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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von Abweichungen in einem Herstellungsprozess eines Gegenstands. Mit dem Verfahren kann eine erweiterte grafische Darstellung und Manipulation von Abweichungen in der 3D Koordinatenmesstechnik erfolgen.
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Die Darstellung von CAD-Modellen erfolgt derzeit herkömmlich auf Bildschirmen oder Ausdrucken in 2D- oder 3D-Darstellung. Die Abweichungen zur Sollkontur werden in der Regel als Abweichungsvektoren oder durch farbige Flächen dargestellt. Dies ist zum Beispiel bekannt aus https://jgarantmc.com/part-to-cad-comparison/.
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Sollen die Abweichungen zu Korrekturzwecken aufbereitet werden, benutzt man in der Regel Zeigergeräten wie Maus, Mousepad oder Touchscreen um die gewünschten Manipulationen zu definieren. Z.B. die Selektion von Korrekturbereichen. Da den Zeigergeräten die dritte Dimension fehlt, ist ein zügiges Arbeiten auf mehrfach gekrümmten Oberflächen häufig nicht möglich.
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In der
EP 2788714 A1 ist zum Beispiel bei einem Koordinatenmessgerät (nachfolgend auch KMG) eine Kamera vorgesehen, die ein Bild eines Objekts aufnimmt. Das Bild wird zur Bildung einer Punktwolke mit 3D Positionen von Zielpunkten eines Objekts verwendet. Die Kamera kann mit einem 3D Display kombiniert werden, zum Beispiel einer Virtual Reality Brille oder einem 3D Touchscreen, worauf die Punktwolke dargestellt wird. Ein Anwender kann auf dem 3D Touchscreen mit dem KMG zu vermessende Punkte auf der Oberfläche des Objekts auswählen. Das vorangehend genannte Problem wird aber dadurch nicht gelöst.
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Die industrielle Messtechnik ist ein wesentlicher Bestandteil bei der Produktion von Werkstücken. Die Qualitätssicherung ist auch nach den ISO 9000 Normungen unerlässlich, um Produkte auf den Markt zu bringen. Der Messprozess in der Industriellen Messtechnik ist an sich bereits eine Prozesskette. Die Ist-Oberfläche eines gefertigten Werkstücks wird mit Hilfe einen Messgerätes (insbesondere KMG), einer Steuerung, eines Computers und der entsprechenden Software punktweise ermittelt. Das Bestimmen der Koordinaten der Oberflächenpunkte erfolgt durch mechanisches Abtasten mit speziellen Sensoren oder durch bildgebende Verfahren. Die im ersten Schritt gewonnene Menge von Ist-Daten in Form von X-, Y-, Z-Koordinaten sind nicht geeignet, um einen Aussage über die Qualität des Werkstücks zu treffen. Die Qualität eines Werkstücks ist durch Sollmaße und die zugehörenden Toleranzen spezifiziert. Der Messprozess erfolgt zunehmend direkt in der Fertigungsumgebung, damit möglichst erst gar kein Ausschuss produziert wird. Bei einfachen Aufgaben, wie z.B. der Kontrolle eines Durchmessers, kann automatisch einen Gut-Schlecht-Entscheidung getroffen werden. Bei komplexen Teilen mit Freiformflächen, wie z.B. bei einer Turbinenschaufel, muss ein Mensch eine Bewertung durchführen, sobald ein Hinweis auf eine Toleranzüberschreitung vorliegt. Eine Turbinenschaufel kann je nach Größe mehrere zehntausend Euro kosten. Daher wird von Fall zu Fall entschieden, ob es sich um Ausschuss handelt, ob eine Nacharbeit möglich ist, oder ob eine Sonderfreigabe gemacht werden kann. Die Entscheidungen werden von zertifizierten Mitarbeitern getroffen. Es ist hierbei aber schwierig, schnell eine richtige Entscheidung zu treffen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lösung für vorangehend genannte Probleme anzugeben.
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Eine grundlegende Idee der Erfindung besteht in der Darstellung einer messtechnisch ermittelten Punktwolke und eines Vorgabe-Modells auf einer am Kopf und vor den Augen eines Nutzers befestigten 3D Anzeigeeinrichtung, insbesondere einer Virtual-Reality- oder Augmented-Reality-Anzeigeeinrichtung, womit Abweichungen zwischen der Punktwolke und eines Vorgabe-Modells ermittelt werden können. Die Punktwolke kann durch Kopf- oder Gestensteuerung manipuliert werden, um dem Vorgabe-Modell in einem gewünschten Ausmaß zu entsprechen. Anschließend kann ein Produktionsprozess so beeinflusst werden, dass Gegenstände mit gewünschter Gestalt erhalten werden.
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Die Erfindung erlaubt zusätzlich oder alternativ dazu die Aufbereitung und Präsentation von Status- und Qualitätsinformationen eines hergestellten Objekts, wie sie z.B. bei der Umsetzung der Ziele von der sog. „Industrie 4.0“ anfallen, in schneller und zielgerichteter Art und Weise, wodurch sich Rationalisierungsmöglichkeiten ergeben.
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Angegeben wird von der Erfindung insbesondere ein Verfahren nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Angegeben wird von der Erfindung ein Verfahren zur Korrektur von Abweichungen in einem Herstellungsprozess eines Gegenstands, aufweisend:
- a) Vermessen von Oberflächen-Koordinaten eines ersten Gegenstands
- b) dreidimensionales Darstellen von realen Messwerten, insbesondere Koordinatenmesswerten, aus dem Vermessen der Oberflächen-Koordinaten mit einer am Kopf befestigbaren oder befestigten Anzeigevorrichtung, in Form einer Punktwolke oder eines Punktenetzes, wobei die Anzeigevorrichtung eine Gesten- oder Kopfbewegungssteuerung (auch: Headtracking) zur Manipulation angezeigter Darstellungen aufweist,
- c) dreidimensionales Darstellen eines Vorgabe-Modells des Gegenstands mit der Anzeigevorrichtung,
- d) Vergleichen des Vorgabe-Modells mit der Punktwolke oder dem Punktenetz,
- e) Auswählen zumindest eines Bereiches aus der Punktwolke oder dem Punktenetz, der von dem Vorgabe-Modell abweicht,
- f) Manipulieren dieses Bereichs der Punktwolke oder des Punktenetzes mittels Gesten- oder Kopfbewegungssteuerung, sodass die Punktewolke oder das Punktenetz in diesem Bereich an das Vorgabe-Modell
- i) angeglichen, oder
- ii) angenähert, oder
- iii) über das Vorgabemodell hinaus bewegt wird, sodass die Punktewolke oder das Punktenetz in einer entgegengesetzten Richtung abweicht als zuvor,
- g) Übermitteln zumindest eines Wertes einer Abweichung zwischen der Punktwolke oder dem Punktenetz, die/das aus den realen Messwerten erhalten ist, und der/dem durch das Manipulieren erhaltenen Punktwolke/Punktenetz (auch:
- manipulierte(s) Punktewolke/Punktenetz), an eine computergesteuerte Produktionsmaschine oder eine Maschine zur Formwerkzeugherstellung oder Formwerkzeugbearbeitung, oder Übermitteln der/des durch das Manipulieren erhaltenen Punktwolke/Punktenetzes an die Produktionsmaschine oder an die Maschine zur Formwerkzeugherstellung oder Formwerkzeugbearbeitung,
- h) Herstellen eines weiteren Gegenstands in der Produktionsmaschine, oder Herstellen oder Nachbearbeiten eines Formwerkzeugs zur Herstellung des weiteren Gegenstands, wobei bei dem Herstellen des weiteren Gegenstands oder bei dem Herstellen oder Nachbearbeiten des Formwerkzeugs die Abweichung korrigiert oder kompensiert wird, oder die/das durch das Manipulieren erhaltene Punktwolke /Punktenetz zugrunde gelegt wird.
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Bei dem Zugrunde legen erfolgt das Herstellen oder Nachbearbeiten nach Vorlage der/des manipulierten Punktwolke /Punktenetzes. Hierbei wird der Gegenstand oder die Form bzw. deren Negativ an die/das manipulierte Punktwolke /Punktenetz angeglichen oder zumindest angenähert.
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Mit dem Verfahren werden in seiner allgemeinen oder in besonderen Ausführungsformen einer oder mehrere der folgenden Vorteile erzielt:
- - Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit vorhandenen KMG und deren Steuerungs- oder Messrechner durchgeführt werden, wobei eine erwähnte am Kopf befestigbare oder befestigte Anzeigevorrichtung (auch: Head Mounted Display ) zusätzlich eingesetzt und mit dem Steuerungs- oder Messrechner kombiniert wird. Dies ist besonders für kleinen oder mittelständigen Betriebe interessant, besonders im Bereich des Formenbaus, die keine eigene CAD (Computer Aided Design) Abteilung besitzen. Aber auch bei einer CAD-Abteilung kann mit den Möglichkeiten der Erfindung Zeit eingespart werden z.B. bei der Werkzeugkorrektur im Spritzgussbereich,
- - Durch eine Kombination von neuen Abweichungsdarstellungen und Handhabungsmöglichkeiten auf dreidimensional mit einem Head Mounted Display dargestellten Oberflächen ergeben sich wesentliche Vereinfachungen und Leistungssteigerungen.
- - In der Erfindung sind am Markt erhältliche Head Mounted Displays verwendbar, wie die Microsoft Hololens®. Eine erforderliche Rechenleistung für die holographische Darstellung wird z.B. bei Hololens® in einer speziellen Grafik-CPU erbracht, die in der Datenbrille integriert ist. Damit sind die o.a. in der Koordinatenmesstechnik eingesetzten Arbeitsrechner ausreichend für die neue Anwendung und es können auch vorhandene Rechner mit diesem System nachgerüstet werden.
- - beim der Prototypherstellung mit 3-D Druckern können Abweichungen schnell erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen getroffen werden. Unter den möglichen Abweichungen bei 3D-Druckererzeugnissen fallen zum Beispiel Schrumpfen, Durchhängen oder Verwinden der Teile.
- - Projected reality - Im Formenbau, speziell bei Großformen wie z.B. Formen für Karosserieteile, ist in der Regel ein Zyklus von zwei bis drei manuellen Nachbearbeitungen erforderlich, bis das geformte Blechteil die spezifizierte Qualität erreicht. Durch die Projektion der Abweichungen auf die Form kann ein großer Zeitaufwand bei der Lokalisierung der Bearbeitungsbereiche eingespart werden.
- - Möglichkeit des Glättens von Abweichungen für eine praxisgerechte Aufbereitung von CAD-Modellen, z.B. für den Formenbau oder 3D-Drucker,
- - 3D-Betrachtung und Bearbeitung von Abweichungen im Inneren von Werkstücken, ohne wie bisher komplexe Schnittebenen definieren zu müssen
- - Einfache Bearbeitung von Abweichungen durch Kopf- oder Gestensteuerung.
- - Auch in der Fertigung von Kleinserien mit 3D-Druckern können auf einfache Weise genauere Teile produziert werden. Dazu kann ein erster Prototyp erzeugt, gemessen und das CAD-Modell entsprechend korrigiert werden. Ziel dabei ist es, die Serienteile innerhalb einer vorgegebenen Toleranz zu fertigen.
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Der erwähnte Gegenstand ist ein beliebiger Gegenstand, der maschinell herstellbar ist. Im Rahmen des Vermessens von Oberflächenkoordinaten wird der Gegenstand auch als Werkstück bezeichnet. Der Gegenstand kann bereits durch einen Herstellungsprozess erhalten sein, bei dem erfindungsgemäß Abweichungen korrigiert werden sollen.
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Der weitere Gegenstand ist insbesondere ein Gegenstand, der keine Abweichungen innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen aufweist. Das hergestellte oder nachbearbeitete Formwerkzeug ist insbesondere eines, mit dem ein Gegenstand herstellbar ist, der keine Abweichungen innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen aufweist.
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Der Herstellungsprozess zur Herstellung des Gegenstands kann insbesondere ein Urformprozess, ein Umformprozess, ein Trennprozess oder ein Fügeprozess sein, beispielsweise ein Fügeprozess in einem 3D Drucker.
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Ein spezieller Herstellungsprozess, in dem das Verfahren angewandt werden kann, ist ein Spritzgießprozess. Bei einem Spritzgießprozess muss das Werkzeug oftmals in mehreren Iterationsschleifen optimiert werden, bevor die produzierten Teile in Toleranz sind. Dieses Problem kann mit der vorliegenden Erfindung verringert, durch weniger Iterationsschleifen, oder vermieden werden.
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In einer erwähnten Variante des Verfahrens wird ein Formwerkzeug zur Herstellung eines weiteren Gegenstandes hergestellt oder nachbearbeitet. In dieser Variante erfolgt verfahrensgemäß noch nicht zwingend die Herstellung eines weiteren Gegenstandes mit diesem hergestellten oder korrigierten Formwerkzeug, was aber ein optionaler Schritt des Verfahrens sein kann. In dieser Variante kann das Verfahren auch als Verfahren zur Herstellung oder Nachbearbeitung eines Formwerkzeugs bezeichnet werden. Ein nachzubearbeitendes Formwerkzeug ist insbesondere eines, mit dem der erste Gegenstand hergestellt wurde.
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Das Formwerkzeug ist insbesondere ein Formwerkzeug für das Spritzgießen von Kunststoff (Spritzformen). Bei der Fertigung von Kunststoffteilen werden bisher Spritzformen benutzt, die in der Regel in drei Schritten Prozesstauglich gemacht werden müssen, bis maßhaltige Kunststoffteile produziert werden können. Der Grund dafür ist ein Verformen der Kunststoffteile, wenn sie ausgeformt sind und sich abkühlen. D.h., auch wenn die Spritzform fehlerfrei ist, entstehen im ersten Schritt keine brauchbaren Kunststoffteile. Die Verformung ist oft nicht vorhersehbar, weil sie vom Material, von der Wandstärke und von der Gestalt der Werkstücke abhängt. Die Nacharbeit der Spritzformen erfolgt bisher durch speziell ausgebildeten Werkzeugmacher von Hand, oder durch CAD-Spezialisten mit CNC- Werkzeugmaschinen. Die Optimierungsschleifen sind zeit- und kostenaufwendig. Die vorliegende Erfindung unterstützt die o. a. Personen ganz erheblich in ihrer Aufgabe die Optimierungen durchzuführen. Die direkte dreidimensionale Volumendarstellung von Abweichungen erleichtert und verkürzt den Iterationsprozess. Ein realistisches Ziel dabei ist, die Anzahl der Schleifendurchgänge von drei auf zwei oder eins zu reduzieren. Ein Unterschied und Neuheit zu den bisherigen Methoden in der Messtechnik liegen darin, dass bei der 2D-Darstellung auf einem Bildschirm oder auf dem Papier eine Dimension fehlt, um direkt mit dem Werkstück vergleichbar zu sein. Außerdem erfordert das Manipulieren der Darstellung mit der Maus bei einer Darstellung auf einem Bildschirm mehr Zeitaufwand als mit Virtual Reality-Möglichkeiten.
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In einer speziellen Verfahrensvariante wird bei dem Herstellen oder Nachbearbeiten des Formwerkzeugs (kurz auch: Form) die Abweichung derart korrigiert, dass das neu hergestellte oder nachbearbeitete Formwerkzeug von dem Vorgabe-Modell eine Formabweichung aufweist, die in eine entgegengesetzte Richtung gerichtet ist wie die Abweichung. Der Betrag der Formabweichung und der Betrag der Abweichung können gleich sein oder nicht gleich sein. In dieser Variante kann bei dem Herstellen oder Nachbearbeiten des Formwerkzeugs eine Abweichung überkompensiert, in eine Gegenrichtung erzeugt oder in ihr Gegenteil verkehrt werden. D.h. das Formwerkzeug weist, als Negativform, eine Abweichung zu dem Vorgabe-Modell (bzw. dessen Negativ) auf, die der Abweichung zwischen der Punktwolke oder dem Punktenetz, die/das aus den realen Messwerten erhalten ist, und der/dem durch das Manipulieren erhaltenen Punktwolke/Punktenetz (bzw. der Abweichung zwischen geformtem Gegenstand und Vorgabemodell) entgegengesetzt ist. Wie oben erwähnt können sich Kunststoffteile, wenn sie ausgeformt abkühlen, wodurch eine Verformung entsteht, die nicht durch die Form vorgegeben sondern durch einen Abkühlungsprozess bedingt ist. Auch wenn also die Form der Vorgabe entspricht, die durch ein Modell gegeben ist, also eine exakte Negativform des Modells abbildet, kann der geformte Gegenstand von dem Modell aufgrund von nachträglichen Verformungen und/oder Schrumpfungen, die durch eine Abkühlung des geformten Materials hervorgerufen werden, von dem Vorgabemodell abweichen. Beispielsweise kann ein geformter Gegenstand nachträglich schrumpfen, was als Abweichung im erfindungsgemäßen Verfahren registriert wird, obwohl die Form ein exaktes Negativ des Vorgabemodells ist. In diesem Fall wird die Form so nachbearbeitet, dass sie größer ist als das Vorgabe-Modell, um die nachfolgende Schrumpfung eines geformten Gegenstandes zu antizipieren und zu kompensieren. Die Formabweichung der Form zu dem Vorgabe-Modell („größer“, „zu groß“) ist also in entgegengesetzte Richtung ausgebildet als die Abweichung des ersten Gegenstands von dem Vorgabe-Modell („kleiner“, „zu klein“). Dies stellt nur ein Beispiel einer Vielzahl Beispiele der Gegen- oder Überkompensation bei der Formbearbeitung dar. Ein weiteres Beispiel ist eine Krümmung, die ein erster Gegenstand gegenüber einem Vorgabe-Modell aufweist und die durch eine Krümmung der Form (an entsprechender Stelle) in eine Gegenrichtung kompensiert wird.
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Bei Schritt f) des Verfahrens werden Messwerte so manipuliert, dass im Produktionsprozess ein maßhaltiges Teil entsteht. Zuvor wurde bereits erwähnt, dass dem Schritt f) des Verfahrens die Punktewolke oder das Punktenetzes bei dem Manipulieren über das Vorgabemodell hinaus bewegt werden kann, sodass die Punktewolke oder das Punktenetz in einer entgegengesetzten Richtung abweicht als zuvor. Dies dient dem gleichen Zweck wie in den vorigen Absätzen erwähnt. Diese Maßnahme kann zusätzlich oder alternativ Anwendung finden, um den erwähnten Zweck zu erreichen. Auch diese Variante ist eine Art der Gegen- oder Überkompensation, um bei dem Herstellen oder Nachbearbeiten eines Formwerkzeugs unter Zugrunde legen der manipulierten Punktwolke/Punktenetzes zu einem Formwerkzeug zu gelangen, das eine Formänderung eines geformten Gegenstandes nach dem Formungsprozess, insbesondere bei Abkühlen, antizipiert.
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Das Punktenetz kann als Polygonnetz, insbesondere als Dreiecksnetz, oder Mesh ausgebildet sein.
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Eine durch Manipulation erhaltene Punktwolke wird auch als „manipulierte Punktwolke“ bezeichnet, ein durch Manipulation erhaltenes Punktnetz auch als „manipuliertes Punktnetz“.
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Das Manipulieren der Punktewolke oder des Punktenetzes erfolgt insbesondere durch Verschieben und/oder (örtliches) Verformen, um die Punktewolke/das Punktenetz an das Vorgabemodell anzugleichen. Ein Verformen kann in einem Bereich erfolgen, wo Abweichungen festgestellt wurden. Bei dem Manipulieren werden Punkte aus der Punktewolke oder Punkte oder Bereiche aus dem Punktenetz in Ihre Lage bzw. ihren Koordinaten verändert.
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Ein Angleichen an das Vorgabemodell schließt auch eine Annäherung der Punktewolke bzw. von Punkten der Punktewolke, oder des Punktenetzes an die Oberfläche des Vorgabe-Modells ein, ohne dass Punkte der Punktewolke oder Bereiche oder Punkte des Punktenetzes exakt auf oder in der Oberfläche positioniert werden müssen. Die Punktewolke oder das Punktenetz muss somit nach dem Manipulieren dem Vorgabe-Modell nicht exakt entsprechen. Der Begriff Angleichen umfasst ein Annähern und eine exakte Positionierung.
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Bei dem Manipulieren der Punktwolke/des Punktenetzes werden manipulierte bzw. verschobene Messwerte erhalten, die eine Abweichung zu den realen Messwerten aufweisen.
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Wenn ein Wert einer Abweichung an die Produktionsmaschine übermittelt wird, weist das Verfahren vorzugsweise auf:
- das Ermitteln zumindest eines Wertes einer Abweichung zwischen der Punktwolke oder dem Punktenetz, die aus den realen Messwerten erhalten ist, und der/dem durch das Manipulieren erhaltenen Punktwolke/Punktenetz.
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Die Herstellung weiterer Gegenstände in Schritt h) kann in einer Variante auf Basis des durch Manipulation erhaltenen Punktwolke oder des durch Manipulation erhaltenen Punktnetzes erfolgen, indem dieses als Vorgabe dem weiteren Produktionsprozess zugrunde gelegt wird. Es ist in diesem Fall nicht zwingend erforderlich, Abweichungen ihrem Wert nach zu ermitteln und zu übermitteln.
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In einer anderen Variante werden aber Abweichungen dem Wert nach ermittelt und diese Werte verwendet (in Form von Korrekturwerten) um bei dem Herstellen eines weiteren Gegenstandes diese zu korrigieren.
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Hierbei wird eine Abweichungsinformation erhalten. Der Wert der Abweichung kann ein Wert der Abweichung zwischen einem Messwert und einem manipulierten Messwert sein. Abweichungen können aber auch an beliebiger anderer Stelle der Punktewolke oder des Punktenetzes ermittelt werden, wenn beispielsweise eine Fläche durch die Punkte der Punktewolke hindurch gelegt wird, wie nachfolgend noch beschrieben, oder wenn zwischen benachbarten Punkten interpoliert wird und ein Interpolationspunkt gebildet wird, der dann als Ansatz- oder Bezugspunkt zur Ermittlung einer Abweichung verwendet werden kann.
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Mehrere Abweichungs-Werte an verschiedenen Stellen der Punktwolke oder des Punktenetzes, die/das aus den realen Messwerten erhalten ist, und des/der durch das Manipulieren erhaltenen Punktwolke/Punktenetzes können ermittelt werden, beispielsweise an benachbarten Stellen.
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Es kann durch die Punkte der Punktwolke oder des Punktenetzes wie erwähnt eine Oberfläche gelegt werden, Die Abweichung kann eine Abweichung, insbesondere ein Abstand zwischen Oberflächen sein, wobei eine Oberfläche die Oberfläche der Punktwolke oder des Punktenetzes ist, die aus den realen Messwerten erhalten ist, und eine weitere Oberfläche die Oberfläche der/des durch das Manipulieren erhaltenen Punktwolke/Punktenetzes ist. Ein Abstand zwischen Oberflächen, insbesondere ein bereichsweise Abstand in Form einer Ausstülpung oder Einbuchtung, kann als Abweichungsvolumen bezeichnet oder definiert werden. Abweichungsvolumen können mit der Erfindung dreidimensional durch halbtransparente Volumen dargestellt werden, sodass unmittelbar der Verlauf und die Größe der Abweichungen zu erkennen sind.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird durch die realen Messwerte der Punktewolke oder durch das Punktenetz, insbesondere durch Punkte des Punktenetzes, eine Oberfläche gelegt, sodass eine Oberflächendarstellung des Gegenstands erhalten wird, und die Verfahrensschritte d) -f) wie folgt sind:
- d) Vergleich des Vorgabe-Modells mit der Oberflächendarstellung,
- e) Auswahl zumindest eines Bereiches aus der Oberflächendarstellung, der von dem Vorgabe-Modell abweicht,
- f) Manipulieren dieses Bereichs der Oberflächendarstellung mittels Gesten- oder Kopfbewegungssteuerung, sodass reale Messwerte in diesem Bereich an das Vorgabe-Modell angeglichen oder angenähert werden,
und optional Ermitteln zumindest eines Wertes einer Abweichung zwischen der Oberflächendarstellung, und der manipulierten Oberflächendarstellung. Diese Abweichung kann in Schritt g) übermittelt werden, wenn das Herstellen weiterer Gegenstände auf Basis von Abweichungskorrekturen erfolgen soll.
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Das „Legen einer Oberfläche“ erfolgt auf rechnerische Art und Weise und nach Verfahren, die aus dem Bereich des Computer Aided Designs bekannt sind.
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Informationen, wie ein Wert der Abweichung oder eine durch Manipulieren erhaltene Punktewolke oder ein Punktenetz, können über eine Datenübertragungseinrichtung an die computergesteuerte Produktionsmaschine übermittelt werden. Hierbei kann eine drahtgebundene oder drahtlose Datenübertragungseinrichtung verwendet werden.
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In einer Ausführungsform erfolgt die vorangehend genannte Übermittlung automatisiert. Es kann der Produktionsmaschine und den damit hergestellten Gegenständen ein Identifikationsmerkmal zugeordnet sein, beispielsweise ein QR-Code. Der in dem Verfahren in Schritt a) zugrunde gelegte Gegenstand weist dann dieses Identifikationsmerkmal auf, aus welchem erkennbar ist, mit welcher Produktionsmaschine er hergestellt wurde. Mit Hilfe des Identifikationsmerkmals kann die Übermittlung an die Produktionsmaschine erfolgen, mit der der Gegenstand hergestellt wurde und in Schritt h) damit weitere Gegenstände produziert werden.
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In einer Ausführungsform erfolgt das Vermessen von Oberflächen-Koordinaten des Gegenstands in Schritt a) mehrfach und es werden die realen Messwerte aus mehreren Vermessungen statistisch gemittelt und daraus in Schritt b) eine gemittelte Punktwolke oder ein gemitteltes Punktenetz erhalten, die/das in den weiteren Verfahrensschritten zugrunde gelegt wird. Es können somit in dem Verfahren Messwerte aus einer Messung oder statistische Messergebnisse dargestellt und dem weiteren Verfahren zugrunde gelegt werden. In der Fertigung können aktuelle Messergebnisse oder die statistische Daten für jede Arbeitsfolge einfach und schnell abgerufen werden.
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In einer Ausführungsform erfolgt das Vermessen von Oberflächen-Koordinaten des Gegenstands mit einem taktil oder optisch messenden Koordinatenmessgerät, einem Computertomographen oder mit einem optischen Oberflächenvermessungsgerät, beispielsweise einem Streifenlichtprojektor.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens werden solche Werte von Abweichungen außer Acht gelassen, die unterhalb eines definierten Mindestwerts liegen. Werte unterhalb des Mindestwerts, oder Grenzwerts, stellen Werte an Abweichungen dar, die noch tolerabel sind. In dieser Ausführungsform werden als nicht relevant betrachtete Abweichungen entfernt bzw. nicht berücksichtigt und dadurch ein unerwünschtes Überkorrigieren von Korrekturdaten verhindert. Das Verfahren bietet auch ansonsten generell die Möglichkeit der Kontrolle durch den Benutzer im Einzelfall, wo eine Korrektur vorgenommen werden soll oder nicht.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das dreidimensionale Darstellen als Projektion, Pixeldarstellung oder Hologramm. Am Kopf befestigbare Anzeigevorrichtungen mit einer Gesten oder Kopfbewegungssteuerung (auch: Headtracking) sind allgemein aus dem Stand der Technik bekannt. Ein mögliches Produkt ist die Microsoft Hololens®. Mit einer Datenbrille wie z.B. Hololens® oder ähnlichen Geräten besteht die Möglichkeit, Gegenstände in ihrer Umgebung dreidimensional graphisch darzustellen und über Headtracking, Gestenerkennung oder einem Grafiktablett dreidimensional zu manipulieren.
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Bei dem Darstellen des Vorgabe-Modells und der Punktwolke, oder des Punktenetzes, mit der Anzeigeeinrichtung können eine oder mehrere Abweichungen zwischen dem Vorgabe-Modell und der Punktwolke oder dem Punktenetz dargestellt oder hervorgehoben werden, um diese besser vergleichen zu können. Vorzugsweise erfolgt dies durch eine farbliche Darstellung oder Hervorhebung.
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Durch die Anzeigeeinrichtung wir oben definiert lassen sich, auch unabhängig von dem beanspruchten Verfahren, folgende Maßnahmen durchführen und Vorteile erzielen:
- - Unterstützung und Beschleunigung bei der Programmerstellung von CNC-Abläufen. Beispiele: Darstellung kleiner Details, Antasten bei großer Eintauchtiefe, einfaches Betrachten von allen Seiten, erweiterte Beobachtung im Simulationsbetrieb mit realistischen 3D-Ansicht von Werkstück, Taststiftkombination, Spannmittel und KMG.
- - Einfache Definition der Messaufgaben durch Zuordnung von Prüfmerkmalen (wie Durchmesser, Rundheit) aus einer virtuellen Auswahl an Prüfmerkmalen an die Punktwolke oder das Punktenetz. Das Prüfmerkmal ist beispielsweise eine geometrische Form, wie ein Zylinder, der mit der Punktwolke oder dem Punktenetz überlagert werden kann.
- - Unterstützung bei der Zusammenstellung der Taststiftkombination und/oder der Aufspannhilfsmittel aus virtuellen Auswahl-Darstellungen („Baukästen“) mit Tastern und Spannmitteln.
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Nachfolgend wir die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt:
- 1 einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Verfahrensablauf aufgezeigt. Mit dem Koordinatenmessgerät 1 wird der erste Gegenstand 2, hier in Form eines Würfels, vermessen. Das Koordinatenmessgerät 1 ist mit dem Messrechner 3 gekoppelt, an den die Anzeigevorrichtung 4 angekoppelt ist. Diese Anzeigevorrichtung 4 ist in Form einer 3D-Datenbrille ausgestaltet, die ein Benutzer des KMG 1 aufsetzen kann. Die Anzeigeeinrichtung 4 weist eine nicht näher dargestellte Einrichtung zur Gesten- oder Kopfbewegungssteuerung auf, womit gesehene Inhalte durch Gesten oder Kopfbewegung manipuliert werden können, beispielsweise verschoben oder verformt werden können.
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Aus dem Vermessen der Koordinaten des Gegenstands 2 erhaltene Messwerte sind in Schritt S2 in einer Punktwolke 5 dargestellt. Die Punktwolke 5 ist aus den einzelnen Messwerten gebildet und stellt somit die Form des Quaders 2 als Punktewolke dar. Beispielhafte Messwerte sind mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet. Zur Verdeutlichung sind gestrichelte Linien eingezeichnet, welche die Kanten darstellen, aber nicht Teil der Punktwolke sind und nur der Veranschaulichung dienen. Es ist aber möglich, durch bildbearbeitende Maßnahmen solche Hilfslinien oder Flächen, welche die Seitenflächen des Quaders bilden und in oder an welchen die Messwerte liegen, ebenfalls darzustellen. Die Punktwolke 5 wird in der Anzeigeeinrichtung 4 dreidimensional dargestellt und somit dem Benutzer direkt vor Augen geführt.
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In Schritt S3 wird ein Vorgabemodell 6, beispielsweise ein CAD-Modell des Gegenstands 2, ebenfalls auf der Anzeigeeinrichtung 4 dargestellt. Die Darstellungen aus Schritt S und Schritt S3 können übereinandergelegt werden. Es ergibt sich dann das Bild aus Schritt S4, bei dem ein Vergleich des Vorgabemodells 6 mit der Punktwolke 5 vorgenommen wird.
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In Schritt S4 ist die Punktwolke 5 anhand der gestrichelten Kantenlinien dargestellt, um die Darstellung übersichtlicher zu machen. Es ist in Schritt S4 erkennbar, dass die Punktwolke 5 und das Vorgabemodell 6 voneinander abweichen. Zu anschaulichen Zwecken ist die Abweichung extrem dargestellt und fällt in der Praxis in der Regel geringer aus. Zwei Kantenlängen des Gegenstands 2, in x- und y- Richtung nach oben angegebenem Koordinatensystem, sind kürzer als in dem Vorgabemodell 6.
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Anschließend wird die Punktwolke 5 manipuliert und in Schritt S5 und S6 ein Bereich der Punktwolke ausgewählt und dieser Bereich an das Vorgabemodell 6 angeglichen, bis die Punktwolke 5 und das Vorgabemodell 6 zur Deckung gebracht sind, was in 1 rechts unten dargestellt ist. Statt eines Angleichens kann eine Annäherung erfolgen, bis eine Abweichung innerhalb einer vorgegebenen Toleranz ist.
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Die Punktwolke 5 kann als Oberflächendarstellung vorliegen, wenn durch die Punkte Oberflächen gelegt wurden, um einen grafisch dargestellten geschlossenen Körper zu schaffen. Anders ausgedrückt liegt die Punktwolke dann auch in Form eines Quaders vor, der in x- und y-Richtung andere Kantenlängen aufweist als das Vorgabemodell 6. Eine Manipulation kann entsprechend an diesem aus der Punktwolke erhaltenen Quader vorgenommen werden.
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Die Darstellungen in Schritt S4, S5 und S6, wie in 1 gezeigt, erfolgen auf der Anzeigeeinrichtung 4. Die Manipulation in Schritt S6 erfolgt mittels einer Kopf- oder Gestensteuerung, insbesondere mit der Hand.
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In Schritt S7 werden die Kantenlängenabweichungen ΔX und ΔY dem Wert nach ermittelt. Generell können Schritte in dem Verfahren mehr oder weniger zeitgleich erfolgen. Wo sinnvoll, können Reihenfolgen von Schritten auch geändert werden. Beispielsweise kann Schritt S7 auch vor Schritt S5 und S6, insbesondere auch zeitgleich mit Schritt S4, stattfinden.
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Die in Schritt S7 ermittelten Abweichungswerte ΔX und ΔY werden in Schritt S8 an die Produktionsmaschine 7 übermittelt, was durch eine Datenübertragungseinrichtung 8 von dem Messrechner 3 des Koordinatenmessgeräts 1 zu der Produktionsmaschine 7 erfolgt. Die Datenübertragungseinrichtung 8 kann eine kabel- oder funkbasierte Datenübertragungsleitung sein.
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In der Produktionsmaschine 7 wird der Produktionsprozess korrigiert, also die Kantenlängen in x- und y-Richtung auf Basis der festgestellten Abweichungen ΔX und ΔY korrigiert und es werden in Schritt S9 weitere Gegenstände 2' hergestellt, die gegenüber Gegenstand 2 korrigiert sind. Gegenstand 2 entstammte auch der Produktionsmaschine 7 bzw. war von dieser hergestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Koordinatenmessgerät
- 2,2'
- Gegenstand
- 3
- Messrechner
- 4
- Anzeigevorrichtung
- 5
- Punktwolke
- 6
- Vorgabemodell
- 7
- Produktionsmaschine
- 8
- Datenübertragungseinrichtung
- ΔX
- Kantenlängenabweichung
- ΔY
- Kantenlängenabweichung
- S1-S9
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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