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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Faseneigenschaft einer Werkstückfase sowie ein Programm. Auch beschrieben wird eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung.
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Bei der Vermessung von Werkstücken, beispielsweise im Rahmen einer Qualitätskontrolle, kann es erforderlich sein, Eigenschaften einer Fase des Werkstückes zu bestimmen. So kann es beispielsweise möglich sein, dass ein Prüfkriterium in Abhängigkeit der Faseneigenschaft ausgewertet wird. Somit kann die Faseneigenschaft einen Prüfparameter bilden. Beispielshafte Eigenschaften sind eine Raumlage der Fase, insbesondere im Werkstückkoordinatensystem, eine Fasenbreite und ein Fasenwinkel.
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Das Vermessen, also das Erzeugen von Messpunkten sowie deren Auswertung, ist insbesondere bei Fasen mit kleiner Dimension problematisch, da bei solchen Fasen nur wenig Messpunkte entlang der Fasenoberfläche erzeugt werden können. Weiter ist problematisch, dass eine Lagetoleranz von Raumlagen einer Fasenkante größer als die eigentliche Fasenbreite sein kann, was das Vermessen ebenfalls erschweren kann.
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Die WO 2017/ 121 468 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorgeben von Vorgabedaten für eine Vermessung eines zu vermessenden Werkstücks durch ein Koordinatenmessgerät, wobei die Druckschrift als Eigenschaft, die zur Festlegung von Prüfmerkmalen dient, Fasen mit bestimmten Fasenwinkeln offenbart. Weiter offenbart die Druckschrift die Anpassung von Hüllkurven oder Hüllflächen an Messergebnisse.
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Die
DE 43 25 269 A1 offenbart eine Anordnung zur koordinatenmäßigen Ermittlung der Lage von Strukturen, Kanten und Formelementen.
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Die
DE 10 2017 110 339 A1 offenbart ein computerimplementiertes Verfahren zur Vermessung eines Objekts aus einer digitalen Darstellung des Objekts.
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Die
DE 10 2007 003 891 A1 offenbart ein Verfahren zur Bearbeitung von Außenkonturen eines Werkstücks, insbesondere von Seitenflächen sowie Fasen- oder Kanten eines Werkstücks, vorzugsweise stab-, säulen- oder barrenartiger Grundgeometrie sowie eine entsprechende Bearbeitungsvorrichtung.
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Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Faseneigenschaft einer Werkstückfase sowie ein Programm zu schaffen, welche eine genaue und zuverlässige Bestimmung der Faseneigenschaft ermöglichen.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Faseneigenschaft einer Werkstückfase. Beispielhafte Faseneigenschaften wurden vorhergehend bereits erläutert. Selbstverständlich können jedoch noch weitere, von den genannten Eigenschaften verschiedene Faseneigenschaften durch das vorgeschlagene Verfahren bestimmt werden.
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In einem ersten Schritt, der auch als Messschritt bezeichnet werden kann, werden Messpunkte entlang mindestens einer Messbahn oder -trajektorie erzeugt, wobei die erste Messbahn über eine erste Fasenkante verläuft. Die erste Messbahn kann insbesondere eine vorbestimmte Länge aufweisen. Eine Fasenkante bezeichnet hierbei die Schnittlinie zweier Flächen, wobei eine der Flächen eine Fasenoberfläche ist. Die verbleibende Fläche kann insbesondere eine weitere Fläche des Werkstücks, beispielsweise eine Zylindermantelfläche, eine Seitenfläche oder eine Bodenfläche des Werkstücks, sein. Die Messpunkte werden hierbei entlang der Oberfläche des Werkstücks erzeugt. Insbesondere repräsentieren also Koordinaten der Messpunkte Koordinaten von Oberflächenpunkten des Werkstücks.
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Ein räumlicher Verlauf der ersten Messbahn kann hierbei in Abhängigkeit von vorbekannten Eigenschaften, insbesondere einer vorbekannten Raumlage, des Werkstücks und/oder der Fase bestimmt werden. Dies kann in einem Werkstückkoordinatensystem erfolgen. Die vorbekannte Eigenschaft kann hierbei eine geschätzte, insbesondere berechnete, weiter insbesondere eine nicht gemessene, Eigenschaft des Werkstücks sein. Beispielsweise kann die vorbestimmte Eigenschaft in Abhängigkeit von Konstruktionsinformationen, z.B. Konstruktionsdaten, des Werkstücks bestimmt werden. Auch kann die vorbestimmte Raumlage in Abhängigkeit einer bereits bestimmten oder vorbekannten Raumlage des Werkstücks in einem Koordinatensystem einer Messeinrichtung bestimmt werden, wobei die Messeinrichtung die Messpunkte erzeugt. Hierzu kann es erforderlich sein, eine Koordinatentransformation zwischen dem Werkstück-Koordinatensystem und dem Messeinrichtungs-Koordinatensystem (Geräte-Koordinatensystem) durchzuführen. Diese Transformation kann hierbei in einem Registrierungsschritt bestimmt werden.
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Insbesondere kann ein Startpunkt der ersten Messbahn und ein Endpunkt der ersten Messbahn derart gewählt werden, dass die erste Messbahn über die erste Fasenkante verläuft.
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Die Messeinrichtung zur Erzeugung der Messpunkte kann insbesondere eine sogenannte Koordinatenmesseinrichtung, die auch als Koordinatenmessgerät bezeichnet werden kann, sein. Die Messeinrichtung kann einen taktilen Sensor zur Erzeugung der Messpunkte oder einen optischen Sensor zur Erzeugung der Messpunkte umfassen. Entsprechende Messeinrichtungen und Sensoren sind dem Fachmann hierbei aus dem Stand der Technik bekannt.
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Dass die erste Messbahn über eine Fasenkante verläuft, kann insbesondere bedeuten, dass die erste Messbahn nicht parallel zur Fasenkante verläuft. Vorzugsweise beträgt ein Winkel zwischen der ersten Messbahn und der ersten Fasenkante 90°. Allerdings ist es auch vorstellbar, dass der Winkel zwischen Fasenkante und Messbahn in einem Bereich von 0 (ausschließlich) bis 180° (ausschließlich), bevorzugt in einem Bereich von 45° (einschließlich) bis 135° (einschließlich), liegt. Eine Eigenschaft, insbesondere eine Länge und/oder Lage und/oder ein Verlauf der ersten Messbahn, kann hierbei derart gewählt werden, dass die erste Messbahn über die erste Fasenkante, nicht aber über eine weitere Fasenkante verläuft.
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Erfindungsgemäß wird in einem Ausgleichs-Bestimmungsschritt mindestens ein unangepasstes Ausgleichselement für die Messpunkte der ersten Messbahn bestimmt. Wie nachfolgend noch näher erläutert, kann das Ausgleichselement insbesondere eine Ausgleichsgerade sein. Allerdings sind auch andere geometrische Ausgestaltungen des Ausgleichselements vorstellbar, beispielsweise ein Kreis oder eine Ellipse.
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Ein unangepasstes Ausgleichselement kann insbesondere ein Element bezeichnen, dessen geometrische Form derart gewählt wird, dass eine von Null verschiedene minimale Abweichung zwischen den ohne Fehlern erzeugten Messpunkten und dem unangepassten Ausgleichselement existiert, wenn Eigenschaften oder Parameter des Ausgleichselements derart optimiert wurden, dass die Abweichung zwischen Ausgleichselement und fehlerfrei erzeugten Messpunkten minimal ist. Die geometrische Form bezeichnet insbesondere die Form als Gerade, die Kreisform, die Ellipsenform oder eine weitere geometrische Form.
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So kann ein unangepasstes Ausgleichselement ein Ausgleichselement sein, welches eine von Null verschiedene Abweichung von einem Soll-Verlauf der ersten Messbahn aufweist, wenn Parameter des Ausgleichselements derart gewählt wurden, dass diese Abweichung minimiert wurde. Der Soll-Verlauf der ersten Messbahn können beispielsweise aus Konstruktionsdaten des Werkstücks, insbesondere CAD-Daten, bestimmt werden.
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Insbesondere kann das unangepasste Ausgleichselement keinen geknickten Verlauf aufweisen und kann somit nicht zwei gerade Teilabschnitte, die abgewinkelt zueinander angeordnet sind, umfassen oder daraus bestehen.
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Das unangepasste Ausgleichselement, insbesondere Eigenschaften des unangepassten Ausgleichselement wie dessen Raumlage und/oder dessen räumlicher Verlauf, kann derart bestimmt werden, dass es die Messpunkte der ersten Messbahn möglichst optimal approximiert. Mit anderen Worten kann das Ausgleichselement derart bestimmt werden, dass ein Abstand oder Abstände zwischen den Messpunkten und dem Ausgleichselement minimiert werden. Die Bestimmung eines entsprechenden Abstandsmaßes kann mit verschiedenen geeigneten Kostenfunktionen erfolgen. Eine Kostenfunktion kann beispielsweise die Summe der Abstände oder der quadrierten Abstände der Messpunkte von dem Ausgleichselement sein. Abstände können entlang einer senkrecht zum Ausgleichselement orientierten Verbindungslinie zwischen Messpunkt und Ausgleichselement oder entlang einer senkrecht zu einer Tangentialrichtung des Ausgleichselements im Schnittpunkt mit der Verbindungslinie orientierten Verbindungslinie gemessen werden. Mit weiter anderen Worten kann also ein bestpassendes unangepasstes Ausgleichselement bestimmt werden.
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Das unangepasste Ausgleichselement kann hierbei eine vorbestimmte Länge aufweisen.
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Weiter kann die mindestens eine Eigenschaft derart bestimmt werden, dass das Abstandsmaß/die Abstandsmaße minimiert wird/werden, insbesondere mit einem geeigneten Optimierungsverfahren, beispielsweise mit dem Verfahren der kleinsten Quadrate (Least-Squares-Verfahren). Selbstverständlich ist jedoch die Anwendung anderer Kostenfunktionen und Optimierungsverfahren zur Bestimmung des Ausgleichselements möglich.
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Die Messpunkte und das Ausgleichselement können in dem Geräte-Koordinatensystem oder dem Werkstück-Koordinatensystem bestimmt werden.
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Weiter wird die Raumlage der ersten Fasenkante in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen den Messpunkten der ersten Messbahn und dem derart bestimmten Ausgleichselement bestimmt. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die numerischen Werte der Abweichung zur Bestimmung der Raumlage quantitativ ausgewertet werden. Auch kann ein Verlauf der Abweichung entlang der Messbahn oder entlang des Ausgleichselements, also beispielsweise für jeden Messpunkt, bestimmt werden, wobei die Raumlage der ersten Fasenkante dann in Abhängigkeit dieses Verlaufs bestimmt wird.
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Somit kann als Faseneigenschaft also die Raumlage der ersten Fasenkante bestimmt werden.
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Es ist möglich, dass zusätzlich zur Abweichung auch die Lage der Messpunkte relativ zum Ausgleichselement bei der Bestimmung der Raumlage der ersten Fasenkante berücksichtigt wird, insbesondere ob ein Messpunkt in der von dem Ausgleichselement begrenzten ersten Raumhälfte liegt, in der auch die Soll-Position der Fasenkante oder in der dieser ersten Raumhälfte gegenüberliegenden Hälfte liegt.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfach zu implementierende, zuverlässige und genaue Bestimmung der Raumlage der ersten Fasenkante. Insbesondere ist es nicht erforderlich, eine komplizierte Bestimmung und Bewegung entlang der ersten Messbahn durchzuführen, um die Raumlage der ersten Fasenkante zu bestimmen.
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Zusammenfassend wird also ein in seiner geometrischen Form nicht an den Soll-Verlauf der ersten Messbahn angepasstes Ausgleichselement gewählt, wobei dessen Eigenschaften, insbesondere dessen Raumlage, aber dann derart gewählt wird/werden, dass es den Verlauf der Messpunkte entlang der ersten Messbahn möglichst gut approximiert (best-fit). Hiernach wird dann der Abstand der Messpunkte von dem derart bestimmten Ausgleichselement ausgewertet und genutzt, um die Lage der Fasenkante zu bestimmen. Hierbei ist die geometrische Form des Ausgleichselements nicht festgelegt, wobei jedoch das Ausgleichselement bzw. seine geometrische Form derart gewählt werden sollte, dass ein Abstand zwischen dem Ausgleichselement und den Messpunkten bestimmbar ist.
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Es ist auch möglich, dass in dem ersten Schritt Messpunkte entlang einer Messbahn oder -trajektorie erzeugt werden, wobei diese Messbahn sowohl über die erste Fasenkante als auch eine weitere Fasenkante verläuft. Weiter kann dann ein unangepasstes Ausgleichselement für die Messpunkte dieser Messbahn bestimmt werden, wobei die Raumlage der ersten Fasenkante und die Raumlage der weiteren Fasenkante in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen den Messpunkten dieser Messbahn und dem Ausgleichselement bestimmt wird. Mit anderen Worten können also die Raumlagen der ersten als auch der weiteren Fasenkante in Abhängigkeit der Messpunkte, die entlang der Messbahn erzeugt wurden, und ihrer Abweichung vom dem unangepassten Ausgleichselement bestimmt werden. Die Bestimmung kann durch geeignete Berechnungsmethoden erfolgen, wobei insbesondere auch Toleranzen zu berücksichtigen sind. Beispielsweise können die Lagen der beiden Messpunkte, die die größten Abweichungen von dem Ausgleichselement aufweisen, als Raumlagen der ersten und der weiteren Fasenkante bestimmt werden.
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Auch ist es möglich, die Messbahn in mindestens zwei Bahnbereiche zu unterteilen. Eine Eigenschaft eines Bahnbereichs, z.B. eine Lage und/oder eine Länge und/oder ein Verlauf, kann hierbei vorbestimmt sein. Auch kann eine Eigenschaft manuell, z.B. durch einen Nutzer, oder automatisch, beispielsweise durch ein entsprechendes Auswertungsverfahren, einstellbar sein.
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Weiter kann die Raumlage der ersten Fasenkante in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen den Messpunkten eines ersten Bahnbereichs und dem Ausgleichselement bestimmt werden. Ebenfalls kann die Raumlage der weiteren Fasenkante in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen den Messpunkten eines weiteren Bahnbereichs und dem Ausgleichselement bestimmt werden. Hierbei wird/werden die Eigenschaften) der Bahnbereiche insbesondere derart bestimmt, dass die Messbahn im ersten Bahnbereich über die ersten Fasenkante und im weiteren Bahnbereich über die weitere Fasenkante verläuft. Vorzugsweise wird/werden die Eigenschaft(en) der Bahnbereiche derart bestimmt, dass die Messbahn im ersten Bahnbereich nicht über die weitere Fasenkante und im weiteren Bahnbereich nicht über die erste Fasenkante verläuft.
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Auch ist es möglich, dass ein erstes unangepasstes Ausgleichselement für die Messpunkte eines ersten Bahnbereichs bestimmt wird, wobei die Raumlage der ersten Fasenkante in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen den Messpunkten dieses ersten Bahnbereichs und dem ersten Ausgleichselement bestimmt wird. Ebenso kann ein weiteres unangepasstes Ausgleichselement für die Messpunkte eines weiteren Bahnbereichs bestimmt werden, wobei die Raumlage der weiteren Fasenkante in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen den Messpunkten dieses weiteren Bahnbereichs und dem weiteren Ausgleichselement bestimmt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Ausgleichselement eine Gerade. Dies wurde vorhergehend bereits erläutert. Eigenschaften eines solchen Ausgleichselements können insbesondere ein Stützpunkt, eine Steigung und eine Orientierung der Geraden sein.
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Verläuft die erste Messbahn über die erste Fasenkante, so wird die Messbahn einen abgeknickten oder gekrümmten Verlauf aufweisen. Das Ausgleichselement als Gerade zu wählen, bedeutet somit, eine an den tatsächlichen Verlauf der Messbahn unangepasste geometrische Form des Ausgleichselements zu wählen. Das Ausgleichselement wird hierbei also derart gewählt, dass es nicht an den Soll-Verlauf der Messbahn, also einen Verlauf der Messpunkte, wenn diese fehlerfrei, d.h. in einer idealen Messung, erfasst werden, angepasst ist.
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Im Falle einer Geraden sind somit zumindest einige der Messpunkte der ersten Messbahn von dem Ausgleichselement beabstandet angeordnet. Hierbei ist anzunehmen, dass Messpunkte, die im Bereich der Kante, also an oder auf der Kante, erzeugt wurden, weiter von dem als Geraden ausgebildeten Ausgleichselement beabstandet sind als Messpunkte, die weiter entfernt von der Kante erzeugt wurden. Somit kann die Raumlage der Fasenkante dann in Abhängigkeit der Raumlage der Messpunkte bestimmt werden, die den größten Abstand von dem Ausgleichselement aufweisen. Allerdings ist es nicht zwingend, dass, wie nachfolgend noch näher erläutert, zwingend der Messpunkt mit dem maximalen Abstand von dem Ausgleichselement die Raumlage der Kante festlegt.
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Es ist z.B. vorstellbar, dass als Raumlage der Fasenkante ein Mittelpunkt aller Messpunkte bzw. ihrer Koordinaten bestimmt wird, deren Abstand zum Ausgleichselement größer als 80 %, 90 % oder 95 % des maximalen Abstands ist. Auch kann die Raumlage der Fasenkante in Abhängigkeit von mit einem Abstandsmaß gewichteten Koordinaten der Messpunkte bestimmt werden, wobei die zur Bestimmung der Raumlage genutzten Messpunktkoordinaten umso stärker gewichtet werden, je höher der Abstand des entsprechenden Messpunkts von dem Ausgleichselement ist.
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Hierbei können diese Messpunkte jedoch nur dann berücksichtigt werden, wenn sie in der vorhergehend erläuterten ersten Raumhälfte liegen.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfach zu implementierende und - wie vorhergehend erläutert - zuverlässige und genaue Bestimmung der Raumlage der ersten Fasenkante, insbesondere da ein als Gerade ausgebildetes Ausgleichselement bzw. dessen Eigenschaften einfach und zuverlässig bestimmt werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform wird für jeden der Messpunkte jeweils ein Abstand zwischen dem Messpunkt und dem Ausgleichselement bestimmt, wobei als Raumlage der Fasenkante die Raumlage des Messpunkts bestimmt wird, dessen Abstand von dem Ausgleichselement maximal ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zeitlich schnelle und mit wenig Rechenaufwand zu implementierende Bestimmung der Raumlage der Fasenkante.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine Länge der ersten Messbahn in Abhängigkeit einer Lagetoleranz der Soll-Raumlage der ersten Fasenkante bestimmt. Alternativ oder kumulativ wird eine Länge der ersten Messbahn in Abhängigkeit einer Soll-Breite der Fase bestimmt.
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Beispielsweise kann die Länge der ersten Messbahn derart bestimmt werden, dass diese der Lagetoleranz der Soll-Raumlage entspricht oder um einen vorbestimmten Prozentsatz, beispielsweise um 10 % oder 20 %, länger als diese Lagetoleranz ist.
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Auch kann die Länge der ersten Messbahn derart bestimmt werden, dass diese der Soll-Breite entspricht oder um einen vorbestimmten Prozentsatz, beispielsweise um 10 % oder 20 %, länger als diese Soll-Breite ist.
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Auch kann die Länge der ersten Messbahn derart bestimmt werden, dass diese der Summe aus Lagetoleranz und Soll-Breite entspricht oder um einen vorbestimmten Prozentsatz, beispielsweise um 10 % oder 20 %, länger als dieses Maß ist.
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Auch kann die Länge der ersten Messbahn derart bestimmt werden, dass diese nicht länger als ein vorbestimmtes Vielfaches der Lagetoleranz oder der Soll-Breite oder Summe aus Lagetoleranz und Soll-Breite ist, beispielsweise nicht länger als das 1,5fache dieses Maßes.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der Bestimmung der Raumlage, da durch die Wahl der Länge mit höherer Wahrscheinlichkeit sichergestellt werden kann, dass die Messbahn über die erste Fasenkante verläuft.
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In einer weiteren Ausführungsform werden Messpunkte entlang einer weiteren Messbahn erzeugt, wobei die weitere Messbahn über eine weitere Fasenkante verläuft, wobei ein weiteres unangepasstes Ausgleichselement für die Messpunkte der weiteren Messbahn bestimmt wird. Weiter wird die Raumlage der weiteren Fasenkante in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen den Messpunkten der weiteren Messbahn und dem weiteren Ausgleichselement bestimmt. Hierbei gelten die vorhergehend erläuterten Aspekte zur Bestimmung der Raumlage der ersten Fasenkante in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen den Messpunkten der ersten Messbahn und dem Ausgleichselement in entsprechender Weise auch für die Bestimmung der Raumlage der weiteren Fasen.
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Vorzugsweise liegen die erste Messbahn und die weitere Messbahn in einer gemeinsamen Messebene, wobei ein Normalenvektor der Messebene senkrecht zum Normalenvektor der Fasenoberfläche orientiert sein kann. Auch kann die Messebene senkrecht zur ersten und/oder weiteren Fasenkante, insbesondere zum Soll-Verlauf der Fasenkante(n), orientiert sein.
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Die weitere Messbahn kann hierbei den Verlauf der ersten Messbahn fortsetzen, insbesondere die gleiche Orientierung aufweisen. Allerdings ist es auch möglich, dass die erste und die weitere Messbahn sich unter einem Winkel schneiden, der von 0° oder 180° verschieden ist, und somit verschiedene Orientierungen aufweisen.
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Eine Eigenschaft, insbesondere eine Länge und/oder Lage und/oder ein Verlauf der weiteren Messbahn, kann hierbei derart gewählt werden, dass die weitere Messbahn über die weitere Fasenkante, nicht aber über die erste Fasenkante verläuft.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Verfahren ein computerimplementiertes Verfahren. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.
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Weiter vorgeschlagen wird ein Programm, welches, wenn es auf oder durch einen Computer ausgeführt wird, den Computer bzw. die Recheneinrichtung bzw. die Vorrichtung zur Datenverarbeitung veranlasst, einen, mehrere oder alle Schritte des in dieser Offenbarung dargestellten Verfahrens zur Bestimmung einer Faseneigenschaft einer Werkstückfase durchzuführen.
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Ein Computer kann hierbei jede Art von Datenverarbeitungsgerät sein, insbesondere aber eine der vorhergehend erläuterten Recheneinrichtung oder eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung, insbesondere eine programmierbare Recheneinrichtung oder Vorrichtung zur Datenverarbeitung.
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Alternativ oder kumulativ wird ein Programmspeichermedium oder Computerprogrammprodukt beschrieben, auf oder in dem das Programm gespeichert ist, insbesondere in einer nicht vorübergehenden, z.B. in einer dauerhaften, Form. Alternativ oder kumulativ wird ein Computer beschrieben, der dieses Programmspeichermedium umfasst. Weiter alternativ oder kumulativ wird ein Signal beschrieben, beispielsweise ein digitales Signal, welches Informationen kodiert, die das Programm repräsentieren und welches Code-Mittel umfasst, die adaptiert sind, einen, mehrere oder alle Schritte des in dieser Offenbarung dargestellten Verfahrens zur Bestimmung einer Faseneigenschaft einer Werkstückfase durchzuführen. Das Signal kann ein physikalisches Signal, z.B. ein elektrisches Signal, sein, welches insbesondere technisch oder maschinell erzeugt wird.
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Weiter kann das Verfahren zur Bestimmung einer Faseneigenschaft einer Werkstückfase ein computerimplementiertes Verfahren sein. So können z.B. ein, mehrere oder alle Schritte des Verfahrens durch einen Computer ausgeführt werden. Eine Ausführungsform für das computerimplementierte Verfahren ist die Benutzung des Computers zur Durchführung einer Datenverarbeitungsmethode. Der Computer kann z.B. zumindest eine Recheneinrichtung, insbesondere einen Prozessor, und z.B. zumindest eine Speichereinrichtung umfassen, um die Daten, insbesondere technisch, zu verarbeiten, z.B. elektronisch und/oder optisch. Ein Prozessor kann ein halbleiterbasierter Prozessor sein.
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Weiter beschrieben wird ein Computerprogramm oder ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, einen, mehrere oder alle Schritte des in dieser Offenbarung dargestellten Verfahrens zur Bestimmung einer Faseneigenschaft einer Werkstückfase auszuführen. Weiter beschrieben wird ein computerlesbares (Speicher-)Medium, umfassend derartige Befehle. Weiter beschrieben wird ein computerlesbarer Datenträger, auf dem das Computerprogramm (Produkt) gespeichert ist.
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Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Faseneigenschaft einer Werkstückfase, wobei die Vorrichtung eine Eingangsschnittstelle zum Empfang von Messpunkten, insbesondere den entlang der mindestens ersten Messbahn erzeugten Messpunkten, und mindestens eine Auswerteeinrichtung umfasst. Die Auswerteeinrichtung kann als Recheneinrichtung und Vorrichtung zur Datenverarbeitung ausgebildet sein. Insbesondere kann die Auswerteeinrichtung als Mikrocontroller oder integrierte Schaltung, beispielsweise als FPGA, ausgebildet sein oder einen solchen umfassen.
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Erfindungsgemäß ist mittels der Auswerteeinrichtung ein unangepasstes Ausgleichselement für die Messpunkte der ersten Messbahn und die Raumlage der ersten Fasenkante in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen den Messpunkten der ersten Messbahn und dem Ausgleichselement bestimmbar. Die Auswerteeinrichtung kann hierbei insbesondere derart ausgebildet bzw. konfiguriert sein, dass die erläuterte Bestimmung mittels der Auswerteeinrichtung möglich ist.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung dient in vorteilhafter Weise zur Durchführung eines in dieser Offenbarung beschriebenen Verfahrens. Insbesondere kann die Vorrichtung somit derart konfiguriert bzw. ausgebildet sein, dass ein Verfahren gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen mittels der Vorrichtung durchführbar ist.
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Weiter beschrieben wird eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung, umfassend Mittel zur Durchführung der Schritte eines Verfahrens zur Bestimmung einer Faseneigenschaft einer Werkstückfase gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsform.
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Weiter beschrieben wird ein Koordinatenmessgerät, wobei das Koordinatenmessgerät eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Faseneigenschaft einer Werkstückfase und/oder eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen umfasst. Insbesondere können mit dem Koordinatenmessgerät Messpunkte entlang der erläuterten Messbahnen erzeugt werden.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Fase eines Werkstücks,
- 2 eine schematische Ansicht einer ersten Messbahn und eines ersten unangepassten Ausgleichselements,
- 3 eine schematische Ansicht einer weiteren Messbahn und eines weiteren unangepassten Ausgleichselements,
- 4 eine schematische Darstellung von Abweichungen zwischen Messpunkten und einem Ausgleichselements,
- 5 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform,
- 6 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren Ausführungsform, und
- 7 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Werkstückfase 1 eines Werkstücks 2. Die Werkstückfase 1 weist eine erste Fasenkante 3 und eine weitere Fasenkante 4 auf. Die erste Fasenkante 3 wird gebildet als Schnittlinie einer ersten Oberfläche 5 des Werkstücks 2 und der Fasenoberfläche 6. Die zweiten Fasenkante 4 wird gebildet als Schnittlinie zwischen der Fasenoberfläche 6 und einer weiteren Oberfläche 7 des Werkstücks, wobei die weitere Oberfläche 7 von der ersten Oberfläche 5 verschieden ist, insbesondere einen von dem Normalenvektor der ersten Oberfläche 5 verschiedenen Normalenvektor aufweist.
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Die Oberflächen 5, 6, 7 können insbesondere ungekrümmte, also plane, Oberflächen sein.
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines Werkstücks 2, der Werkstückfase 1, der ersten Oberfläche 5, der Fasenoberfläche 6 und der ersten Fasenkante 3. Weiter dargestellt sind Messpunkte MP, die entlang einer ersten Messbahn MB1 erzeugt wurden. Die erste Messbahn MB1 verläuft hierbei entlang der ersten Oberfläche 5 über die erste Fasenkante 3 und entlang der Fasenoberfläche 6 bis zur zweiten Fasenkante 4. Mit einem Pfeil 8 ist symbolisch eine Richtung der ersten Messbahn MB1 dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber ist nur einer der Messpunkte MP mit einem Bezugszeichen versehen.
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In 2 ist dargestellt, dass die Messpunkte MP fehlerfrei erfasste Messpunkte sind, wobei Koordinaten der Messpunkte den tatsächlichen Koordinaten von Punkten auf der ersten Oberfläche 5 bzw. der Fasenoberfläche entsprechen. In Realität kann aufgrund von Messfehlern nicht jeder Messpunkt MP die genaue Raumlage eines Punktes auf der ersten Oberfläche 5 oder auf der Fasenoberfläche 6 kodieren, sondern leicht davon abweichende Koordinaten.
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Ersichtlich ist weiter, dass der Verlauf der ersten Messbahn B1 mit den fehlerfrei erfassten Messpunkten MP ein geknickter Verlauf ist, wobei der Knick an der Stelle der ersten Fasenkante 3 angeordnet ist.
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Weiter dargestellt ist ein erstes unangepasstes Ausgleichselement 9, welches mit einer Strichlinie symbolisiert wird. Das erste Ausgleichselement 9 ist als Gerade ausgebildet und somit nicht an den geknickten Verlauf der von den fehlerfrei erfassten Messpunkten MP gebildeten ersten Messbahn MB1 angepasst.
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Eigenschaften bzw. Parameter dieses ersten unangepassten Ausgleichselements 9, insbesondere eine Raumlage und ein Verlauf oder diese kodierende Parameter, sind hierbei derart gewählt, dass die Abweichung zwischen Messpunkten MP der ersten Messbahn MB1 und dem Ausgleichselement 9 minimal ist. Die Abweichung kann durch eine Kostenfunktion repräsentiert sein, wobei die Eigenschaften/Parameter des ersten Ausgleichselements 9 derart bestimmt werden, z.B. durch ein geeignetes Optimierungsverfahren, dass diese Kostenfunktion minimal ist.
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Die Raumlage kann hierbei eine Position und/oder Orientierung in einem Koordinatensystem, insbesondere einem Referenzkoordinatensystem, bezeichnen. Das Referenzkoordinatensystem kann insbesondere ein Koordinatensystem der Messeinrichtung oder ein Werkstückkoordinatensystem sein.
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Für jeden der Messpunkte MP kann dann jeweils ein Abstand zwischen dem jeweiligen Messpunkt MP und dem ersten Ausgleichselement 9 bestimmt werden. Hierbei ist der Übersichtlichkeit halber nur der maximale Abstand Dmax zwischen einem maximalabstandsspezifischen Messpunkt MPmax und dem ersten unangepassten Ausgleichselement 9 dargestellt.
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Als Raumlage der ersten Fasenkante 3 kann dann die Raumlage dieses maximalabstandsspezifischen Messpunkts MPmax, also des Messpunkts MP bestimmt werden, dessen Abstand Dmax von dem ersten Ausgleichselement 9 maximal ist. Hierbei können dem Fachmann bekannte Abstandsmaße zur Bestimmung des Abstands zwischen einem Punkt und einer Geraden gewählt werden, insbesondere die Länge einer Verbindungslinie zwischen der Geraden und dem Messpunkt MP, wobei die Verbindungslinie senkrecht zu der Geraden orientiert ist.
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines Werkstücks 2, der Werkstückfase 1, der weiteren Oberfläche 7, der Fasenoberfläche 6 und der weiteren Fasenkante 4. Weiter dargestellt sind Messpunkte MP, die entlang einer weiteren Messbahn MB2 erzeugt wurden. Die weitere Messbahn MB2 verläuft hierbei entlang der weiteren Oberfläche 7 über die weitere Fasenkante 4 und entlang der Fasenoberfläche 6 bis zur ersten Fasenkante 3. Mit einem Pfeil 8 ist symbolisch eine Richtung der weiteren Messbahn MB2 dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber ist nur einer der Messpunkte MP mit einem Bezugszeichen versehen.
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Die weitere Messbahn MB2 kann hierbei insbesondere derart gewählt werden, dass sie über die weitere Fasenkante 4, nicht aber über die erste Fasenkante 3, verläuft.
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In 3 ist dargestellt, dass die Messpunkte MP fehlerfrei erfasste Messpunkte sind, wobei Koordinaten der Messpunkte den tatsächlichen Koordinaten von Punkten auf der weiteren Oberfläche 7 bzw. der Fasenoberfläche 6 entsprechen. In Realität kann aufgrund von Messfehlern nicht jeder Messpunkt MP die genaue Raumlage eines Punktes auf der weiteren Oberfläche 7 oder auf der Fasenoberfläche 6 kodieren, sondern leicht davon abweichende Koordinaten.
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Ersichtlich ist weiter, dass auch der Verlauf der weiteren Messbahn MB2 mit den fehlerfrei erfassten Messpunkten MP ein geknickter Verlauf ist, wobei der Knick an der Stelle der weiteren Fasenkante 4 angeordnet ist.
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Weiter dargestellt ist ein weiteres unangepasstes Ausgleichselement 10, welches mit einer Strichlinie symbolisiert wird. Das weitere Ausgleichselement 10 ist ebenfalls als Gerade ausgebildet und somit nicht an den geknickten Verlauf der von den fehlerfrei erfassten Messpunkten MP gebildeten weiteren Messbahn MB2 angepasst.
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Eigenschaften bzw. Parameter dieses weiteren unangepassten Ausgleichselements 10 ebenso wie beim ersten unangepassten Ausgleichselement 9 derart gewählt, dass die Abweichung zwischen Messpunkten MP der weiteren Messbahn MB2 und dem Ausgleichselement 10 minimal ist. Bezüglich der Bestimmung dieser Eigenschaft kann auf die Erläuterungen zur Bestimmung der Eigenschaften/Parameter des ersten unangepassten Ausgleichselements 9 verwiesen werden.
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Für jeden der Messpunkte MP kann dann jeweils ein Abstand zwischen dem jeweiligen Messpunkt MP und dem weiteren Ausgleichselement 10 bestimmt werden. Hierbei ist der Übersichtlichkeit halber nur der maximale Abstand Dmax zwischen einem maximalabstandsspezifischen Messpunkt MPmax und dem weiteren unangepassten Ausgleichselement 10 dargestellt.
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Als Raumlage der weiteren Fasenkante 3 kann dann die Raumlage dieses maximalabstandsspezifischen Messpunkts MPmax, also des Messpunkts MP bestimmt werden, dessen Abstand Dmax von dem weiteren Ausgleichselement 10 maximal ist.
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Weiter kann dann die Fasenbreite in Abhängigkeit der Raumlagen der maximalabstandsspezifischen Messpunkte MPmax, die entlang der ersten Messbahn MB1 und der weiteren Messbahn MB2 erzeugt wurden bestimmt werden, z.B. als Abstand zwischen diesen Messpunkten MPmax, insbesondere wenn die erste und die weitere Messbahn MB1, MB2 in einer Ebene liegen, die senkrecht zu den Fasenkanten 3, 4 orientiert ist oder deren Normalenvektor in einer von der Fasenoberfläche 6 festgelegten Ebene liegt.
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4 zeigt exemplarisch einen Verlauf der Abstände D von Messpunkten entlang einer Messbahn MB1, MB2 von dem entsprechend bestimmten, unangepassten Ausgleichselement 9, 10 (siehe 2 und 3). Die Abstände D sind hierbei vorzeichenbehaftet dargestellt.
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Erkennbar ist, dass der Abstandsverlauf einen gekrümmten Verlauf aufweist, was insbesondere von einem verwendeten Tastkugeldurchmesser abhängen kann.
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In Abhängigkeit der Raumlagen der Fasenkante 3, 4 kann dann -wie erläutert - auch eine Breite der Werkstückfase 1 bestimmt werden. Auch kann in Abhängigkeit der Raumlagen beider Fasenkanten 3, 4 ein Fasenwinkel, also ein Winkel zwischen der ersten Oberfläche 5 und der Fasenoberfläche 6 oder ein Winkel zwischen der Fasenoberfläche 6 und der weiteren Oberfläche 7 des Werkstücks 2 bestimmt werden.
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Tests haben gezeigt, dass die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Messgenauigkeiten sehr hoch sind. Auch konnte gezeigt werden, dass eine Faseneigenschaft, insbesondere eine Breite der Werkstückfase 1, mit einer gewünschten Reproduzierbarkeit bestimmt werden kann. So konnte festgestellt werden, dass Messergebnisse bei einer Vermessung einer Fase nur im Bereich zwischen 3 Mikrometer bis 8 Mikrometer variieren. Das Verfahren ist hierbei in vorteilhafter Weise für verschiedene Werkstücke und Fasenbreiten anwendbar und somit flexibel einsetzbar.
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In 5 ist ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. In einem ersten Schritt S1 werden Messpunkte MP entlang einer ersten Messbahn MB1 erzeugt, wobei die erste Messbahn MB1 über eine erste Fasenkante 3 verläuft (siehe 2).
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In einem zweiten Schritt S2 wird ein erstes unangepasstes Ausgleichselement 9 für die Messpunkte MP der ersten Messbahn MB1 bestimmt. Dies wurde vorhergehend erläutert. In einem dritten Schritt S3 wird dann die Raumlage der ersten Fasenkante 3 in Abhängigkeit der Abweichung zwischen den Messpunkten MP der ersten Messbahn MB1 und dem Ausgleichselement 9 bestimmt.
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6 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren Ausführungsform. Hierbei entsprechen ein erster, ein zweiter und ein dritter Schritt S1, S2, S3 den in 5 dargestellten Schritten S1, S2, S3. In einem vierten Schritt S4 werden Messpunkte MP entlang einer weiteren Messbahn MB2 erzeugt, wobei die weitere Messbahn MB2 über eine weitere Fasenkante 4 verläuft. Weiter wird in einem fünften Schritt S5 ein weiteres Ausgleichselement 10 für die Messpunkte MP der weiteren Messbahn MB2 bestimmt. Weiter wird in einem sechsten Schritt S6 die Raumlage der weiteren Fasenkante 4 in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen den Messpunkten MP der weiteren Messbahn MB2 und dem weiteren Ausgleichselement 10 bestimmt. In einem siebten Schritt S7 kann dann z.B. als Faseneigenschaft eine Fasenbreite und/oder ein Fasenwinkel in Abhängigkeit der Raumlagen der ersten Fasenkante 3 und der Raumlage der weiteren Fasenkante 4 bestimmt werden.
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7 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 zur Bestimmung einer Faseneigenschaft einer Werkstückfase 1. Die Vorrichtung 11 umfasst eine Eingangsschnittstelle 12 zum Empfang von Messpunkten MP. Weiter umfasst die Vorrichtung 11 eine Auswerteeinrichtung 13, die als Vorrichtung zur Datenverarbeitung, insbesondere als Recheneinrichtung, ausgebildet sein kann.
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Weiter umfasst die Vorrichtung 11 eine Ausgangsschnittstelle 14 zur Ausgabe einer Faseneigenschaft bzw. über die Faseneigenschaft kodierenden Informationen.
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Mittels der Auswerteinrichtung 13 können insbesondere die in 5 und 6 dargestellten zweiten Schritte S2, dritten Schritte S3, fünften Schritte S5, sechsten Schritte S6 und der siebte Schritt S7 (siehe 6) ausgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkstückfase
- 2
- Werkstück
- 3
- erste Fasenkante
- 4
- weitere Fasenkante
- 5
- erste Oberfläche des Werkstücks
- 6
- Fasenoberfläche
- 7
- weitere Oberfläche des Werkstücks
- 8
- Pfeil
- 9
- erstes unangepasstes Ausgleichselement
- 10
- weiteres unangepasstes Ausgleichselement
- 11
- Vorrichtung
- 12
- Eingangsschnittstelle
- 13
- Auswerteeinrichtung
- 14
- Ausgangsschnittstelle
- MB1
- erste Messbahn
- MB2
- weitere Messbahn
- MP
- Messpunkt
- MPmax
- maximalabstandsspezifischer Messpunkt
- D
- Abstand
- Dmax
- Maximalabstand
