DE10106160A1 - Erfassungsvorrichtung und Erfassungsverfahren zum digitalen Erfassen eines dreidimensionalen Objektes - Google Patents
Erfassungsvorrichtung und Erfassungsverfahren zum digitalen Erfassen eines dreidimensionalen ObjektesInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung zum digitalen Erfassen eines dreidimensionalen Objektes (10), wobei die Erfassungsvorrichtung eine Abtasteinheit (12) zum digitalen Erfassen mindestens eines formgebenden Linienverlaufs (14; 42) einer Oberfläche des dreidimensionalen Objektes (10) umfaßt, wobei die Erfassungsvorrichtung weiterhin eine Rechnereinheit (22) aufweist, die für die Übertragung von Abtastdaten mit der Abtasteinheit (12) gekoppelt ist, wobei in der Rechnereinheit (22) ein Algorithmus abgelegt ist, mit dem aus dem digital erfaßten mindestens einen formgebenden Linienverlauf (14; 42) eine Modelloberfläche (26; 44) berechenbar ist, wobei die Abtasteinheit (12) weiterhin dazu ausgelegt ist, für den Vergleich der Modelloberfläche (26; 44) mit der tatsächlichen Oberfläche des dreidimensionalen Objektes (10) mindestens einen Punkt (30) der tatsächlichen Oberfläche zu erfassen, der mit einem Punkt (28; 46) der berechneten Modelloberfläche (26; 44) korrespondiert, wobei in der Rechnereinheit (22) ein weiterer Algorithmus abgelegt ist, mit dem jeweils ein Abstand eines Punktes (28; 46) der Modelloberfläche (26; 44) von einem korrespondierenden Punkt (30) der tatsächlichen Oberfläche des dreidimensionalen Objektes (10) berechenbar ist, wobei die Abtasteinheit (12) derart ausgebildet ist, daß in Abhängigkeit von dem jeweils berechneten Abstand mindestens ein weiterer formgebender Linenverlauf digital erfaßbar ist, wobei durch den in der Rechnereinheit (22) ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung zum digitalen Erfassen
eines dreidimensionalen Objektes, wobei die Erfassungsvorrichtung eine Abtasteinheit
zum digitalen Erfassen mindestens eines formgebenden Linienverlaufs einer Oberflä
che des dreidimensionalen Objektes umfaßt, wobei die Erfassungsvorrichtung weiterhin
eine Rechnereinheit aufweist, die für die Übertragung von Abtastdaten mit der Abtast
einheit gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Erfassungsverfah
ren.
Eine derartige Erfassungsvorrichtung bzw. ein derartiges Erfassungsverfahren wird be
reits standardmäßig in der Automobilindustrie eingesetzt, um insbesondere Karosse
riemodelle digital zu erfassen. Eine solche Erfassungsvorrichtung weist eine Abtastein
heit mit einem mechanischen Taster auf, wobei die Abtasteinheit CNC-gesteuert wird.
Nachdem die Begrenzungen des abzutastenden Objektes von einer Bedienperson der
Erfassungsvorrichtung vorgegeben worden sind, erfolgt die Abtastung durch die Ab
tasteinheit automatisch in geraden Scanbahnen. Die durch die Abtasteinheit erfaßten
Abtastdaten werden einer Rechnereinheit übermittelt, in der die Abtastdaten ausgewer
tet werden. Erst nach einer Verarbeitung der Abtastdaten, beispielsweise durch
CAD/CAM-Systeme erfolgt eine Flächenerstellung. Die beschriebene Abtastung ist ins
besondere bei komplexen Objekten äußerst schwierig und insbesondere Hinterschnitte
führen zu größeren Problemen. Außerdem ist aufgrund der mechanischen Abtastung
eine Beschädigung der Objektoberfläche zu befürchten. Der entscheidende Nachteil ist
jedoch, daß die Erfassung der Abtastdaten äußerst zeitaufwendig ist, weil extrem viele
Daten aufgenommen werden müssen, um ein befriedigendes Ergebnis zu erhalten.
Diese große Datenmenge führt außerdem dazu, daß die Datenauswertung und die
Verarbeitung der Abtastdaten ebenso langwierig ist, so daß der gesamte Vorgang äu
ßerst zeitintensiv ist und erst nach mehreren Tagen mit einem Ergebnis, also der digita
len Erfassung des Objektes, gerechnet werden kann. Würden allerdings weniger Daten
aufgenommen, wäre die Übereinstimmung der berechneten Flächen mit den tatsächli
chen Flächen des Objekts zu gering. Auch der Einsatz anderer Abtasteinheiten, die
beispielsweise einen optischen Sensor für die Abtastung aufweisen, führen nicht zu
einer nennenswerten Beschleunigung des Verfahrens. Außerdem können mit der Er
fassungsvorrichtung aus dem Stand der Technik Kanten des Objektes entweder gar
nicht oder nur sehr ungenau erfaßt werden. Die Bedienung der Erfassungsvorrichtung
ist nur durch eine hochqualifizierte Person mit fundierter Erfahrung möglich.
Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, eine Erfassungsvorrichtung bzw. ein Erfas
sungsverfahren der oben genannten Art derart weiterzubilden, daß das Erfassungsver
fahren bzw. die Erfassungsvorrichtung ein schnelleres digitales Erfassen eines dreidi
mensionalen Objektes gewährleistet und durch eine weniger qualifizierte Person
durchgeführt bzw. bedient werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Erfassungsvorrichtung gelöst, bei der
in der Rechnereinheit ein Algorithmus abgelegt ist, mit dem aus dem digital erfaßten,
mindestens einen formgebenden Linienverlauf eine Modelloberfläche berechenbar ist.
Solche Algorithmen sind bekannt und werden beispielsweise zur Interpolation einge
setzt. Die Abtasteinheit ist weiterhin dazu ausgelegt, für den Vergleich der Modellober
fläche mit der tatsächlichen Oberfläche des dreidimensionalen Objektes mindestens
einen Punkt der tatsächlichen Oberfläche zu erfassen, der mit einem Punkt der berech
neten Oberfläche korrespondiert. In der Rechnereinheit ist ein weiterer Algorithmus ab
gelegt, mit dem jeweils ein Abstand eines Punktes der Modelloberfläche von einem kor
respondierenden Punkt der tatsächlichen Oberfläche des dreidimensionalen Objektes
berechenbar ist. Durch diesen weiteren Algorithmus werden zu diesem Zweck Differen
zen zwischen den jeweiligen Punktkoordinaten gebildet. Der weitere Algorithmus bein
haltet folglich eine vergleichsweise einfache Rechenvorschrift. Die Abtasteinheit ist au
ßerdem derart ausgebildet, daß in Abhängigkeit von dem jeweils berechneten Abstand
mindestens ein weiterer formgebender Linienverlauf digital erfaßbar ist, wobei durch
den in der Rechnereinheit abgelegten Algorithmus aus dem mindestens einen Linien
verlauf und dem mindestens einen weiteren Linienverlauf eine weitere Modelloberflä
che ermittelbar ist.
Die Abtasteinheit dient folglich zunächst nur dem digitalen Erfassen mindestens eines
formgebenden Linienverlaufs einer Oberfläche des dreidimensionalen Objektes, wobei
der mindestens eine formgebende Linienverlauf so gewählt wird, daß durch den in der
Rechnereinheit abgelegten Algorithmus eine Modelloberfläche berechenbar ist. Auf
grund dieser Berechnung muß nur ein Bruchteil der Abtastdaten mit der Abtasteinheit
erfaßt werden, die bei Verwendung der Erfassungsvorrichtung aus dem Stand der
Technik ermittelt werden müssen. Die Oberfläche eines ersten Modells ist daher nach
sehr kurzer Zeit verfügbar. Inwieweit dieses erste Modell von der tatsächlichen Oberflä
che des dreidimensionalen Objektes abweicht, kann dadurch ermittelt werden, daß die
Abtasteinheit weiterhin dazu ausgelegt ist, mindestens einen Punkt der tatsächlichen
Oberfläche zu erfassen, der mit einem Punkt der berechneten Modelloberfläche korre
spondiert. Durch den weiteren in der Rechnereinheit abgelegten Algorithmus ist der
jeweilige Abstand dieser Punkte berechenbar und kann dazu dienen, zu beurteilen, ob
die Modelloberfläche schon ausreichend mit der tatsächlichen Oberfläche überein
stimmt. Da die Abtasteinheit derart ausgebildet ist, daß mindestens ein weiterer form
gebender Linienverlauf digital erfaßbar ist, können bei einer unzureichenden Überein
stimmung neue Abtastdaten gewonnen werden, die durch den in der Rechnereinheit
abgelegten Algorithmus der Ermittlung einer weiteren Modelloberfläche dienen können.
Das Resultat von Abtastdatenerfassung und Nachbearbeitung, also eine aktuelle Mo
delloberfläche, ist im Gegensatz zu den Systemen aus dem Stand der Technik zu je
dem Zeitpunkt ersichtlich und wird durch die sich abwechselnden Vorgänge von Ab
tastdatenerfassung und Bearbeitung inkrementell verbessert. Da das Resultat zu jedem
Zeitpunkt einsehbar ist, kann dieser inkrementelle Vorgang zum optimalen Zeitpunkt
abgebrochen werden. Optimal bedeutet in diesem Zusammenhang eine möglichst ho
he Übereinstimmung mit dem dreidimensionalen Objekt innerhalb eines möglichst ge
ringen Zeitraums. Studien haben gezeigt, daß der Prozeß des digitalen Erfassens eines
dreidimensionalen Objektes durch die erfindungsgemäße Erfassungsvorrichtung auf im
Mittel ein Achtel der im Stand der Technik benötigten Zeit reduziert werden kann. Au
ßerdem können bei geeigneter Wahl des mindestens einen formgebenden Linienverlaufs
bzw. des mindestens einen weiteren formgebenden Linienverlaufs Kanten und
andere signifikante Bereiche des dreidimensionalen Objektes optimal erfaßt werden.
Die Bedienung der Erfassungsvorrichtung kann aufgrund der weitgehend automatisch
ablaufenden Berechnungen durch eine lediglich kurz eingewiesene Person vorgenom
men werden.
Eine erste besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die
Rechnereinheit ein Speicherelement aufweist, in dem mindestens ein Sollwert abgelegt
ist, der mit dem jeweils berechneten Abstand vergleichbar ist, wobei bei Überschreiten
des Sollwerts mindestens ein weiterer formgebender Linienverlauf durch die Abtast
einheit digital erfaßbar ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß ein Bediener den
jeweils berechneten Abstand im Hinblick darauf überprüfen muß, ob dieser akzeptabel
ist und damit die berechnete Modelloberfläche mit einer ausreichenden Genauigkeit der
tatsächlichen Oberfläche entspricht oder ob eine Verbesserung des Modells erforderlich
ist. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung muß der Bediener hingegen lediglich zu Be
ginn einen Sollwert festlegen, der dann sozusagen eine Art Meßlatte für die
Übereinstimmung zwischen tatsächlicher Oberfläche und Modelloberfläche bildet.
Für die Bedienung der Erfassungsvorrichtung durch eine Person kann die Erfassungs
vorrichtung eine Bedieneinheit aufweisen. Vorzugsweise ist die Erfassungsvorrichtung
durch diese Bedieneinheit vollständig steuerbar, so daß die bedienende Person sich
ausschließlich an einem Platz aufhalten kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Abtasteinheit einen
in einer Gebrauchsstellung zum Objekt beabstandeten Scanner und/oder einen in einer
Gebrauchsstellung das Objekt berührenden Taster aufweisen. Ob der Einsatz eines
Scanners oder eines Tasters sinnvoller ist, hängt von der Geometrie und den speziellen
Eigenschaften des Objektes ab. Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn problemlos
zwischen dem Scanner und dem Taster auch während der Abtastung eines Objektes
gewechselt werden kann. Als Scanner kann vorteilhafterweise ein Laserscanner einge
setzt werden.
Die Abtasteinheit kann einen Positionsgeber aufweisen, durch den der Scanner
und/oder der Taster positionierbar ist. Vorteilhafterweise ist der Positionsgeber derart
ausgebildet und mit der Rechnereinheit verbunden, daß die Position des Positionsge
bers durch die Rechnereinheit vorgebbar ist und/oder die Position des Positionsgebers
an die Rechnereinheit übermittelbar ist. Letzteres ist dann von besonderem Nutzen,
wenn der Positionsgeber manuell an dem Objekt entlang geführt wird, um mindestens
einen geeigneten formgebenden Linienverlauf oder mindestens einen weiteren geeig
neten formgebenden Linienverlauf oder mindestens einen geeigneten Punkt der tat
sächlichen Oberfläche optimal zu erfassen. Insbesondere um einer Person die Ent
scheidung zu erleichtern, ob die Übereinstimmung zwischen der Modelloberfläche und
der tatsächlichen Oberfläche ausreichend ist oder nicht, und zur besseren Übersicht
kann die Erfassungsvorrichtung eine Ausgabeeinheit, insbesondere mit einem Bild
schirm, für die Darstellung der berechneten Modelloberfläche und/oder der weiteren
berechneten Modelloberfläche aufweisen.
Die Übereinstimmung zwischen der tatsächlichen Oberfläche des dreidimensionalen
Objektes und der Modelloberfläche kann besonders hoch sein, wenn der mindestens
eine Linienverlauf und/oder der mindestens eine weitere Linienverlauf so gewählt wird,
daß der mindestens eine Linienverlauf und/oder der mindestens eine weitere Linienver
lauf mindestens eine Fläche einschließt.
Die obige Aufgabe wird auch gelöst durch ein Erfassungsverfahren zum digitalen Er
fassen eines dreidimensionalen Objektes, bei dem zunächst mindestens ein formge
bender Linienverlauf einer Oberfläche des dreidimensionalen Objektes digital erfaßt
wird und aus dem mindestens einen Linienverlauf eine Modelloberfläche berechnet
wird. In einem weiteren Schritt wird mindestens ein Punkt der tatsächlichen Oberfläche,
der mit mindestens einem Punkt der Modelloberfläche korrespondiert, digital erfaßt. Der
mindestens eine Punkt der Modelloberfläche wird mit jeweils einem korrespondieren
den Punkt der tatsächlichen Oberfläche des dreidimensionalen Objektes verglichen und
der jeweilige Abstand der Punkte ermittelt. In Abhängigkeit des jeweils ermittelten Ab
standes erfolgt ein erneutes Erfassen mindestens eines weiteren formgebenden Lini
enverlaufs der Oberfläche des dreidimensionalen Objektes, wobei aus dem mindestens
einen Linienverlauf und dem mindestens einen weiteren Linienverlauf des dreidimen
sionalen Objektes eine weitere Modelloberfläche berechnet wird. Daraufhin wird erneut
die Abweichung zwischen der weiteren Modelloberfläche und der tatsächlichen Ober
fläche mit Hilfe der Punktabstände überprüft. Weitere formgebende Linienverläufe werden
erfaßt, und weitere Modelloberflächen werden berechnet, bis der jeweilige Abstand
zwischen den Punkten einen annehmbaren Wert erreicht hat.
Neben der Realisierung der bereits oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemä
ßen Erfassungsvorrichtung erwähnten Funktionen kann bei einem erfindungsgemäßen
Erfassungsverfahren vorgesehen sein, daß mindestens ein Linienverlauf und/oder min
destens ein weiterer Linienverlauf mindestens eine Kante und/oder mindestens eine
Kerbe und/oder mindestens einen Riß und/oder mindestens einen Markierungsstreifen
und/oder mindestens einen Rand des Objektes umfaßt. Gerade das digitale Erfassen
dieser sogenannten Feature Lines ermöglicht die schnelle Berechnung einer Modell
oberfläche, die besonders gut mit der tatsächlichen Oberfläche übereinstimmt. Der
mindestens eine digital erfaßte Linienverlauf und/oder der mindestens eine weitere digi
tal erfaßte Linienverlauf kann in einem weiteren Verfahrensschritt mindestens einer
CAD-Funktion, insbesondere einem Glätten und/oder einem Verschneiden, unterworfen
werden. Gleichsam können auch CAM-Funktionen durchgeführt werden.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Erfas
sungsverfahrens kann das digitale Erfassen durch manuelle Führung und/oder durch
automatische Führung eines Scanners und/oder eines Tasters erfolgen. Insbesondere
bei sehr komplex geformten Objekten ist es hilfreich, eine manuelle Führung vorzuse
hen, um so alle vorhandenen Strukturmerkmale optimal zu erfassen.
Der zu erfassende Linienverlauf und/oder der mindestens eine weitere Linienverlauf
und/oder der mindestens eine Punkt kann anhand eines visuellen Eindrucks von einem
Objekt bestimmt werden. Auf diese Weise wird die Datenaufnahme immer optimal auf
das jeweilige zu erfassende Objekt abgestimmt, so daß äußerst zufriedenstellende Er
gebnisse erhalten werden können.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Hinweis auf die beige
fügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematisch dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Erfassungsvorrichtung;
Fig. 2 einen Iterationsablauf bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Erfassungsverfahrens; und
Fig. 3 eine detaillierte Darstellung einzelner Teilschritte einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Erfassungsverfahrens.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung zum
digitalen Erfassen eines dreidimensionalen Objektes 10 schematisch dargestellt. Diese
Ausführungsform weist eine Abtasteinheit 12 auf, mit der zunächst mindestens ein
formgebender Linienverlauf 14 einer Oberfläche des dreidimensionalen Objektes 10
erfaßt werden kann. Zu diesem Zweck weist die Abtasteinheit 12 einen Positionsgeber
auf, der in der dargestellten Ausführungsform exemplarisch zwei Arme 16 aufweist, die
jeweils einen Scanner 18 und einen Taster 20 positionieren. Der Positionsgeber kann
beliebig viele weitere Arme umfassen, die ebenfalls Taster und/oder Scanner positio
nieren können. Der Scanner 18 ist bei der Abtastung des Objektes 10 von dem Objekt
10 beabstandet, während der Taster 20 bei der Abtastung direkten Kontakt zu dem ab
zutastenden Objekt 10 hat. In der dargestellten Ausführungsform ist ein einfaches Um
schalten zwischen Abtastung durch den Scanner 18 und Abtastung durch den Taster
20 möglich. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der mindestens eine formge
bende Linienverlauf 14 der Objektoberfläche automatisch mit Hilfe der zwei Arme 16
abgetastet, d. h. digital erfaßt. Alternativ kann die Führung der Arme 16 auch manuell
durch eine Bedienperson erfolgen, um auch tatsächlich den entscheidenden minde
stens einen formgebenden Linienverlauf des Objektes 10 zu erfassen. Die hierbei ge
wonnenen Abtastdaten resultieren aus der zeitlichen Detektion der Raumkoordinaten
der verwendeten Taster 20 bzw. Scanner 18 und bei Benutzung von Scannern 18 au
ßerdem aus der zeitlichen Detektion des Abstandes von dem jeweiligen Scanner 18 zu
dem Objekt 10. Die Abtastdaten werden von der Abtasteinheit 12 an eine Rechnerein
heit 22 übermittelt. In der Rechnereinheit 22 ist ein Algorithmus abgelegt, mit dem aus
dem digital erfaßten mindestens einen formgebenden Linienverlauf 14 eine Modellober
fläche 26 berechenbar ist. Diese Modelloberfläche 26 ist an eine Ausgabeeinheit 24
übermittelbar, durch die die Modelloberfläche 26 dreidimensional oder auch zweidi
mensional darstellbar ist. Um zu überprüfen, ob diese Modelloberfläche 26 bereits gut
mit der Oberfläche des dreidimensionalen Objektes 10 übereinstimmt, werden von der
Rechnereinheit 22 Punkte 28 auf der berechneten Modelloberfläche 26 bestimmt, die
vorzugsweise eine zentrale Position auf dieser Modelloberfläche 26 haben und mit kor
respondierenden Punkten 30 auf der tatsächlichen Oberfläche verglichen werden sol
len. Dementsprechend werden die Koordinaten dieser Punkte 28 der Modelloberfläche
26 von der Rechnereinheit 22 an die Abtasteinheit 12 übermittelt, durch die dann mit
Hilfe des Positionsgebers und den beiden Armen 16 die korrespondierenden Punkte 30
abgetastet werden können. Alternativ können die abzutastenden Punkte 30 auch durch
eine Bedienperson anhand des visuellen Eindrucks von dem Objekt 10 ausgewählt
werden, um vor allem die Problemzonen des Objektes 10 erfassen zu können. In die
sem Fall kann die Bedienperson mindestens einen der Arme 16 manuell so führen, daß
die gewünschten Punkte optimal digital erfaßt werden können. Die erhaltenen Abtast
daten werden der Rechnereinheit 22 übermittelt, in der ein weiterer Algorithmus zum
Vergleich der Punkte 30 und 28 und der Berechnung der jeweiligen Abstände abgelegt
ist. Diese Abstände können einerseits an die Ausgabeeinheit 24 übertragen werden, so
daß eine Bedienperson eine Beurteilung der Daten vornehmen kann. Andererseits ist
es jedoch auch möglich, daß die berechneten Abstände direkt mit einem von einer Be
dienperson vorgegebenen Sollwert verglichen werden, wobei der Sollwert in einem
Speicherelement 32 innerhalb der Rechnereinheit 22 abgelegt ist. Bei Überschreiten
des Sollwerts kann die Rechnereinheit 22 veranlassen, daß durch die Abtasteinheit 12
mindestens ein weiterer formgebender Linienverlauf digital erfaßt wird. Dabei kann die
Bedienperson den mindestens einen weiteren formgebenden Linienverlauf auswählen
und die Arme 16 entsprechend über das Objekt 10 führen. Aus diesem mindestens ei
nen weiteren Linienverlauf und dem bereits vorher erfaßten mindestens einen Linien
verlauf 14 kann dann durch die Rechnereinheit 22 eine weitere Modelloberfläche ermit
telt werden, die ebenfalls durch die Ausgabeeinheit 24 dargestellt werden kann. Erst,
wenn der jeweilige Abstand zwischen einem Punkt der Modelloberfläche und einem
korrespondierenden Punkt der tatsächlichen Oberfläche den Sollwert unterschreitet,
wird die Aufnahme weiterer formgebender Linienverläufe eingestellt. Wird auf den Ver
gleich mit dem Sollwert verzichtet, kann eine Bedienperson entscheiden, ob die Erfas
sung weiterer Linienverläufe notwendig ist, um die Übereinstimmung zwischen der Mo
delloberfläche 26 und der tatsächlichen Oberfläche des Objektes 10 zu verbessern. Die
Ausführungsform kann weiterhin eine in Fig. 1 nicht dargestellte Bedieneinheit aufwei
sen, durch die alle Funktionen der Erfassungsvorrichtung angesprochen werden kön
nen.
Fig. 2 zeigt einen Iterationsablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Er
fassungsverfahrens. In dieser Ausführungsform soll ein neues Bauteil, beispielsweise
ein Dach eines Fahrzeugs, digital erfaßt werden. In einem ersten Schritt 34 werden zu
diesem Zweck die Berandungen des Bauteils digital erfaßt. Die aufgenommenen Lini
enverläufe werden geglättet und verschnitten, bevor in einem zweiten Schritt 36 die
Fläche innerhalb der Linienverläufe berechnet wird, was in einer Modelloberfläche re
sultiert. Diese Modelloberfläche wird in einem dritten Schritt 38 visuell und maßlich kon
trolliert, wobei unter der maßlichen Kontrolle der bereits oben ausführlich beschriebene
Punktvergleich zwischen Punkten der Modelloberfläche und korrespondierenden Punk
ten auf der Oberfläche des Bauteils zu verstehen ist. Ist nach dieser visuellen und maß
lichen Kontrolle die Übereinstimmung zwischen der Modelloberfläche und der tatsächli
chen Oberfläche des Bauteils ausreichend, können die Daten eines weiteren Bauteils
erfaßt werden. ist die Übereinstimmung nicht befriedigend, müssen weitere Bauteilda
ten durch die digitale Erfassung mindestens eines weiteren formgebenden Linienver
laufs gesammelt werden, so daß über den vierten Schritt 40 eine Rückschleifung zu
dem zweiten Schritt 36 erfolgt.
In Fig. 3 sind einzelne Teilschritte des anhand von Fig. 2 beschriebenen Erfassungsver
fahrens in Form einer zweidimensionalen Darstellung der erfaßten Abtastdaten gezeigt.
Die Berandungen des Bauteils werden durch vier formgebende Linienverläufe 42 digital
erfaßt (siehe Fig. 3a). Diese Linienverläufe 42 werden geglättet und verschnitten (siehe
Fig. 3b und Fig. 3b), so daß eine Modelloberfläche 44 innerhalb der Linienverläufe 42
berechnet werden kann, die insbesondere in Fig. 3e durch gestrichelte Linien angedeu
tet wird. Es folgt eine Qualitätskontrolle durch einen Vergleich der berechneten Modell
oberfläche 44 und der nicht dargestellten Bauteiloberfläche, indem zahlreiche Bereiche
der tatsächlichen Oberfläche des Bauteils mit in Fig. 3f dargestellten korrespondieren
den Bereichen 46 der Modelloberfläche 44 verglichen werden. Die zahlreichen Berei
che der tatsächlichen Oberfläche werden hierzu durch Kontrollscanprozesse erfaßt. Die
weiteren Verfahrensschritte gehen aus den obigen Ausführungen hervor.
Weitere Veränderungen, Modifikationen oder Kombinationen der oben beschriebenen
Ausführungsformen sind für den Fachmann offensichtlich und fallen ebenso unter den
Schutzumfang der beigefügten Ansprüche.
Claims (16)
1. Erfassungsvorrichtung zum digitalen Erfassen eines dreidimensionalen Objek
tes (10),
wobei die Erfassungsvorrichtung eine Abtasteinheit (12) zum digitalen Erfas sen mindestens eines formgebenden Linienverlaufs (14; 42) einer Oberfläche des dreidimensionalen Objektes (10) umfaßt, wobei die Erfassungsvorrichtung weiterhin eine Rechnereinheit (22) aufweist, die für die Übertragung von Ab tastdaten mit der Abtasteinheit (12) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Rechnereinheit (22) ein Algorithmus abgelegt ist, mit dem aus dem digital erfaßten mindestens einen formgebenden Linienverlauf (14; 42) eine Modelloberfläche (26; 44) berechenbar ist,
wobei die Abtasteinheit (12) weiterhin dazu ausgelegt ist, für den Vergleich der Modelloberfläche (26; 44) mit der tatsächlichen Oberfläche des dreidimensio nalen Objektes (10) mindestens einen Punkt (30) der tatsächlichen Oberfläche zu erfassen, der mit einem Punkt (28; 46) der berechneten Modelloberfläche (26; 44) korrespondiert,
wobei in der Rechnereinheit (22) ein weiterer Algorithmus abgelegt ist, mit dem jeweils ein Abstand eines Punktes (28; 46) der Modelloberfläche (26; 44) von einem korrespondierenden Punkt (30) der tatsächlichen Oberfläche des dreidimensionalen Objektes (10) berechenbar ist,
wobei die Abtasteinheit (12) derart ausgebildet ist, daß in Abhängigkeit von dem jeweils berechneten Abstand mindestens ein weiterer formgebender Linienverlauf digital erfaßbar ist,
wobei durch den in der Rechnereinheit (22) abgelegten Algorithmus aus dem mindestens einen Linienverlauf (14; 42) und dem mindestens einen weiteren Linienverlauf eine weitere Modelloberfläche ermittelbar ist.
wobei die Erfassungsvorrichtung eine Abtasteinheit (12) zum digitalen Erfas sen mindestens eines formgebenden Linienverlaufs (14; 42) einer Oberfläche des dreidimensionalen Objektes (10) umfaßt, wobei die Erfassungsvorrichtung weiterhin eine Rechnereinheit (22) aufweist, die für die Übertragung von Ab tastdaten mit der Abtasteinheit (12) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Rechnereinheit (22) ein Algorithmus abgelegt ist, mit dem aus dem digital erfaßten mindestens einen formgebenden Linienverlauf (14; 42) eine Modelloberfläche (26; 44) berechenbar ist,
wobei die Abtasteinheit (12) weiterhin dazu ausgelegt ist, für den Vergleich der Modelloberfläche (26; 44) mit der tatsächlichen Oberfläche des dreidimensio nalen Objektes (10) mindestens einen Punkt (30) der tatsächlichen Oberfläche zu erfassen, der mit einem Punkt (28; 46) der berechneten Modelloberfläche (26; 44) korrespondiert,
wobei in der Rechnereinheit (22) ein weiterer Algorithmus abgelegt ist, mit dem jeweils ein Abstand eines Punktes (28; 46) der Modelloberfläche (26; 44) von einem korrespondierenden Punkt (30) der tatsächlichen Oberfläche des dreidimensionalen Objektes (10) berechenbar ist,
wobei die Abtasteinheit (12) derart ausgebildet ist, daß in Abhängigkeit von dem jeweils berechneten Abstand mindestens ein weiterer formgebender Linienverlauf digital erfaßbar ist,
wobei durch den in der Rechnereinheit (22) abgelegten Algorithmus aus dem mindestens einen Linienverlauf (14; 42) und dem mindestens einen weiteren Linienverlauf eine weitere Modelloberfläche ermittelbar ist.
2. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rechnereinheit (22) ein Speicherelement (32) aufweist, in dem min
destens ein Sollwert abgelegt ist, der mit dem jeweils berechneten Abstand
vergleichbar ist, wobei bei Überschreiten des Sollwerts mindestens ein weite
rer formgebender Linienverlauf durch die Abtasteinheit (12) digital erfaßbar ist.
3. Erfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erfassungsvorrichtung einer Bedieneinheit aufweist, mit der die Erfas
sungsvorrichtung durch eine Person bedienbar ist.
4. Erfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abtasteinheit (12) einen in einer Gebrauchsstellung zum Objekt (10)
beabstandeten Scanner (18) und/oder einen in einer Gebrauchsstellung das
Objekt (10) berührenden Taster (20) aufweist.
5. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Scanner (18) ein Laserscanner ist.
6. Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abtasteinheit (12) einen, insbesondere mehrarmigen, Positionsgeber
aufweist, durch den der Scanner (18) und/oder der Taster (20) positionierbar
ist, wobei der Positionsgeber derart ausgebildet und mit der Rechnereinheit
(22) verbunden ist, daß die Position des Positionsgebers durch die Rechner
einheit (22) vorgebbar ist und/oder die Position des Positionsgebers an die
Rechnereinheit (22) übermittelbar ist.
7. Erfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erfassungsvorrichtung eine Ausgabeeinheit (24), insbesondere mit ei
nem Bildschirm, für die Darstellung der berechneten Modelloberfläche (26; 44)
und/oder der weiteren berechneten Modelloberfläche aufweist.
8. Erfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine Linienverlauf (14; 42) und/oder der mindestens eine
weitere Linienverlauf mindestens eine Fläche einschließt.
9. Erfassungsverfahren zum digitalen Erfassen eines dreidimensionalen Objek
tes (10), umfassend folgende Schritte:
- a) digitales Erfassen mindestens eines formgebenden Linienverlaufs (14; 42) einer Oberfläche des dreidimensionalen Objektes (10);
- b) Berechnen einer Modelloberfläche (26; 44) aus dem mindestens einen Linienverlauf (14; 42) des dreidimensionalen Objektes (10);
- c) digitales Erfassen mindestens eines Punktes (30) der tatsächlichen Oberfläche, der mit mindestens einem Punkt (28; 46) der Modellober fläche (26; 44) korrespondiert;
- d) Vergleich des mindestens einen Punktes (28; 46) der Modelloberfläche (26; 44) mit jeweils einem korrespondierenden Punkt (30) der tatsächli chen Oberfläche des dreidimensionalen Objektes (10) und Ermitteln des jeweiligen Abstandes der Punkte;
- e) in Abhängigkeit des jeweils ermittelten Abstands erneutes Erfassen mindestens eines weiteren formgebenden Linienverlaufs der Oberflä che des dreidimensionalen Objektes (10);
- f) Berechnen einer weiteren Modelloberfläche aus dem mindestens einen Linienverlauf (14; 42) und dem mindestens einen weiteren Linienverlauf des dreidimensionalen Objektes (10); und
- g) Wiederholung der Schritte c) bis f), bis in Schritt d) festgestellt wird, daß der jeweilige Abstand einen annehmbaren Wert erreicht hat.
10. Erfassungsverfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach Schritt d) der jeweilige Abstand mit einem Sollwert verglichen wird
und bei Überschreiten des Sollwerts mindestens ein weiterer formgebender
Linienverlauf digital erfaßt wird.
11. Erfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Linienverlauf (14; 42) und/oder mindestens ein weiterer
Linienverlauf mindestens eine Kante und/oder mindestens eine Kerbe
und/oder mindestens einen Riß und/oder mindestens einen Markierungsstrei
fen und/oder mindestens einen Rand des Objektes (10) umfaßt.
12. Erfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine digital erfaßte Linienverlauf (14; 42) und/oder der
mindestens eine weitere digital erfaßte Linienverlauf in mindestens einem wei
teren Schritt nach Schritt a) und/oder nach Schritt e) mindestens einer CAD-
Funktion, insbesondere einem Glätten und/oder einem Verschneiden, unter
worfen wird.
13. Erfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das digitale Erfassen in Schritt a) und/oder Schritt c) und/oder Schritt e)
durch berührungsloses Scannen und/oder durch das Objekt (10) berührendes
Tasten erfolgt.
14. Erfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß das digitale Erfassen in Schritt a) und/oder Schritt c) und/oder Schritt e)
durch manuelle Führung und/oder durch automatische Führung eines Scan
ners (18) und/oder eines Tasters (20) erfolgt.
15. Erfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zu erfassende mindestens eine Linienverlauf (14; 42) und/oder der zu
erfassende mindestens eine weitere Linienverlauf und/oder der zu erfassende
mindestens eine Punkt (30) anhand eines visuellen Eindrucks von einem Ob
jekt (10) bestimmt wird.
16. Erfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die berechnete Modelloberfläche (26; 44) und/oder die weitere berechne
te Modelloberfläche in mindesten einer Darstellung dreidimensional und/oder
zweidimensional, insbesondere auf einem Bildschirm, dargestellt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001106160 DE10106160A1 (de) | 2001-02-10 | 2001-02-10 | Erfassungsvorrichtung und Erfassungsverfahren zum digitalen Erfassen eines dreidimensionalen Objektes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001106160 DE10106160A1 (de) | 2001-02-10 | 2001-02-10 | Erfassungsvorrichtung und Erfassungsverfahren zum digitalen Erfassen eines dreidimensionalen Objektes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10106160A1 true DE10106160A1 (de) | 2002-08-14 |
Family
ID=7673564
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2001106160 Ceased DE10106160A1 (de) | 2001-02-10 | 2001-02-10 | Erfassungsvorrichtung und Erfassungsverfahren zum digitalen Erfassen eines dreidimensionalen Objektes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10106160A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105627950A (zh) * | 2016-03-17 | 2016-06-01 | 沈阳飞机工业(集团)有限公司 | 一种光学扫描航空工装边缘线检测方法 |
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- 2001-02-10 DE DE2001106160 patent/DE10106160A1/de not_active Ceased
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