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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Im Bereich der CNC-Bearbeitung werden üblicherweise aus digitalen CAD-Datenformaten, die dreidimensionale Objektinformationen enthalten, Fräserbahnplanungen erstellt, welche wiederum in Maschinensprache (G-code) umgewandelt werden. Dieses Datenformat kann von CNC-Fräsmaschinen eingelesen und in eine Fahrbewegung übersetzt werden. Dadurch lassen sich dreidimensionale Objekte aus verschiedenen Materialien herstellen bzw. spanend, fräsend oder schneidend bearbeiten. Dazu müssen jedoch die das Objekt beschreibenden geometrischen Daten wie Höhe, Breite und Tiefe händisch in das Computerprogramm eingegeben werden.
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Aus der
US 2003/0057609 A1 ist bereits ein System zur Herstellung von Einlagen bzw. Furnieren für Täfelungen mittels eines automatisierten CNC-Laserschneidprozess gezeigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass der Umriss eines zweidimensionalen Objekts oder einer Zeichnung automatisch aufgenommen, als Grafik abgespeichert, und diese Grafik durch die Rechnereinheit direkt in Ansteuerdaten für die Werkzeugmaschine umgerechnet wird, so dass von einem Benutzer der Vorrichtung nur noch die gewünschte Höhe, die das fertige dreidimensionale Objekt aufweisen soll, eingestellt werden muss. Das rechnergesteuerte Werkzeug schneidet dann basierend auf den Daten des Umrisses des zweidimensionalen Objektes und der vom Benutzer eingegebenen Höhendaten aus einem Rohling aus einem beliebigen Material das gewünschte dreidimensionale Objekt aus.
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Die manuelle Eingabe der Ansteuerdaten für die CNC-Werkzeugmaschine oder das Umwandeln von CAD-Datenformaten, die die geometrischen Daten der dreidimensionalen Objekte enthalten, entfällt hierbei vorteilhafterweise.
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Die erfindungsgemäße Erfindung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts umfasst
- – eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme eines Umrisses eines zweidimensionalen Objekts,
- – eine Speichereinheit zur Speicherung des Umrisses des zweidimensionalen Objekts als eine Grafik,
- – eine Recheneinheit zur Umrechnung der Grafik in Ansteuerdaten, sowie
- – ein rechnergesteuertes Werkzeug zum Ausschneiden des dreidimensionalen Objekts aus einem Rohling in Abhängigkeit von den Ansteuerdaten und zum Abtragen des Rohlings auf eine vorbestimmten Höhe.
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Unter einer solchen Vorrichtung kann eine computergesteuerte Werkzeugmaschine verstanden werden. Insbesondere fallen darunter CNC-Maschinen, die mit einer Aufnahme für verschiedene Werkzeuge ausgestattet sind. Diese Werkzeuge dienen dem Zweck, ein Ausgangsmaterial, beispielsweise Metall, Holz oder Kunststoff, zu bearbeiten. Es können jedoch auch schon fertige oder halbfertige Objekte in die Werkzeugmaschine eingebracht werden, um mit den darin befindlichen Werkzeugen weiterverarbeitet bzw. umverarbeitet zu werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Zweckmäßigerweise ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Mensch-Maschine-Schnittstelle zum Anzeigen und Verändern des Umrisses des zweidimensionalen Objekts sowie zur Eingabe von Ansteuerdaten aufweist. Solch eine Mensch-Maschine-Schnittstelle kann beispielsweise einen Touchscreen (Berührungsbildschirm) aufweisen. Auf dem Touchscreen wird der Umriss des zuvor aufgenommenen zweidimensionalen Objekts angezeigt und kann dort durch den Benutzer hinsichtlich seiner Größe, Form, oder sonstigen Ausprägungen verändert werden. Des Weiteren kann der Benutzer an dem Touchscreen die gewünschte Höhe des fertigen dreidimensionalen Objekts eingeben. Ferner kann die Mensch-Maschine-Schnittstelle auch dazu genutzt werden, Ansteuerdaten für das rechnergesteuerte Werkzeug manuell einzugeben.
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Zweckmäßigerweise ist die Vorrichtung mit einer Schnittstelle zu Datennetzen ausgestattet. Dies kann beispielsweise eine kabelgebundene Schnittstelle, wie z.B. eine USB-Schnittstelle oder eine Ethernet-Schnittstelle oder eine drahtlose Schnittstelle, wie beispielsweise eine Infrarot-, Bluetooth-, WLAN- oder sonstige Funkschnittstelle sein. Der Vorteil einer solchen Schnittstelle besteht darin, dass die Vorrichtung auch aus der Ferne bedient werden kann. Beispielsweise ist es denkbar, dass auch die Mensch-Maschine-Schnittstelle, bzw. der Touchscreen nicht an der Vorrichtung selbst angebracht ist, sondern als tragbare Einheit ausgestaltet ist. Ein Smartphone oder Tablet PC könnte hierbei eine solche tragbare Einheit darstellen. Auf dem Touchscreen des Smartphones bzw. Tablet PCs kann nun während des Betriebs der Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts der Umriss eines zweidimensionalen Objektes dargestellt und hinsichtlich der Größe bzw. Form verändert werden. Ferner können weitere Eingaben, die zur Bedienung der Vorrichtung erforderlich sind, getätigt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Aufnahmeeinheit der Vorrichtung als optische Aufnahmeeinheit ausgestaltet sein. Die optische Aufnahmeeinheit kann hierbei als optische Kamera, beispielsweise als Digitalkamera, ausgeführt sein. Es ist auch denkbar, dass die optische Aufnahmeeinheit als optisches Abtastgerät (Scanner) ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass der Umriss des aufzunehmenden dreidimensionalen Objektes berührungslos aufgenommen werden kann.
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Ferner ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Werkzeug als mechanisches Fräswerkzeug oder als mechanisches Schneidwerkzeug oder als Laserschneidwerkzeug ausgestaltet ist. Diese Werkzeuge haben den Vorteil, dass sie sehr präzise den Umriss des zweidimensionalen Objekts aus einem Material bzw. den Rohling ausschneiden bzw. ausfräsen können und das Material bzw. den Rohling präzise und schnell auf eine bestimmte Höhe abfräsen bzw. abspanen können. Es ist denkbar, dass je nach Anwendungsfall mehrere der zuvor genannten Werkzeuge nacheinander oder in Kombination eingesetzt werden. So kann beispielsweise ein Laserschneidwerkzeug oder ein mechanisches Schneidwerkzeug dazu verwendet werden, den Umriss des zweidimensionalen Objekts aus einem Material oder dem Rohling auszuschneiden. Anschließend kann eine mechanische Fräse verwendet werden, um das Material bzw. den Rohling auf die vorbestimmte Höhe abzutragen.
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Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mit Schritten des Aufnehmens eines Umrisses eines zweidimensionalen Objekts mittels einer Aufnahmeeinheit, des Speicherns des Umrisses des zweidimensionalen Objekts als eine Grafik mittels einer Speichereinheit, des Umrechnens der Grafik in Ansteuerdaten mittels einer Recheneinheit, des Ausschneidens des dreidimensionalen Objekts aus einem Rohling in Abhängigkeit von den Ansteuerdaten mittels eines rechnergesteuerten Werkzeugs, sowie des Abtragens des Rohlings auf eine vorbestimmte Höhe mittels des rechnergesteuerten Werkzeugs.
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Die oben genannten Vorteile ergeben sich entsprechend auch für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts;
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2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung gemäß 1;
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3 eine schematische Darstellung eines externen Gerätes zur Ansteuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Vorrichtung 100 zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts 200. Die Vorrichtung 100 umfasst unter anderem eine Aufnahmeeinheit 105, eine Speichereinheit 110, eine Rechnereinheit 115, sowie ein rechnergesteuertes Werkzeug 120. Die Aufnahmeeinheit 105 kann, wie in 1 dargestellt, sowohl eine optische Kamera sein, als auch als optischer Scanner (nicht dargestellt) ausgestaltet sein. Die Aufnahmeeinheit 105 muss nicht notwendigerweise an der Vorrichtung 100 angebracht sein, sondern kann auch als modulare Einheit, die über eine Signalisierungsverbindung, beispielsweise einem Kabel oder einer Funkverbindung, mit der Vorrichtung 100 verbunden ist, vorliegen.
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Die Aufnahmeeinheit 105 der Vorrichtung 100 nimmt den Umriss eines zweidimensionalen Objekts 180 auf. Wie in 1 dargestellt, kann es sich dabei um eine Zeichnung oder einen Ausdruck eines Objekts oder mehrerer Objekte bzw. geometrischer Figuren handeln.
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Ferner ist es denkbar, dass die Aufnahmeeinheit 105 nicht nur zweidimensionale Objekte 180 aufnimmt, sondern auch dreidimensionale Objekte abfotografiert. Dabei ist zu beachten, dass je nach Perspektive nicht gewährleistet werden kann, dass der Umriss in der Draufsicht des dreidimensionalen Objekts exakt erfasst wird. Dieser Effekt, der aus der Aufnahme aus unterschiedlichen Perspektiven resultiert, kann vorteilhafterweise dazu verwendet werden, um von der ursprünglichen Form abweichende Umrisse des aufgenommenen dreidimensionalen Objekts zu erzeugen. Hierbei kann aus mehreren Aufnahmen, die von dreidimensionalen Objekten aus unterschiedlichen Perspektiven aufgenommen werden, ein dreidimensionales Modell berechnet werden. Das dreidimensionale Modell kann beispielsweise dazu verwendet werden, statt dem Umriss aus der Draufsicht, einen Umriss aus einer Seitenansicht des abfotografierten dreidimensionalen Objekts zu generieren.
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Die Aufnahmeeinheit 105 gibt ihre Daten an die Speichereinheit 110 weiter. In der Speichereinheit 110 werden sowohl die Daten der Aufnahmeeinheit 105 als auch die durch die Rechnereinheit 115 weiter verarbeiteten Daten gespeichert.
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Des Weiteren weist die Vorrichtung 100 einen Touchscreen 130, sowie weitere Bedienelemente 140 wie Knöpfe, Tasten, Schalter oder Drehregler auf. Der Umriss der zweidimensionalen Objekte 180 wird von der Aufnahmeeinheit 105 aufgenommen, in der Speichereinheit 110 beispielsweise als Rastergrafik abgespeichert, in der Rechnereinheit 115 beispielsweise in eine Vektorgrafik umgewandelt, und danach auf dem Touchscreen 130 für den Benutzer dargestellt. Die angezeigten Vektorgrafiken 150 der Umrisse der zweidimensionalen Objekte 180 sind nun in einer Ausführungsform der Erfindung durch Verwendung des Touchscreens 130 bzw. der Bedienelemente 140 veränderbar.
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So kann beispielsweise durch Drehen der Bedienelemente 140 ein Zoomfaktor eingestellt werden, der die auf dem Touchscreen 130 angezeigten Vektorgrafiken 150 auf eine bestimmte Größe skaliert. Durch Drücken der Bedienelemente 140 wird der Zoomfaktor anschließend bestätigt.
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Es ist auch denkbar, dass die Vektorgrafiken 150 nicht insgesamt vergrößert oder verkleinert, sondern nur in einer bestimmten Richtung gestreckt oder gestaucht werden sollen. Dazu kann beispielsweise eine der Tasten 140 festgehalten werden und gleichzeitig mit einem Drehregler 140 die Streckung, bzw. Stauchung der Vektorgrafiken 150 in einer Richtung, beispielsweise entlang einer x-Achse in einem rechtwinkligen Koordinatensystem, durch Drehen vollführt werden. Anschließend kann eine andere Taste 140 festgehalten werden und gleichzeitig mit einem Drehregler 140 die Streckung, bzw. Stauchung Vektorgrafiken 150 entlang der zur x-Achse orthogonalen y-Achse durch Drehen vollführt werden.
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Weiterhin ist es denkbar, dass die angezeigten Vektorgrafiken 150 durch Gestensteuerung direkt auf dem Touchscreen 130 verändert werden können. So kann beispielsweise die Größe der angezeigten Vektorgrafik 150 dadurch verändert werden, dass direkt auf dem Touchscreen 130 eine Bewegung mit zwei Fingern ausgeführt wird. Werden die zwei Finger aufeinander zubewegt, so wird die Vektorgrafik 150 kleiner skaliert. Werden die zwei Finger voneinander weg bewegt, so wird die Vektorgrafik 150 größer skaliert.
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Es ist auch denkbar, dass die Vektorgrafiken 150 nicht insgesamt vergrößert oder verkleinert, sondern nur in einer gewünschten Richtung gestreckt oder gestaucht werden sollen. Dazu kann beispielsweise eine der Tasten 140 festgehalten werden und gleichzeitig durch Bewegen eines Fingers entlang der gewünschten Richtung, bzw. entlang der umgekehrten Richtung die Streckung, bzw. Stauchung der Vektorgrafiken 150 in der gewünschten Richtung vollführt werden.
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Weiterhin ist es auch denkbar, dass ein Benutzer die Vektorgrafik 150 auf dem Touchscreen 130 vervielfältigt und somit in einem Prozessschritt mehrere gleiche, dreidimensionale Objekte 200 herstellen kann.
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Ferner dienen der Touchscreen 130 und die Bedienelemente 140 dazu, die Höhe der herzustellenden dreidimensionalen Objekte 200 zu bestimmen. Weiterhin kann über den Touchscreen 130 bzw. die Bedienelemente 140 nach Eingabe aller notwendigen Änderungen der eigentliche Herstellungsschritt des dreidimensionalen Objekts 200 gestartet werden. Dazu werden die vom Benutzer bestätigten Daten in der Rechnereinheit 115 in Ansteuerdaten für das rechnergesteuerte Werkzeug 120 umgerechnet.
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Der Vorgang des Veränderns, des Bestimmens der Höhe und des Bestätigens der angezeigten Vektorgrafik 150 kann beispielsweise auch auf einem externen Gerät, wie beispielsweise einem Smartphone oder einem Tablet PC, stattfinden. Zu diesem Zweck kann sich die Vorrichtung 100 mittels einer Schnittstelle 170 mit dem externen Gerät verbinden, wie es in 3 gezeigt ist.
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Das rechnergesteuerte Werkzeug 120 ist bevorzugt in drei Dimensionen 126 verfahrbar bzw. beweglich. Es kann sowohl das rechnergesteuerte Werkzeug 120 als auch eine dazugehörige Unterlage 125 bewegt werden. Vor dem eigentlichen Herstellungsvorgang muss ein Rohling 135 eingelegt werden. Dies kann durch die Vorrichtung 100 automatisch erfolgen, jedoch auch manuell durch den Nutzer vorgenommen werden. Das rechnergesteuerte Werkzeug 120 empfängt von der Rechnereinheit 115 die zur Herstellung des dreidimensionalen Objekts 200 erforderlichen Ansteuerdaten. Somit kann das rechnergesteuerte Werkzeug 120 bzw. die zum rechnergesteuerten Werkzeug gehörige Unterlage 125 den Umriss des zweidimensionalen Objekts 180 aus dem Rohling 135 ausschneiden und danach die vom Benutzer zuvor vorbestimmte Höhe des herzustellenden dreidimensionalen Objekts 200 abfräsen. Das rechnergesteuerte Werkzeug 120 kann dabei als Fräse, als mechanisches Schneidwerkzeug oder als Laserschneidwerkzeug ausgestaltet sein. Je nach Anforderung an die Größe oder die Oberfläche des auszuschneidenden dreidimensionalen Objekts 200 kann auch eine Kombination der zuvor erwähnten Werkzeuge erwähnt werden. Nachdem das rechnergesteuerte Werkzeug 120 gemäß der übermittelten Ansteuerdaten den Umriss des zweidimensionalen Objekts 180 aus dem Rohling 135 ausgeschnitten und seine Höhe gemäß der zuvor getätigten Benutzereingabe abgetragen hat, ist der Herstellungsschritt beendet.
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2 zeigt ein Flussdiagramm, das den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf verdeutlicht.
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In einem ersten Schritt 1 wird der Umriss eines zweidimensionalen Objekts mittels einer Aufnahmeeinheit 105 aufgenommen. In einem Speicherschritt 2 wird der Umriss des zweidimensionalen Objekts 180 als eine Grafik 150 mittels einer Speichereinheit 110 gespeichert. In einem dritten Schritt 3 wird die Grafik 150 in Ansteuerdaten mittels einer Rechnereinheit 115 umgerechnet. In einem Ausschneideschritt 4 wird das dreidimensionale Objekt 200 aus einem Rohling 135 in Abhängigkeit von den Ansteuerdaten mittels eines rechnergesteuerten Werkzeugs 120 ausgeschnitten. Schließlich wird in einem Abtrageschritt 5 der Rohling 135 auf eine vorbestimmte Höhe mittels des rechnergesteuerten Werkzeugs 120 abgetragen.
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In 3 ist ein externes Gerät 300 dargestellt. Das externe Gerät 300 kann als Smartphone oder als Tablet PC ausgeführt sein. Es ist, wie die Vorrichtung 100, mit einem Touchscreen 130 und mit weiteren Bedienelementen 140 ausgestattet. Des Weiteren weist es eine Schnittstelle 370 auf, mit der es mit der Vorrichtung 100 kommunizieren kann. Das externe Gerät 300 kann dazu verwendet werden, die zu Herstellung dreidimensionaler Objekte 200 notwendigen Angaben, wie beispielsweise das Verändern oder Skalieren bzw. das Bestätigen der Vektorgrafiken 150, an die Vorrichtung 100 zu senden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2003/0057609 A1 [0003]
