DE10106160A1 - Erfassungsvorrichtung und Erfassungsverfahren zum digitalen Erfassen eines dreidimensionalen Objektes - Google Patents

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.

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.