanten werden verrundet, und
- – weiter wird ein Messrauschen eingebracht.
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Eine so ermittelte Ist-Dreiecksnetzstruktur als virtuelles Quasi-Ist-Dreiecksnetz ist gut für eine Softwareentwicklung und/oder für Softwaretests geeignet, wobei durch unterschiedlich vorgegebene Randbedingungen und/oder Parameter einfach entsprechend unterschiedliche Messobjekte simuliert werden können.
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Anhand einer Zeichnung wird an einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weiter erläutert.
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Es zeigen:
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1 die Geometrie eines virtuellen Messobjekts,
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2 ein Flussdiagramm zur Ermittlung von Ist-Daten aus CAD-Solldaten,
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3 eine Darstellung eines Soll-Dreiecksnetzes aus einem Teilbereich von 1,
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4 eine Darstellung entsprechend 3 nach einem verfahrensgemäßen Aufbrechen der regulären Soll-Dreiecksnetzstruktur,
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5 eine Darstellung eines Teils einer scharfen Kante vor einer verfahrensgemäßen Verrundung,
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6 eine Darstellung der Kante nach 5 nach einer verfahrensgemäßen Verrundung,
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7 eine Gegenüberstellung zweier Darstellungen in Abhängigkeit des Messvolumens,
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8 eine Darstellung eines Teilbereichs einer CAD-Oberfläche vor dem Aufbringen eines Messrauschens,
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9 die Oberfläche nach 8 nach dem verfahrensgemäßen Aufbringen eines Messrauschens, und
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10 eine Zusammenstellung der berechneten Radien an den Stellen a bis g auf der Grundlage der Solldaten und der ermittelten Ist-Daten.
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In 1 ist die Abbildung eines virtuellen Messobjekts 1 dargestellt, welches vier sogenannte Tornadolinien aufweist. Bei einer Tornadolinie handelt es sich um eine Verrundung von zwei benachbarten, ebenen oder gekrümmten Flächenelementen 3, 4, wobei der Radius der Verrundung sich hier am dargestellten Beispiel der Tornadolinie 2 von der Stelle a bis zur Stelle g von R = 5 mm zu R = 6 mm ändert. Solche Tornadolinien werden beispielsweise an Kraftfahrzeugtüren bei Übergängen von Flächenbereichen verwendet.
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Die exakte Geometrie des virtuellen Messobjekts 1 wird mit CAD-Solldaten entsprechend einer Soll-Dreiecksnetzstruktur angenähert, welche konkret und vergrößert für den Eckteilbereich 5 aus 1 in 3 dargestellt ist. Ersichtlich handelt es sich dabei um eine regelmäßige Soll-Dreiecksnetzstruktur. Für eine möglichst genaue Darstellung sind im Bereich der Krümmungen die Dreiecke bei größerer Dichte relativ kleiner als in ebenen Bereichen gewählt.
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Ausgehend von einer solchen Dreiecks-Netzstruktur entsprechend 3 soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine virtuelle Quasi-Ist-Dreiecksnetzstruktur mittels Rechenalgorithmen berechnet werden, wobei die Verfahrensschritte aus dem Flussdiagramm nach 2 vorgenommen werden:
Als erster Schritt werden die CAD-Solldaten entsprechend 3 in eine Messsoftware eingelesen.
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Anschließend wird in einem weiteren Schritt die regelmäßige Dreiecksstruktur nach 3 aufgebrochen, so dass eine unregelmäßige Dreiecksstruktur entsprechend 4 erhalten wird, wobei jedoch grundsätzlich die Größe und Anzahl der Dreiecke insbesondere in dem Krümmungsbereich erhalten sind.
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In einem weiteren Schritt werden scharfe Kanten, wie beispielsweise eine in 5 dargestellt ist, entsprechend der Darstellung in 6 verrundet. Eine solche Verrundung durch diesen Rechenschritt ist erforderlich, da scharfe Kanten in der Realität durch ein optisches Messsystem nicht ausgeprägt aufgenommen werden können und damit durch die Software auch nicht als scharfe Kanten berechnet werden können.
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Dabei wird auch der Einfluss durch die vom Anwender definierten Randbedingungen deutlich, was beispielsweise anhand des gewählten Sensor-Messvolumens erläutert werden soll:
Wenn bei der Berechnung der Ist-Dreiecksnetzstruktur ein kleines Sensor-Messvolumen berücksichtigt wird, werden an den Kanten relativ viele, kleine Dreiecke im Ist-Dreiecksnetz erzeugt und eine Kante ist stärker ausgeprägt (siehe 7, linker Bereich). Bei der Vergabe eines größeren Messvolumens (Gegenüberstellung im rechten Bereich von 7) ergeben sich dagegen weniger Dreiecke und die Kante ist weniger stark ausgeprägt.
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Nach den bisherigen Rechenschritten liegen die Eckpunkte der Dreiecke des Ist-Dreiecksnetzes noch immer genau auf den CAD-Daten, mit Ausnahme derjenigen Dreiecke, die die Verrundung von Kanten bilden.
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Im nächsten Rechenschritt wird entsprechend dem Flussdiagramm nach 2 ein Messrauschen in die Koordination der Dreieckspunkte eingebracht, so dass diese eine gewisse zufällige oder auch zielgerichtete Differenz zu den CAD-Daten aufweisen. Mit der Stärke des Messrauschens können Randbedingungen einer realen Messung simuliert werden. Insbesondere kann die Stärke des Messrauschens in Abhängigkeit von einer Oberflächenbeschaffenheit des Messobjekts (zum Beispiel vollständig diffusstreuend oder leicht spiegelnd), von den Umgebungsbedingungen (zum Beispiel heller Messraum oder dunkler Messraum) oder von der Geometrie des Messobjekts (zum Beispiel schwaches Rauschen an ebenen Flächenbereichen, stärkeres Rauschen an gekrümmten Flächen oder an Kanten und/oder an Lochbereichen) gewählt werden. Eine zielgerichtete Differenz zu den CAD-Solldaten ist beispielsweise an Löchern und/oder Bohrungen einzubringen, da diese bei Realmessungen in der Regel einen zu großen Durchmesser aufweisen. Zufällige Differenzen zu den CAD-Solldaten treten beispielsweise in ebenen Flächenbereichen auf. In 8 ist beispielsweise ein Flächenbereich vor dem Aufbringen und in 9 nach dem Aufbringen des Messrauschens dargestellt.
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Anhand des damit berechneten Ist-Dreiecksnetzes können nun Entwicklungsarbeiten und Tests von selbstentwickelten Softwarefunktionalitäten oder auch von herstellerspezifischen Funktionen durchgeführt werden.
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Beim vorliegenden Beispiel, einer Messung der Tornadolinie an einem Messobjekt 1, kann der Rechenalgorithmus nun auch im berechneten Quasi-Ist-Dreiecksnetz getestet werden. Da dieses berechnete Ist-Dreiecksnetz gegenüber den Solldaten keine größeren Formabweichungen besitzt sondern nur die relativ kleinen, insbesondere durch das Rauschen eingebrachten Abweichungen, können die vom Regelalgorithmus gelieferten Werte einfach mit den Werten aus der Konstruktion des CAD-Testkörpers verglichen werden. Ein solcher Vergleich kann beispielsweise zu den in der Tabelle nach 10 angegebenen Radien an den Stellen a bis g der Tornadolinie 2 aus 1 führen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2610062 A1 [0004]
- DE 10122080 A1 [0004]
