DE10204839A1

DE10204839A1 - Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen

Info

Publication number: DE10204839A1
Application number: DE10204839A
Authority: DE
Inventors: Christof Sinn
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2003-04-03

Abstract

Zunächst wird die gegebene CAD-Geometrie in ein äquivalentes Netz umgewandelt. Nach der Umwandlung der CAD-Geometrie in ein Gitternetz (vorteilhafterweise ein Dreiecksnetz) wird die dem NC-Teileprogramm entsprechende Oberfläche in Form eine Dreiecksnetzes erzeugt. Dazu werden, basierend auf dem Teileprogramm, die geometrischen Eigenschaften des Fräswerkzeugs (Durchmesser, Form etc.) berücksichtigt. Sind aus den Ausgangsdaten CAD-Geometrie und NC-Teileprogramm zwei Dreiecksnetze erzeugt worden, so kann der Abstand der beiden Netze berechnet und visualisiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen, eine korrespondierende Vorrichtung und ein korrespondierendes Computerprogrammprodukt.
Bei der Erstellung von NC-Teileprogrammen ist es die Aufgabe des Modellbauers, aus einer gegebenen CAD Geometrie ein NC- Teileprogramm zu generieren. Eine Aussage, ob das gefertigte Teileprogramm innerhalb der dem Teil zugeordneten Toleranzen liegt, erhält der Modelbauer bisher nicht - er muss sich auf seine Erfahrung verlassen.
Bei CNC-gesteuerten Bearbeitungsmaschinen wird ein Werkstück in der Regel entweder direkt codiert oder das Werkstück wird zuerst mittels eines CAD-Systems modelliert und dann in ein äquivalentes CNC-Teileprogramm umgewandelt. Das resultierende CNC-Teileprogramm bzw. das CAD-Modell entsprechen dabei idealisierten Bearbeitungsanweisungen für die Bearbeitungsmaschine. Das CNC-Programm wird dann in eine CNC-Steuerung geladen und die Bearbeitungsmaschine entsprechend dem CNC-Programm gesteuert.
Wenn das entsprechend diesem CNC-Programm gefertigte Werkstück inherhalb der gewünschten Fertigungstoleranzen eines idealen Werkstücks liegt, stellen sich bei dieser Vorgehensweise keine Probleme. Entspricht das gefertigte Werkstück hingegen nicht den an es gestellten Anforderungen, so ergibt sich ein Optimierungsbedarf dahingehend, herauszufinden mit welchen Veränderungen z. B. im CNC-Programm ein ordnungsgemäßes Werkstück gefertigt werden kann.
Es ist zwar möglich, nacheinander einzelne Bearbeitungsanweisungen und/oder einzelne Betriebsparameter der Bearbeitungsmaschine zu ändern, ein neues Werkstück zu fertigen und dann dieses erneut gefertigte Werkstück zu überprüfen. Diese Vorgehensweise ist aber sehr mühsam und darüber hinaus kosten-, material- und zeitintensiv. Dies gilt ganz besonders auch deshalb, weil oftmals nicht bekannt ist, wo die Ursache für die Abweichungen des tatsächlich gefertigten Werkstücks vom gewünschten Werkstück zu suchen sind.
Aus diesem Grund geht man heute verstärkt den Weg, solche mechatronischen Systeme wie industrielle Bearbeitungsmaschinen zu simulieren. Um jedoch das Ergebnis einer solchen Simulation analysieren zu können, bedarf es einer Visualisierungsumgebung zur realistischen Nachbildung der Oberfläche eines durch Simulation erhaltenen Werkstücks.
Einer solchen Visualisierungskomponente kommt vor allem auch deshalb eine große Bedeutung zu, weil unter anderem anhand der Visualisierung eine Beurteilung mehrerer unterschiedlicher vom Simulationssystem berechneter Werkstückkonturen oder aber von Abweichungen des tatsächlich gefertigten Werkstücks vom gewünschten Werkstück erfolgt.
Visualisierungskomponenten zeichnen sich heutzutage üblicherweise durch Dreidimensionalität und die Möglichkeit zur Interaktion aus. Dementsprechend handelt es sich bei den dargestellten Inhalten um orthographische bzw. perspektivische 3D- Projektionen, welche vom Benutzer aktiv verändert werden können. Dieser ist dabei meist in der Lage, die dargestellten Inhalte zu drehen, zu verschieben und deren Größe zu verändern (sog. zoomen). Bei komfortablen Visualisierungskomponenten kann er darüber hinaus durch Selektion bestimmter Teilinhalte zugeordnete Informationen wie beispielsweise deren Abmessung, räumliche Lage oder Beziehung zu anderen Teilinhalten der Szene erhalten.
Insgesamt führt dies zu einem besseren Verständnis des Produktionsprozesses. Ferner kann die Oberflächenqualität des zu fertigenden Werkstücks bereits im Vorfeld bestimmt und analysiert werden, um eventuell die bestehende Parametrierung von Steuerung und Antrieb der Werkzeugmaschine zu optimieren.
Denn dadurch ist es möglich ein "virtuelles Werkstück" zu fertigen bzw. die Bearbeitung virtuell durchzuführen. Es ist also nicht erforderlich, tatsächlich ein Werkstück herzustellen. Prinzipiell muss die Bearbeitungsmaschine als solche nicht einmal vorhanden sein. Durch eine Simulation bzw. virtuelle Fertigung kann die Anzahl von Prototypen entscheidend verringert und somit Kosten gespart werden.
Bisher existiert kein solches Werkzeug bei der NC-Teileprogrammerstellung, d. h. der Modellbauer erzeugt ein Teileprogramm welches anschließend in die prototypische Fertigung gelangt. Entspricht das gefertigte Werkstück nicht den Anforderungen, d. h. liegt es nicht innerhalb der geforderten Toleranzen, muss der Modellierer das Teileprogramm an den jeweiligen Stellen abändern.
Es besteht somit ein Bedarf an einer Möglichkeit zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen, die es einem Benutzer ermöglicht, auf effektive Weise auch geringe Unterschiede zwischen solchen Oberflächen so deutlich darzustellen, dass eine gute Beurteilung von Vorliegen und Ausmaß von eventuellen Toleranzüberschreitungen möglich wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen mit folgenden Verfahrensschritten gelöst:

- Umwandlung der vorgegebenen CAD-Geometrie in ein erstes Gitternetz,
- Erzeugung eines zweiten Gitternetzes aus den Programmdaten eines auf der vorgegebenen CAD-Geometrie basierenden NC-Teileprogramms,
- Ermitteln des Abstandes zwischen dem ersten und zweiten Netz,
- Visualisierung des ermittelten Abstandes oder von eine vorgegebene Toleranzschwelle überschreitenden Abstandswerten.

Dazu werden vorzugsweise die folgenden weiteren Verfahrensschritte vorgenommen:

- Umwandlung der vorgegebenen CAD-Geometrie in ein erstes Dreiecksnetz,
- Erzeugung einer dem NC-Teileprogramm oder einem Steuerungs-Output (etwa Interpolatordaten) oder einem Lage-Ist- Wert (etwa gemessen an der Werkzeugmaschine) entsprechenden Oberfläche in Form eines zweiten Dreiecksnetzes,
- Ermitteln des Abstandes zwischen dem ersten und zweiten Dreiecksnetz.

In einem nachfolgenden Schritt kann aus den so berechneten Konturpunkten beispielsweise ein aus Dreiecken bestehendes Flächennetz berechnet werden, welches anschließend einer Visualisierungskomponente, z. B. einem Rechner mit entsprechendem Grafikbildschirm oder -display, zugeführt wird. Eine Möglichkeit zur Generierung eines solchen Flächennetzes aus Konturpunkten ist u. a. aus Maier, K.-H.: Ein auf uniform mäandrisch vorliegenden 3D-Punktdaten basierender Vernetzungsalgorithmus, Technischer Bericht, Siemens AG, Nürnberg, 2001 zu entnehmen.
Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn bei der Erzeugung einer dem NC-Teileprogramm entsprechenden Oberfläche für das zweite Dreiecksnetz die geometrischen Eigenschaften eines Werkzeugs für die NC-Bearbeitung berücksichtigt werden.
Eine erste vorteilhafte Maßnahme zur Ermittlung des Abstands der beiden Dreiecksnetze besteht darin, dass der vertikale Abstand ausgehend von einem Dreiecksnetz zum anderen Dreiecksnetz in positiver oder negativer z-Richtung bestimmt wird.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme zur Ermittlung des Abstands der beiden Dreiecksnetze besteht darin, dass der Abstand in Normalenrichtung und damit senkrecht zu den Dreiecksnetzen bestimmt wird.
Eine dritte vorteilhafte Maßnahme zur Ermittlung des Abstands der beiden Dreiecksnetze besteht darin, dass der jeweilige Abstand im jeweiligen Gitternetzpunkt bestimmt wird.
Vorteile der Erfindung ergeben insbesondere für den Fall, dass Werkstücke mit großen Dimensionen und kleine Bearbeitungstoleranzen vorliegen. Liegt etwa ein NC-Teileprogramm mit den Dimensionen lqm vor und soll die Toleranz von 10 µm eingehalten werden, so muss mit einer Datenmenge von über 10 Milliarden Stützwerten gerechnet werden. Daraus ergeben sich zum einen lange Rechenzeiten, so dass auf eine Realisierung mittels paralleler Algorithmen zurückgegriffen werden muss. Zum anderen kann eine derartige Datenmenge heutzutage visualisierungstechnisch nicht verarbeitet werden. Man sollte daher den Weg wählen, bei dem lediglich die toleranzüberschreitenden Stellen der Werkstückoberfläche (mit einer geeignet gewählten Umgebung visualisiert werden.
Weiter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine gemeinsamegraphische Ausgabe der Oberfläche eines der Dreiecksnetze und des bestimmten Abstands erfolgt. Dies gelingt besonders gut, indem der bestimmte Abstand als vierte Dimension dieser angezeigten Oberfläche visualisiert wird.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine Oberfläche graphisch angezeigt, indem der bestimmte räumliche Abstand der Konturen interpoliert einem Gitternetz beaufschlagt wird.
Nach einer alternativen ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform wird der bestimmte räumliche Abstand der Konturen farbig interpoliert auf die andersfarbige Oberfläche projiziert.
Nach einer weiteren alternativen vorteilhaften Ausführungsform wird der bestimmte räumliche Abstand als Volumen modelliert und auf eine der Oberflächen beaufschlagt, bevor diese Oberfläche graphisch angezeigt wird. Bevorzugt erfolgt dabei eine interpolierende Färbung des Differenzvolumens.
Nach einer weiteren alternativen vorteilhaften Ausführungsform erfolgt eine transparente Darstellung des Differenzvolumens.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird jede Oberfläche analytisch ermittelt und es erfolgt eine kontinuierliche Bestimmung des räumlichen Abstands anhand der analytisch vorliegenden Flächendaten.
Weiter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn jede Oberfläche in Form eines Flächennetzes anhand von aus den Werkstückdaten gewonnenen diskreten Stützstellen im dreidimensionalen Raum ermittelt wird und die räumliche Differenz zwischen zwei Flächennetzen durch jeweilige Differenzbildung der Stützstellen beider Flächennetze erfolgt.
Dazu wird vorzugsweise für jedes Werkstück ein Werkstückrohling durch eine Geradenschar in einem dreidimensionalen Raum (x, y, z) modelliert und alle Geraden verlaufen parallel zu einer Achse (z), wobei eine Werkstückkontur durch Schneiden der Geradenschar mit einem virtuellen Bearbeitungswerkzeug gemäß einer vorgegebenen Bearbeitungsbahn im dreidimensionalen Raum anhand der dabei erhaltenen Schnittpunkte der Geraden aller überstrichenen Volumen ermittelt wird, indem aus der so erhaltenen Menge von Schnittpunkten ein Flächennetz gebildet wird, das die Werkstückkontur beschreibt.
Dabei ist es von Vorteil, wenn zur Simulation einer Bearbeitung mit drei Achsen, insbesondere bei einer Fräsbearbeitung, bei solchen Geraden, die mehrere Schnittpunkte aufweisen, jeweils nur der Schnittpunkt mit der kleinsten Koordinate in Richtung der Gerade zur Bildung des Flächennetzes herangezogen wird.
Bei Geraden ohne Schnittpunkt wird bevorzugt ein Initialisierungswert zur Bildung des Flächennetzes herangezogen.
Weiter hat es sich als günstig herausgestellt, wenn ein modellierter Werkstückrohling in Richtung der übrigen beiden Dimensionen (x, y) diskretisiert ist, indem die Geraden der Geradenschar in Richtung der übrigen beiden Dimensionen (x, y) äquidistant zueinander angeordnet sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen, wie vorangehend beschrieben, kann besonders vorteilhaft zur Beurteilung von Oberflächenqualitäten von Werkstücken eingesetzt werden, insbesondere im Zuge einer virtuellen Fertigung eines solchen Werkstückes mit unterschiedlichen Bearbeitungsanweisungen.
Als Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere ein geeignet programmierter Simulationsrechner, der über Softwareabschnitte verfügt, die die einzelnen Verfahrensschritte auf dem Rechner durchführen, wenn diese Softwareabschnitte auf dem Rechner ausgeführt werden.
Analog dazu kann die Erfindung besonders vorteilhaft in Form eines Computerprogrammproduktes realisiert werden, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwareabschnitte umfasst, mit denen die Verfahrensschritte gemäß der voranstehend beschriebenen Ausführungen durchgeführt werden, wenn das Programmprodukt auf einem Computer ausgeführt wird.
Die Erfindung ermöglicht dem Arbeiter, das erzeugte Teileprogramm in der Art zu verifizieren, dass er unter Berücksichtigung der geometrischen Eigenschaften des Fräswerkzeugs Rückmeldung darüber erhält, an welchen Stellen des Teileprogramms die gewünschte Toleranz überschreitet und wie groß die Abweichung im jeweiligen Fall ist.
Weitere Vorteile und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand des im Folgenden beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen jeweils in Prinzipdarstellung:
Fig. 1 eine zweidimensionale Darstellung einer uniformen Geradenschar mit umschließendem Rechteck für eine beispielhafte Fräsbahn zur Ermittlung eines Flächennetzes zur Darstellung einer Werkstückoberfläche (Draufsicht),
Fig. 2 eine optimierte Ermittlung eines Flächennetzes für eine Bearbeitung mit einem Kugelfräser aufbauend auf Fig. 1 und
Fig. 3 eine Gitterdarstellung einer Geradenschar mit zwei Flächennetzen zur Darstellung eines Differenzvolumens.
Im folgenden soll zunächst eine vorteilhafte Möglichkeit zur erfindungsgemäßen Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen aufbauend auf zwei Flächennetzen beschrieben werden.
Im Anschluss daran wird beschrieben, wie eine Bestimmung eines Flächennetzes für ein Werkstück für den Fall einer virtuellen Fräsbearbeitung mit drei Achsen erfolgt.
Das technische Problem wird durch die Erfindung in der Weise gelöst, dass zunächst die gegebene CAD-Geometrie in ein äquivalentes Netz umgewandelt wird. Liegt dabei beispielsweise das bekannte Format VDA-FS zugrunde, interpretiert daher zunächst ein VDA-FS-Parser die CAD-Geometrie. Nach der Umwandlung der CAD-Geometrie in ein Gitternetz (vorteilhafterweise ein Dreiecksnetz) wird die dem NC-Teileprogramm eine entsprechende Oberfläche in Form eines Dreiecksnetzes erzeugt.
Dazu werden basierend auf dem Teileprogramm die geometrischen Eigenschaften des Fräswerkzeugs (Durchmesser, Form, etc.) berücksichtigt. Diese Art der Oberflächenerzeugung entspricht einem "virtuellen Fräsprozess". Sind aus den Ausgangsdaten CAD-Geometrie und NC-Teileprogramm zwei Dreiecksnetze erzeugt worden, so kann der Abstand der beiden Netze berechnet werden.
Dazu sind mehrere Vorgehensweisen denkbar:
Zum einen der vertikale Abstand, der sich daraus ergibt, dass ausgehend vom einem Dreiecksnetz der Abstand zum anderen in positiver bzw. negativer z-Richtung ermittelt wird.
Ferner kann der Abstand in Normalenrichtung, d. h. senkrecht zum Dreiecksnetz, berechnet werden.
Eine dritte Möglichkeit der Abstandsbildung liegt in der Berechnung des "tatsächlichen" Abstands der beiden Netze im jeweiligen Gitternetzpunkt (letztere Möglichkeit ist allerdings extrem zeitaufwendig und wird daher nicht weiter verfolgt).
Die Grundlage für die Bestimmung einer Flächennetzes bilden beispielsweise in x- und y-Richtung gleichabständige, zur vertikalen z-Achse parallele Geraden. Dabei sind vorzugsweise nur solche Geraden zugelassen, deren punktförmige orthogonale Projektionen in die xy-Ebene innerhalb eines (noch näher zu bestimmenden) achsparallelen Rechteckes zu liegen kommt. Die Geradenschar modelliert dabei einen in x- und y-Richtung diskretisierten Werkstückrohling, welcher in positive und negative z-Richtung unendlich verlängert wurde. Die Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt eine zweidimensionale Darstellung einer solchen uniformen Geradenschar mit einem umschließendem Rechteck B in einer Draufsicht parallel zu den Geraden für eine beispielhafte Fräsbahn. Der Betrachter blickt gewissermaßen in z-Richtung. Die Geraden sind durch Kreise oder Kreuze gekennzeichnet. Ein Kugelfräser F ist durch einen großen Kreis angedeutet.
Zusätzlich zu der Geradenschar befinden sich die Fräspunkte FP, die durch im Vergleich zu den Geraden größere und im Vergleich zum Fräser F kleinere Kreise gekennzeichnet sind, und damit auch eine resultierende Fräsbahn FB als linear-interpolierender Polygonzug im dreidimensionalen Raum. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass grundsätzlich keine räumliche Beziehung zwischen dem die Geradenschar definierenden Rechteck und den Fräspunkten zu existieren braucht. Üblicherweise wird jedoch das Rechteck B unter Verwendung der Fräsdaten bestimmt.
Beim realen Fräsvorgang bewegt sich der Fräser F gemäß der programmierten Fräsermittelpunktsbahn (Fräsbahn FB) fort. Dabei entfernt der Fräser Material des Rohlings. Als Endergebnis des Bearbeitungsvorgangs bleibt letztendlich das zu fertigende Werkstück als Restmaterial stehen. Die Vorgehensweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde an diesen Vorgang angelehnt. Auch hier bewegt sich der virtuelle Fräser F gemäß der jeweiligen Fräsbahn FB fort. Dabei schneidet er den Rohling, welcher, wie oben erwähnt, als Geradenschar modelliert vorliegt. Das dabei überstrichene Volumen kann aus zwei Kugeln und einem in Fräsrichtung liegenden Zylinder nachgebildet werden - es gleicht der Form einer Pille.
Dieses wird anhand der Darstellung in Fig. 2 deutlich, die im wesentlichen an Fig. 1 angelehnt ist. Im Moment soll von der Darstellung gemäß Fig. 2 nur der Bereich entlang der Fräskante FK interessieren. FP1 bezeichnet den Anfangspunkt und FP2 den Endpunkt einer Fräsbahn. Die Fräskante ist die FP1 mit FP2 verbindende Linie. Das durch den Fräser F im Anfangspunkt FP1 abgetragene Volumen ist durch einen Kreis angedeutet, ebenso im Endpunkt FP2. Das dazwischen überstrichene Volumen entlang der Linie von FP1 zu FP2 wird durch zwei Tangenten an die Umfänge beider Kreise um FP1 und FP2 angedeutet. Betrachtet man die von diesen Geometrien gebildete Gesamtfläche im dreidimensionalen Raum, so ergibt sich das überstrichene Volumen in der Form einer Pille, die aus zwei Kugeln und einem in Fräsrichtung liegenden Zylinder gebildet wird.
Das vom Fräser F bezüglich einer Fräskante FK überstrichene Volumen (Pille) wird von den Geraden der Geradenschar jeweils keinmal, einmal oder zweimal geschnitten. Die Werkstückkontur wird nun im Falle des Dreiachsfräsens durch die unteren Schnittpunkte aller überstrichenen Volumen (Pillen) mit allen Geraden und den Initialisierungspunkten aller nichtgeschnittener Geraden diskret nachgebildet. Bei vom Fräser F bezüglich einer Kante überstrichene Volumen resultieren Schnittpunkte mit den Geraden. In Fig. 1 sind überstrichene Geraden mit Schnittpunkten als Punkte, solche ohne Schnittpunkt als Kreuze dargestellt.
Solche Schnittpunkte sind Kandidaten für die nachzubildende Werkstückkontur. Die Schnittpunkte gehören im Fall der Bearbeitung mit drei Achsen genau dann zur letztendlichen Werkstückkontur, wenn jeweils keine weiteren Schnittpunkte mit kleinerer z-Koordinate auftreten.
Anhand dieser ermittelten Konturpunkte wird nun ein Flächennetz, z. B. ein Dreiecksnetz, gebildet, welches die Oberfläche des Werkstücks beschreibt und auf einem graphischen Display ausgegeben werden kann. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass zwei solche Flächennetze vorliegen, eines für die CAD- Geometrie und ein zweites auf Grundlage der NC-Programmdaten erzeugtes.
Dazu wird, unter der Annahme eines Unterschieds zwischen den beiden Werkstückkonturen, die räumliche Differenz zwischen den Konturpunkten eines ersten und eines zweiten Flächennetzes gebildet. Dies erfolgt dadurch, dass für jede Gerade G der Geradenschar die Differenz DIFF der für das jeweilige Flächennetz FN1, FN2 ermittelten Schnittpunkte SP1, SP2 gebildet wird. Dieser Zusammenhang ist in Fig. 3 anhand einer Gitterstruktur im dreidimensionalen Raum x, y, z veranschaulicht. Gezeigt sind Geraden G der Geradenschar und zwei Flächennetze FN1, FN2 mit jeweiligen Schnittpunkten SP, von denen für eine exemplarische Gerade jeweils ein zugehöriger Schnitt- bzw. Konturpunkt SP1, SP2 dargestellt ist. Der Abstand zwischen diesen beiden Punkten bildet die Differenz DIFF. Auf diese Weise erhält man für jede Gerade der Geradenschar einen zugehörigen diskreten Differenzwert, mit dem ein Differenzvolumen graphisch dargestellt werden kann.
Ein Differenzvolumen kann dabei auf einfache Art und Weise ermittelt werden, indem man für jeweils vier die Ecken eines Rechtecks (Spezialfall Quadrat) bildende benachbarte Geraden der Geradenschar die zugehörigen ermittelten Schnittpunkte des ersten Flächennetzes FN1 verbindet. Das gleiche tut man für das zweite Flächennetz FN2. Anschließend ermittelt man den zwischen den so gebildeten Ebenen liegenden Raum (vgl. die exemplarisch in Fig. 3 gezeigten Teilvolumen TV1, . . ., TVn). Dies tut man solange, bis man alle Geraden der Geradenschar berücksichtigt hat. Alternativ kann dies auch mit drei benachbarten, ein Dreieck bildenden Geraden der Geradenschar oder andere geometrische Formen erfolgen. Mit vier Punkten erhält man aber eine besonders einfach zu verarbeitende Möglichkeit zur Ermittlung des Differenzvolumens.
Für den allgemeinen Fall zweier Konturoberflächen erfolgt die Ermittlung der Differenzen somit, indem man von einem beliebigen Punkt einer Oberfläche senkrecht/vertikal nach oben oder nach unten geht, bis man die zweite Oberfläche schneidet. Der dabei erhaltene Abstandswert ist der gewünschte Differenzwert.
Ist der Abstand der beiden Dreiecksnetze bezüglich jedem Punkt berechnet, kann dieser visualisiert werden. Dazu können die Gitternetzpunkte eines Dreiecksnetzes bezüglich der Distanzen farblich linear interpoliert eingefärbt werden, oder man wählt eine volumenorientierte Distanzvisualisierung. Dies kann beispielsweise bei der Abstandsberechnung "in z-Richtunferfolgen, wobei hier das Fehlervolumen transparent oder farblich interpoliert (ein- oder mehrfarbig) einem Gitternetz beaufschlagt wird.
Die so ermittelte räumliche Differenz der Konturen wird nun erfindungsgemäß zusammen mit den Konturpunkten eines der beiden Flächennetze visualisiert. Dies kann zum einen dadurch erfolgen, dass dieses Flächennetz auf einem Display graphisch in einer ersten Farbe dargestellt wird und die ermittelten räumlichen Differenzwerte andersfarbig interpoliert als vierte Dimension auf die durch das Flächennetz beschriebene Oberfläche des einen Werkstücks projiziert werden. Dadurch wird es ermöglicht, Stellen einer Abweichung direkt auf der Oberfläche zu lokalisieren.
Zur farblichen Interpolation werden zunächst die extremalen Differenzwerte (Minimum, Maximum) ermittelt. Diesen werden dann z. B. die Farbwerte blau (Minimum) und rot (Maximum) zugeordnet. Mittels einer linearen Interpolation kann dann jedem Differenzwert ein Farbwert innerhalb der blaurot-Skala zugeordnet werden. Vorstellbar sind hierbei chromatische und achromatische Farbverläufe von blau nach rot.
Die Projektion auf die Oberfläche erfolgt durch Visualislerung und gleichzeitige Einfärbung einer Punktmenge (z. B. der Schnittpunkte der Geradenschar) mit den zuvor ermittelten Farbwerten. Ferner kann das (gefüllte oder ungefüllte) Flächennetz gemäß den projizierten Farbwerten farblich interpoliert werden.
Technisch erfolgt die Projektion vorzugsweise unter Verwendung einer 3D-Graphikbibliothek, welche es mittels des Material-Bindings "PER_VERTEX" ermöglicht, den visualisierten Punkten unterschiedliche Farben zuzuordnen.
Wie erwähnt, kann die ermittelte Konturdifferenz (diskrete Differenzwerte) auch selbst als Volumen modelliert werden und der durch das Flächennetz beschriebenen Oberfläche beaufschlagt werden. Dies kann beispielsweise durch eine interpolierende (Volumen-)Färbung des Differenzvolumens geschehen. Alternativ kann auch eine transparente Darstellung des Differenzvolumens erfolgen.
Zur Visualisierung des Differenzvolumens werden dabei z. B. jeweils acht Schnittpunkte mit den vertikal verlaufenden, den Rohling diskretisierenden Hilfsgeraden (Geradenschar) herangezogen. Diese Schnittpunkte können zu einem Körper verbunden werden, wobei die seitlichen Begrenzungsflächen jeweils zu den Koordinatenebenen parallel sind.
Dieser kann nun entweder transparent dargestellt werden, indem man-ihn beispielsweise unter Verwendung einer speziellen Netzklasse einer 3D-Graphikbibliothek modelliert und ihm einen Transparenzindex zuordnet. Zur Einfärbung des Volumens nimmt man entweder denjenigen Punkt des Körpers, welcher Maximaldistanz besitzt und färbt das Volumen gemäß dessen Farbwert oder man zieht alle Körper-Eckpunkte zur Färbung heran. Das Volumen-Körper wechselt dann seine Färbung interpolierend innerhalb des Volumens.
Eine weitere sinnvolle Anwendung einer solchen Differenzvisualisierung mit Einfärbung der Netzdifferenz kann auch dahingehend erfolgen, dass man positive Differenzen (Netz FN2 liegt oberhalb von Netz FN1) z. B. blau färbt und negative Differenzen (Netz FN2 liegt unterhalb von Netz FN1) z. B. rot färbt. Auf diese Art der Einfärbung kann sehr schnell festgestellt werden, ob zum Beispiel beim Vorschlichten bereits zuviel Material weggefräst wird (d. h. Fehler im Vorschlichtprogramm vorliegen).
Mit Hilfe einer solchen graphischen Darstellung gemäß der Erfindung fällt es einem Benutzer sehr leicht, Oberflächenqualitäten und eine Überschreitung von Toleranzgrenzen zu beurteilen.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt in der Verbesserung des Arbeitsprozesses beispielsweise für den Modellbauer. Dieser besitzt mit der Erfindung ein Werkzeug, welches ihm erlaubt, seine erzeugten NC-Teileprogramme sofort verifizieren zu können. Dies hat zur Folge, dass der Fräsprozess insgesamt verbessert wird und Kosten eingespart werden können.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen mit folgenden Verfahrensschritten:

- Umwandlung der vorgegebenen CAD-Geometrie in ein erstes Gitternetz,

- Erzeugung eines zweiten Gitternetzes aus den Programmdaten eines auf der vorgegebenen CAD-Geometrie basierenden NC-Teileprogramms,

- Ermitteln des Abstandes zwischen dem ersten und zweiten Netz,

- Visualisierung des ermittelten Abstandes oder von eine vorgegebene Toleranzschwelle überschreitenden Abstandswerten.

2. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach Anspruch 1, mit den folgenden weiteren Verfahrensschritten:

- Umwandlung der vorgegebenen CAD-Geometrie in ein erstes Dreiecksnetz,

- Erzeugung einer dem NC-Teileprogramm oder einem Steuerungs-Output oder einem Lage-Ist-Wert entsprechenden Oberfläche in Form eines zweiten Dreiecksnetzes,

- Ermitteln des Abstandes zwischen dem ersten und zweiten Dreiecksnetz.

3. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach Anspruch 2, wobei bei der Erzeugung einer dem NC-Teileprogramm entsprechenden Oberfläche für das zweite Dreiecksnetz die geometrischen Eigenschaften eines Werkzeugs für die NC-Bearbeitung berücksichtigt werden.

4. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach Anspruch 3, wobei zur Ermittlung des Abstands der beiden Dreiecksnetze der vertikale Abstand ausgehend von einem Dreiecksnetz zum anderen Dreiecksnetz in positiver oder negativer z-Richtung bestimmt wird.

5. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach Anspruch 3, wobei zur Ermittlung des Abstands der beiden Dreiecksnetze der Abstand in Normalenrichtung und damit senkrecht zu den Dreiecksnetzen bestimmt wird.

6. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach Anspruch 3, wobei zur Ermittlung des Abstands der beiden Dreiecksnetze der jeweilige Abstand im jeweiligen Gitternetzpunkt bestimmt wird.

7. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine gemeinsame graphische Ausgabe der Oberfläche eines der Dreiecksnetze und des bestimmten Abstands erfolgt.

8. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach Anspruch 7, wobei der bestimmte Abstand als vierte Dimension dieser angezeigten Oberfläche visualisiert wird.

9. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Oberfläche graphisch angezeigt wird, indem der bestimmte räumliche Abstand der Konturen interpoliert einem Gitternetz beaufschlagt wird.

10. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei der bestimmte räumliche Abstand der Konturen farbig interpoliert auf die andersfarbige Oberfläche projiziert wird.

11. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei der bestimmte räumliche Abstand als Volumen modelliert wird und auf eine der Oberflächen beaufschlagt wird, bevor diese Oberfläche graphisch angezeigt wird.

12. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei eine transparente Darstellung des Differenzvolumens erfolgt.

13. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach Anspruch 11, wobei eine interpolierende Färbung des Differenzvolumens erfolgt.

14. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede Oberfläche analytisch ermittelt wird und eine Bestimmung des räumlichen Abstands anhand der analytisch vorliegenden Flächendaten kontinuierlich erfolgt.

15. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13, wobei jede Oberfläche in Form eines Flächennetzes anhand von aus den Werkstückdaten gewonnenen diskreten Stützstellen im dreidimensionalen Raum ermittelt wird und die räumliche Differenz zwischen zwei Flächennetzen durch jeweilige Differenzbildung der Stützstellen beider Flächennetze erfolgt.

16. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach Anspruch 15, wobei für jedes Werkstück ein Werkstückrohling durch eine Geradenschar in einem dreidimensionalen Raum (x, y, z) modelliert wird und alle Geraden parallel zu einer Achse (z) verlaufen, wobei eine Werkstückkontur durch Schneiden der Geradenschar mit einem virtuellen Bearbeitungswerkzeug gemäß einer vorgegebenen Bearbeitungsbahn im dreidimensionalen Raum anhand der dabei erhaltenen Schnittpunkte der Geraden aller überstrichenen Volumen ermittelt wird, indem aus der so erhaltenen Menge von Schnittpunkten ein Flächennetz gebildet wird, das die Werkstückkontur beschreibt.

17. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach Anspruch 16, wobei zur Simulation einer Bearbeitung mit drei Achsen, insbesondere bei einer Fräsbearbeitung, bei solchen Geraden, die mehrere Schnittpunkte aufweisen, jeweils nur der Schnittpunkt mit der kleinsten Koordinate in Richtung der Gerade zur Bildung des Flächennetzes herangezogen wird.

18. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach Anspruch 16 oder 17, wobei bei Geraden ohne Schnittpunkt ein Initialisierungswert zur Bildung des Flächennetzes herangezogen wird.

19. Verfahren zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei ein modellierter Werkstückrohling in Richtung der übrigen beiden Dimensionen (x, y) diskretisiert ist, indem die Geraden der Geradenschar in Richtung der übrigen beiden Dimensionen (x, y) äquidistant zueinander angeordnet sind.

20. Verwendung eines Verfahrens zur Ermittlung von Toleranzüberschreitungen bei der Erzeugung von NC-Teileprogrammen nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Beurteilung von Oberflächenqualitäten von Werkstücken, insbesondere im Zuge einer virtuellen Fertigung eines solchen Werkstückes mit unterschiedlichen Bearbeitungsanweisungen.

21. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 19, insbesondere geeignet programmierter Simulationsrechner.

22. Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwareabschnitte umfasst, mit denen die Verfahrensschritte nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 19 durchgeführt werden, wenn das Programmprodukt auf einem Computer ausgeführt wird.