DE102014104514A1

DE102014104514A1 - Verfahren zur Messdatenvisualisierung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102014104514A1
Application number: DE102014104514.9A
Authority: DE
Inventors: Ingo Staack; Björn Schwerdtfeger; Peter Keitler
Original assignee: ThyssenKrupp Marine Systems GmbH; Extend3D GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Marine Systems GmbH; Extend3D GmbH
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2034-04-01
Also published as: DE102014104514B4

Abstract

Ein Verfahren zur Visualisierung von Messdaten, umfasst folgende Schritte: Erfassen einer Oberfläche eines Werkstücks; Bereitstellen von Messdaten aus der Erfassung; Bereitstellen eines Soll-Modells des Werkstücks; Durchführen eines Soll-Ist-Abgleichs basierend auf den Messdaten und dem Soll-Modell; und Projizieren von Informationen, die mit dem Soll-Ist-Abgleich zusammenhängen, auf das Werkstück. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens umfasst eine Messeinrichtung zur Erfassung der Oberfläche eines Werkstücks und zur Bereitstellung entsprechender Messdaten, die die Oberfläche des Werkstücks repräsentieren, eine Steuereinheit, die Zugriff auf ein Soll-Modell des Werkstücks hat und eingerichtet ist, einen Soll-Ist-Abgleich basierend auf den Messdaten und dem Soll-Modell durchzuführen, und eine mit der Steuereinheit verbundene Projektionseinheit, die so eingerichtet ist, dass sie mit dem Soll-Ist-Abgleich zusammenhängende Informationen auf das Werkstück projiziert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Visualisierung von Messdaten. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Sowohl taktile als auch fotogrammetrische (optische) messtechnische Systeme zur dreidimensionalen Vermessung von Werkstücken sind in der Industrie inzwischen weit verbreitet. Sie liefern alle zunächst eine 3D-Punktewolke. Diese 3D-Punktewolke wird klassischerweise in eine Messtechnik-Software importiert, um

a) einen Soll-Ist-Abgleich mit ebenfalls bekannten CAD-Daten durchzuführen, oder
b) aus der Punktewolke mittels Flächenrückführung ein CAD-Modell zu erstellen (Reverse-Engineering).

Hier wird nur der Fall a) betrachtet. Ergebnis eines Soll-Ist-Abgleichs ist typischerweise ein Bericht, z. B. im PDF-Format, welcher Aufschluss über Toleranzen auf dem vermessenen Werkstück gibt. Das übergeordnete Ziel eines Soll-Ist-Abgleichs ist die Ermittlung von Abweichungen generell jeglicher Art zwischen Werkstück und CAD-Daten sowie deren Ausgabe in Form eines Prüfberichts. Auf Basis dieses Prüfberichts können Qualitätsprobleme identifiziert und Fertigungsschritte geeignet angepasst werden.
In den Prüfberichten kommen typischerweise zwei Arten von Darstellungen zum Einsatz:

a) Falschfarbendarstellung: Die Abweichung wird ähnlich der Temperatur im Wetterbericht durch einen Farbverlauf dargestellt, z. B. grün für in Ordnung, blau für zu tief/dünn/einfallend, rot für zu hoch/dick/vorstehend. Wenn der Bericht Falschfarbendarstellungen mit Abweichungen des Werkstücks aus verschiedenen Ansichten enthält, kann z. B. vorgesehen sein, dass blau eine Abweichung nach unten bzw. zu wenig Material, rot hingegen eine Abweichung nach oben bzw. zu viel Material zeigt. Die Falschfarbendarstellungsform eignet sich besonders, wenn eine lückenlose, dicht besetzte Punktewolke vorliegt.
b) Bemaßungen einzelner Positionen: Diese Darstellungsform eignet sich besonders, wenn nur wenige Messpunkte vorliegen, aber Details zu jedem Messpunkt relevant sind. Beispielsweise werden Anlage/Umriss, Bündigkeit, Beschnittmaße, Lochlagen vermessen. Jeder relevante Punkt wird mit einem „Fähnchen“ versehen, worin die Art der Messung, sowie die entsprechende Abweichung (je nach Art der Messung eine oder auch mehrere Koordinaten) als Meta-Informationen angegeben werden.

Trotz der informativen Darstellungsformen in den Prüfberichten gestaltet sich die Interpretation von Messdaten dennoch oft aus folgenden Gründen schwierig:

– Fertigung des Werkstücks, Vermessung desselben sowie die Interpretation der resultierenden Daten finden an unterschiedlichen Orten statt.
– Falls Abweichungen oder Toleranzen vorliegen, können unterschiedliche Verantwortungsbereiche betroffen sein, was die Eingrenzung möglicher Fehlerursachen erschwert.
– Je nach Größe des Werkstücks sind 1:1-Ausdrucke auf Papier sehr unhandlich bzw. nicht verfügbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei der Erfassung eines Werkstücks mit einer Messeinrichtung eine schnelle und einfache Interpretation der Messdaten zu ermöglichen und die Überprüfung eines Werkstücks im Rahmen eines Soll-Ist-Abgleichs komfortabler zu gestalten.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Visualisierung von Messdaten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Visualisierung von Messdaten umfasst folgende Schritte:

– Erfassen einer Oberfläche eines Werkstücks (Messen);
– Bereitstellen von Messdaten aus der Erfassung;
– Bereitstellen eines Soll-Modells des Werkstücks;
– Durchführen eines Soll-Ist-Abgleichs basierend auf den Messdaten und dem Soll-Modell; und
– Projizieren von Informationen, die mit dem Soll-Ist-Abgleich zusammenhängen, auf das Werkstück.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, das Resultat eines Soll-Ist-Abgleichs in anschaulicher Weise unmittelbar auf dem zu überprüfenden Werkstück sichtbar zu machen. Das Studieren eines separat erstellten Prüfberichts ist nicht mehr zwingend notwendig, um Abweichungen des Ist-Zustands vom Soll-Modell des Werkstücks zu identifizieren. Das bedeutet, dass ein Werker sofort und vor Ort erkennen kann, wo und gegebenenfalls auch wie eine Bearbeitung bzw. Nachbearbeitung des Werkstücks zu erfolgen hat. Die mit dem Soll-Ist-Abgleich zusammenhängenden Informationen können eine Darstellung der Abweichungen in Falschfarben oder eine andere geeignete Form der Darstellung sein. Zusätzlich oder alternativ können auch andere Angaben auf das Werkstück projiziert werden, wie etwa aus dem Soll-Ist-Abgleich abgeleitete Arbeitsanweisungen o.ä.
Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst

– eine Messeinrichtung zur Erfassung der Oberfläche eines Werkstücks (Messen) und zur Bereitstellung entsprechender Messdaten, die die Oberfläche des Werkstücks repräsentieren,
– eine Steuereinheit, die Zugriff auf ein Soll-Modell des Werkstücks hat und eingerichtet ist, einen Soll-Ist-Abgleich basierend auf den Messdaten und dem Soll-Modell durchzuführen, und
– eine mit der Steuereinheit verbundene Projektionseinheit, die so eingerichtet ist, dass sie mit dem Soll-Ist-Abgleich zusammenhängende Informationen auf das Werkstück projiziert.

Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf die entsprechenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Die bevorzugte Anwendung der Erfindung ist die Unterstützung von Messtechnikaudits in Vorserienzentren, in der Fertigung, im Warenaus-/eingang und im Werkzeugbau.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der beigefügten Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Visualisierung von Messdaten.
Die in der Figur dargestellte Vorrichtung umfasst als wesentliche Komponente eine Projektionseinheit mit einem Projektor (Laserprojektor, Streifenlichtprojektor, Beamer oder dergleichen) sowie einer Fotogrammetrieeinrichtung (eine oder mehrere Kameras), deren Pose relativ zum Projektor bekannt ist und während der Durchführung des Verfahrens nicht verändert wird.
Eine weitere wesentliche Komponente der Vorrichtung ist eine Messeinrichtung zur Erfassung der Oberfläche eines Werkstücks. Die Messeinrichtung kann ein beliebiges herkömmliches Messsystem sein. Insbesondere kommen Einrichtungen in Frage, die auf einer taktilen Messtechnik beruhen, wie etwa eine Koordinatenmessmaschine, eine Horizontalarm-Messmaschine, ein Messgelenkarm etc., genauso wie auf einer optischen Messtechnik basierende Systeme. Zu letzteren zählen insbesondere fotogrammetrische Systeme, die Triangulation und/oder Bündelblockausgleichung nutzen (Scanner, Nahbereichs-Fotogrammetriesysteme, Microsoft Kinect etc.), sowie Systeme, bei denen der Auslenkungswinkel eines Lichtstrahls und dessen Laufzeitlänge mittels Phasenverschiebung gemessen werden (Laserscanner). Auch Time-of-Flight-Kameras, welche gleichzeitig eine sichtbereichfüllende Tiefenkarte ausgeben, sind geeignet.
Wesentlich ist, dass die Messeinrichtung eine 3D-Punktewolke der abgetasteten Werkstückoberfläche liefert. Je nach Messverfahren ist diese Punktewolke mehr oder weniger dicht besetzt. So liegen bei taktilen Messungen häufig nur einzelne Punkte an kritischen Positionen vor, diese jedoch mit sehr hoher Genauigkeit, wohingegen z. B. mit einer Time-of-Flight-Kamera in Sekundenbruchteilen ganze Oberflächen dicht abgetastet werden können, jedoch mit geringerer Genauigkeit.
Die Vorrichtung umfasst als wesentliche Komponente ferner eine Steuereinheit, die sowohl mit der Projektionseinheit als auch mit der Messeinrichtung verbunden ist, d. h. mit diesen Einrichtungen Daten austauschen kann. Je nach Ausführungsform der Vorrichtung können die Projektionseinheit und/oder die Messeinrichtung und/oder die Steuereinheit oder Teile davon in eine gemeinsame (mobile) Baueinheit integriert sein, worauf später noch genauer eingegangen wird.
Die Gesamtheit dieser Komponenten zusammen mit dem zu untersuchenden Werkstück definieren einen Arbeitsplatz, der sich gegebenenfalls auf mehrere Örtlichkeiten aufteilen kann, für die meisten Anwendungen aber in einem Raum realisiert werden kann.
Die Vorrichtung zur Messdatenvisualisierung wird gemäß dem nachfolgend beschriebenen Verfahren genutzt. Auf mögliche Abweichungen, Abwandlungen und Ergänzungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird weiter unten eingegangen.
Mithilfe der Messeinrichtung wird die Oberfläche eines Werkstücks erfasst. Die Messdaten (Ist-Zustand) werden von der Steuereinheit importiert. Die Steuereinheit, die Zugriff auf ein CAD-Modell des Werkstücks (Soll-Modell) hat, führt einen Soll-Ist-Abgleich durch. Das Ergebnis des Abgleichs, d. h. die registrierten Übereinstimmungen und Abweichungen vom Soll-Modell, werden als Falschfarbendarstellung, z. B. im offenen obj/vrml/x3d-Format, exportiert.
Vor oder nach der Durchführung des Soll-Ist-Abgleichs wird eine Referenzierung durchgeführt, d. h. es wird ein räumlicher Bezug zwischen dem Werkstück und der Projektionseinheit hergestellt, der sich in einer Pose (sechs Freiheitsgrade, Position und Orientierung der Projektionseinheit relativ zum Werkstück oder andersherum, je nach Sichtweise) ausdrückt. Hierzu wird das Werkstück gegebenenfalls mit Markern präpariert, falls diese nicht ohnehin schon für die vorangegangene Erfassung der Werkstückoberfläche durch die Messeinrichtung angebracht wurden. Die Referenzierung kann auch ganz entfallen, wenn die Projektionseinheit statisch (unbeweglich) mit der Messeinrichtung verbunden ist. Auf die letzten beiden Aspekte wird weiter unten noch genauer eingegangen.
Anschließend werden die Abweichungen (und gegebenenfalls auch die Übereinstimmungen) aus dem Soll-Ist-Abgleich als Falschfarben direkt auf das Werkstück projiziert.
Es ist zu beachten, dass die akquirierten Ist-Daten (mit den Messungenauigkeiten der eingesetzten Messeinrichtung) 1:1 dem Werkstück entsprechen. Der 3D-Datensatz für die Visualisierung kann also so berechnet werden, dass alle Abweichungen durch Ermittlung der lotrechten Abstände des Soll-Modells relativ zum Ist-Zustand berechnet werden. Die 3D-Positionen der Visualisierung entstammen folglich der Oberfläche des Ist-Werkstücks. Somit ist automatisch sichergestellt, dass die Projektion lagerichtig auf dem Werkstück erscheint. Weitere Mechanismen zur Kompensation der Projektion, wie etwa ein Umrechnen der Soll-Position der Projektion auf eine Ist-Lage wegen Abweichungen des Ist Zustands vom Soll-Modell, sind nicht mehr notwendig.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung sind die Messeinrichtung und die mobile Projektionseinheit über die Steuereinheit derart miteinander verbunden, dass Messergebnisse von der Messeinrichtung unmittelbar der Steuereinheit zugeführt werden können. Hierdurch kann die Projektion durch die Steuereinheit ständig aktualisiert werden. Dies ermöglicht eine Rückkopplung: die Messung und die Darstellung des Messergebnisses passen sich dynamisch an Veränderungen am Werkstück an. So kann ein Arbeitsfortschritt an einem Werkstück in Echtzeit überwacht werden. Die Bearbeitung (Schleifen, Bohren etc.) oder Montagetätigkeit wird solange inkrementell durchgeführt, bis sprichwörtlich „alles im grünen Bereich“ ist.
Wenn gemäß einer Ausführungsvariante der Vorrichtung die Messeinrichtung, die Projektionseinheit und die Steuereinheit in einer mobilen Bauform integriert sind, lassen sich die Vorzüge der zuvor beschriebenen Ausführungsform erreichen, und darüber hinaus ist das gesamte System noch mobiler.
Es ist im Gegensatz zur zuvor beschriebenen Ausführungsform auch möglich, die Messdaten bzw. die aus dem Soll-Ist-Abgleich resultierenden Informationen zu archivieren und erst zu einem späteren Zeitpunkt auf das Werkstück zu projizieren.
Wie bereits oben angedeutet, wird die Messeinrichtung gemäß einer besonderen Weiterbildung des Verfahrens dazu verwendet, spezielle Marker (typischerweise weiße bzw. retroreflektive Punkte auf schwarzem Hintergrund) für die Referenzierung der Projektionseinrichtung einzumessen. Die Referenzierung kann auch dynamisch erfolgen, d. h. sie wird wiederholt durchgeführt und damit ständig aktualisiert, damit eventuelle Relativbewegungen berücksichtigt werden können). Diese Art der Referenzierung (statisch oder dynamisch) kann den Gesamtaufwand für die Durchführung des Verfahrens deutlich reduzieren, da insbesondere fotogrammetrische Messsysteme selbst oft Marker-basiert arbeiten. Der Ablauf des Verfahrens ist dann beispielsweise wie folgt:

– Zunächst werden die Marker auf dem Werkstück aufgebracht.
– Die (mobile) Messeinrichtung wird über das Werkstück bewegt, sodass Messdaten aus unterschiedlichen Perspektiven generiert werden. Hinterschneidungen bzw. Verdeckungen können so Schritt für Schritt erfasst und die 3D-Punktewolke vervollständigt werden. Die Marker ermöglichen es der Steuereinheit dabei, sich zu orientieren, d. h. die aktuelle Perspektive zu deuten, und die aufeinanderfolgenden Messungen aus unterschiedlichen Perspektiven präzise in einer einzigen großen 3D-Punktewolke zusammenführen.
– In einer nachgelagerten Bündelblockausgleichung werden die 3D-Positionen der aus unterschiedlichen Perspektiven erkannten Marker und damit die Ausrichtung der einzelnen, aus unterschiedlichen Perspektiven gewonnenen Punktewolken innerhalb der großen Punktewolke weiter optimiert. Als „Abfallprodukt“ dieser Prozedur ergeben sich die exakten relativen Positionen der Marker zueinander.
– Durch einen der Messung vorgelagerten Einmessprozess und/oder durch einen nachgelagerten „Einschwimmvorgang“ wird die große 3D-Punktewolke zum Werkstück registriert (Pose). Damit werden als „Abfallprodukt“ auch die 3D-Positionen der Marker und/oder (optional) auch deren Normalenvektoren zum Werkstück registriert.
– Die so eingemessenen Marker können auf dem Werkstück verbleiben und werden von der Projektionseinheit beim Visualisieren von Messdaten direkt weiterverwendet. Es genügt die Liste der 3D-Positionen. Somit entfällt die Notwendigkeit, räumliche Bezüge speziell für die Projektionseinheit bereitstellen zu müssen, sei es durch das Applizieren weiterer oder anderer Marker auf dem Werkstück, oder auch durch Aufbereiten oder Antrainieren von Datenbanken für markerlose Trackingverfahren.

Nachfolgend werden noch einige weitere mögliche Ergänzungen und/oder Alternativen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung erläutert.
Auf das Werkstück können anstelle von oder zusätzlich zu den unmittelbaren Ergebnissen des Soll-Ist-Abgleichs auch andere Informationen projiziert werden. So kann beispielsweise bei einem faserverstärkten Kunststoffbauteil, insbesondere bei einem Carbon- oder glasfaserverstärkten Bauteil, der Faserverlauf auf dem Werkstück abgebildet werden. Dies kann bei der Bearbeitung des Werkstücks sehr hilfreich sein.
Gerade bei Verwendung einer mobilen Messeinrichtung ist die Durchführung der Messung ein komplizierter und damit fehleranfälliger Vorgang. So ist dem Werker, während er die Messeinrichtung über das Werkstück führt, oft nicht bewusst, welche Bereiche des Werkstücks er bereits erfasst hat und welche noch nicht. In bestimmten Situationen gibt es eventuell Besonderheiten, die der Werker beim Messen beachten muss, beispielsweise wenn ein komplex geformter Bereich des Werkstücks eine erhöhte Messgenauigkeit erfordert. Diese Unzulänglichkeiten können den gesamten Messvorgang erheblich verzögern, da in der Regel keine Ad-hoc-Kontrollen zur Verfügung stehen und deshalb bestimmte Vorgänge erst mit zusätzlichem Aufwand nachträglich vollendet werden können oder noch einmal neu durchgeführt werden müssen.
Eine spezielle Verfahrensvariante sieht deshalb vor, den Werker durch Projizieren von Informationen zu unterstützen. So können während der Messung bereits erfasste Bereiche des Werkstücks durch die Projektionseinheit in einer anderen Farbe angeleuchtet werden als die noch nicht erfassten Bereiche. Diejenigen Bereiche, die mit einer höheren Auflösung oder nochmals erfasst werden sollen, können (zusätzlich) farblich abgesetzt werden. Ebenso können Anleitungen, Symbole oder sonstige Hinweise aufprojiziert werden, insbesondere auf oder an Bereichen des Werkstücks, die besondere Beachtung erfordern. Es kann auch die aktuelle Messgenauigkeit bzw. Qualität der Messwerte angegeben werden. Dies ist vor allem bei fotogrammetrischen Messverfahren hilfreich, um sicherstellen zu können, dass Messwerte lückenlos mit der geforderten Güte aufgenommen werden.
Bei fotogrammetrischen Messungen oder Scans gibt es prinzipiell die Möglichkeit, ein Referenzkoordinatensystem an Markern mit der Messeinrichtung und der Steuereinheit iterativ einzulernen. Oft steht bei solchen Messsystemen ein Modus zur Verfügung, der es ermöglicht, in einem Schnelldurchgang (aus größerer Entfernung, noch ohne die aufwändige Akquise von Scandaten) alle Marker einzulernen und aus den aus verschiedenen Perspektiven gewonnenen Punktewolken einen globalen Bezug herzustellen. Erst in einem zweiten Schritt findet dann die eigentlich zeitaufwendige Messung der Werkstückoberfläche aus kurzer Distanz statt. In diesem Fall können bereits nach dem ersten Schritt schon Informationen lagerichtig auf das Werkstück projiziert werden, um die Durchführung des zweiten Schritts zu unterstützen.
Wie weiter oben bereits erläutert, entstehen bei Verwendung einer taktilen Messeinrichtung in der Regel dünn besetzte Punktwolken; bei einem Fahrzeugseitenteil sind es beispielsweise insgesamt ca. 300 Punkte. Anstatt diese Punkte und die zugehörigen Meta-Informationen (Bezeichnung der Punkte, Koordinaten, Genauigkeit, Information zur Flächentoleranz, Beschnitt etc.) umständlich von Hand auf das Werkstück zu übertragen, können die Punkte und die Meta-Informationen mithilfe der Vorrichtung rückstandslos auf das Werkstück projiziert werden.
Die Daten einer Messung können in einer Verfahrensvariante nach Abschluss der Messung händisch, etwa per USB-Stick, oder drahtlos zur Steuereinheit der mobilen Projektionseinheit übertragen werden. Somit sind Messeinrichtung und Projektionseinheit räumlich voneinander unabhängig. Dies ist sinnvoll bei Messeinrichtungen, die groß und/oder unbeweglich sind, wie etwa eine Koordinatenmessmaschine. In diesem Fall wird also nicht dem Ort gemessen, an dem das Messergebnis interpretiert wird.
Besonders vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform der Vorrichtung, bei der die Projektionseinheit direkt mit einem Kamerasystem der Messeinrichtung verbunden ist und diese vorab zueinander kalibriert wurden. Somit kann das Kamerasystem von der Messeinrichtung und der Projektionseinheit gemeinsam benutzt werden, was eine besonders kompakte Bauform ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung verfügt die Projektionseinheit nicht über eine eigene Fotogrammetrieeinrichtung oder sonstige Sensorik (insbesondere keine Kameras). Stattdessen ist sie physikalisch fest mit der Messeinrichtung, z. B. einer Koordinatenmessmaschine verbunden. Somit können ausgewertete Messergebnisse unmittelbar in der Messumgebung projiziert werden, ohne dass mobile Systeme erst in Stellung gebracht werden müssen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist: Es muss keine dynamische Referenzierung erfolgen, da die Projektionseinheit vorab zur Messeinrichtung einkalibriert werden kann. Somit kann der Bezug der Koordinatensysteme zwischen Werkstück und Projektionseinheit mittelbar aus dem bekannten Bezug der Projektionseinheit zur Messeinrichtung (aus der Kalibrierung) sowie dem Bezug Messeinrichtung zu Werkstück ermittelt werden. Letzterer Bezug wird im Rahmen der Berechnung des Soll-Ist-Abgleichs sowieso ermittelt, typischerweise über einen der eigentlichen Messung vorgelagerten Einmessprozess oder auch durch einen nachgelagerten „Einschwimmvorgang“. Ein vorgelagerter Einmessprozess ist typisch bei taktilen Messungen: Mit der taktilen Messeinrichtung werden wenige bestimmte Löcher, Langlöcher, Flächen etc. am Werkstück gemäß der sog. RPS-Systematik (Referenzpunktsystem) angetastet, die als besonders genau gelten und deshalb als Referenz angesehen werden können. Gemäß der sogenannten 3-2-1-Regel werden eine Primär-, eine Sekundär- und eine Tertiärebene definiert, wobei die Primärebene durch drei, die Sekundärebene durch zwei und die Tertiärebene durch einen Punkt definiert sind. Die entstehenden Flächen sollten idealerweise senkrecht zueinander stehen. Diese Technik ist im Automobilbau etabliert, wobei die RPS-Punkte, -Löcher etc. für den späteren Zusammenbau von Zuliefer- bzw. Einzelteilen notwendig sind.
Selbstverständlich lassen sich die Besonderheiten der oben beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung und Varianten der Verfahren in geeigneter Weise miteinander kombinieren.

Claims

Verfahren zur Visualisierung von Messdaten, mit folgenden Schritten: – Erfassen einer Oberfläche eines Werkstücks; – Bereitstellen von Messdaten aus der Erfassung; – Bereitstellen eines Soll-Modells des Werkstücks; – Durchführen eines Soll-Ist-Abgleichs basierend auf den Messdaten und dem Soll-Modell; und – Projizieren von Informationen, die mit dem Soll-Ist-Abgleich zusammenhängen, auf das Werkstück.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Abweichungen vom Soll-Modell als Falschfarbendarstellung auf das Werkstück projiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine einmalige oder dynamische Referenzierung durchgeführt wird, um einen räumlichen Bezug zwischen dem Werkstück und einer Projektionseinheit herzustellen, mit der die Informationen auf das Werkstück projiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzierung mithilfe von Markern vorgenommen wird, die vorzugsweise auch bei der Erfassung der Oberfläche genutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung und die Projektionseinheit unbeweglich miteinander verbunden sind und eine Kalibrierung dieser Komponenten relativ zueinander durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion durch eine Steuereinheit auf Basis aktueller Messdaten in Echtzeit fortlaufend aktualisiert wird, sodass die Projektion dynamisch an Veränderungen am Werkstück angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Soll-Ist-Abgleich zusammenhängenden Informationen zunächst archiviert und zu einem späteren Zeitpunkt auf das Werkstück projiziert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mobile Messeinrichtung über das vorzugsweise mit Markern versehene Werkstück bewegt wird, sodass Messdaten aus unterschiedlichen Perspektiven in Form von einzelnen 3D-Punktewolken generiert werden, und dass die einzelnen 3D-Punktewolken zu einer einzigen Gesamt-3D-Punktewolke zusammengeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer nachgelagerten Bündelblockausgleichung die 3D-Positionen der aus unterschiedlichen Perspektiven erkannten Marker und damit die Ausrichtung der einzelnen 3D-Punktewolken innerhalb der Gesamt-3D-Punktewolke optimiert werden, wobei aus der Optimierung die exakten 3D-Positionen der Marker relativ zueinander erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen der eigentlichen Oberflächenerfassung vorgelagerten Einmessprozess und/oder durch einen nachgelagerten Einschwimmvorgang die Pose der Gesamt-3D-Punktewolke relativ zum Werkstück registriert wird, wobei durch den Einmessprozess und/oder den Einschwimmvorgang die 3D-Positionen der Marker relativ zum Werkstück, optional auch deren Normalenvektoren, erhalten und für die lagerichtige Projektion der Informationen weiterverwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe des Erfassens der Marker ein Referenzkoordinatensystem erstellt wird und dass basierend auf diesem Referenzkoordinatensystem vor der eigentlichen Oberflächenerfassung Informationen lagerichtig auf das Werkstück projiziert werden, um die Oberflächenerfassung zu unterstützen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Werkstück weitere Informationen projiziert werden, die nicht mit dem Soll-Ist-Abgleich zusammenhängen, sondern sich insbesondere auf das Werkstück selbst, auf einen Bereich des Werkstücks, auf bestimmte (lokale) Eigenschaften des Werkstücks, auf den Fortschritt des Erfassens, auf die Qualität der erhaltenen Messdaten und/oder auf Meta-Informationen zu bestimmten Messpunkten beziehen.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Messeinrichtung zur Erfassung der Oberfläche eines Werkstücks und zur Bereitstellung entsprechender Messdaten, die die Oberfläche des Werkstücks repräsentieren, einer Steuereinheit, die Zugriff auf ein Soll-Modell des Werkstücks hat und eingerichtet ist, einen Soll-Ist-Abgleich basierend auf den Messdaten und dem Soll-Modell durchzuführen, und einer mit der Steuereinheit verbundenen Projektionseinheit, die so eingerichtet ist, dass sie mit dem Soll-Ist-Abgleich zusammenhängende Informationen auf das Werkstück projiziert.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung mit der Steuereinheit verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung und die Steuereinheit und/oder die Projektionseinheit in unterschiedlichen Räumen angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinheit und/oder die Messeinrichtung und/oder die Steuereinheit oder Teile davon in eine gemeinsame stationäre oder mobile Baueinheit integriert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung und die Projektionseinheit oder Teile davon unbeweglich miteinander verbunden und relativ zueinander kalibriert sind, wobei die Projektionseinheit insbesondere keine eigene Fotogrammetrieeinrichtung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Projektionseinheit und die Messeinrichtung eine gemeinsame Fotogrammetrieeinrichtung teilen.