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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion und/oder Messung von Oberflächenfehlern eines Bauteils, insbesondere eines Karosserieaußenhautbauteils.
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Bei einer Vielzahl von Bauteilen, beispielsweise bei Bauteilen, die eine Außenhaut eines Fahrzeuges bilden, werden im Wesentlichen zwei unterschiedliche Gestaltabweichungen bei der Qualitätsbestimmung der Bauteile unterschieden. Die erste Gestaltabweichung stellen sogenannte Formfehler des Bauteils dar. Beispiele für derartige Formfehler sind Gestaltabweichungen des Bauteils beispielsweise hinsichtlich seiner Länge, Breite oder seiner Wölbung. Derartige Formfehler zeichnen sich dadurch aus, dass sie das gesamte Bauteil oder jedenfalls einen großen Bereich des Bauteils betreffen.
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Eine zweite Gestaltabweichung, die im Wesentlichen für die optische Qualitätsanmutung eines Bauteils verantwortlich ist, sind sogenannte Oberflächenfehler. Das Kennzeichen dieser Oberflächenfehler ist, dass ihre geometrische Ausprägung und/oder Ausdehnung im Vergleich zum gesamten Bauteil und dessen Formfehlern relativ gering ist. Wird nun ein Bauteil vermessen, beispielsweise mittels optischer Messeinrichtungen, so überlagern sich die Oberflächenfehler mit den Formfehlern eines Bauteils und können bei einem Vergleich von SOLL-Daten mit IST-Daten des zu prüfenden Bauteils untergehen, da üblicherweise die Größenordnung der Gestaltabweichungen von Oberflächenfehlern wesentlich geringer sind als die Größenordnung der Formfehler eines Bauteils. Allerdings sind Oberflächenfehler, obwohl sie hinsichtlich ihrer absoluten Fehlermaße wesentlich geringer sind als Formfehler des Bauteils für den optischen Eindruck des Bauteils hinsichtlich seiner Oberflächenqualität höchst relevant und keinesfalls vernachlässigbar. Derartige Oberflächenfehler sind beispielsweise Beulen, Dellen, Einfallstellen, Welligkeiten, Einschnürungen oder Risse in den entsprechenden Bauteilen. Hieraus ergibt sich die Problematik, dass eine direkte, einfache Nutzung der für die Überprüfung der Maßhaltigkeit, also der Formfehler, beispielsweise mit einem optischen Koordinatenmessgerät erfassten Ist-Daten des Bauteils zur Prüfung auch hinsichtlich Oberflächenfehlern nicht immer einfach möglich ist.
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Im Stand der Technik werden zur Bestimmung von Formfehlern deshalb IST-Daten des zu prüfenden Bauteils, die mittels eines geeigneten Messgerätes, beispielsweise einem optischen Koordinatenmessgerät oder computertomographischen Messverfahren erfasst wurden, zur Bestimmung der Formfehler als Ganzes anhand einer Ausrichtung in einem Referenzpunktsystem oder anhand einer globalen, also die gesamten IST-Daten umfassenden Bestfit-Ausrichtung zu den SOLL-Daten des Bauteils oder der SOLL-Daten den Bauteiloberfläche ausgerichtet.
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Aus einer derartigen globalen Ausrichtung der gesamten IST-Daten gegenüber den gesamten SOLL-Daten können Formfehler leicht abgelesen werden. Oberflächenfehler hingegen treten für den auswertenden Messtechniker oftmals nahezu unsichtbar in den Hintergrund, da die Oberflächenfehler gegenüber den Formfehlern üblicherweise um Größenordnungen kleiner sind.
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Zur Bestimmung von Oberflächenfehlern kommen im Stand der Technik unterschiedliche Verfahren zum Einsatz.
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Ein erstes Verfahren ist z. B. das durch einen Mitarbeiter durchzuführende manuelle Abziehen eines Karosserieblechteils mit einem Abziehstein. Diese Vorgehensweise ist zeitaufwändig. Das Ergebnis, insbesondere die Beurteilung des Ergebnisses ist wesentlich vom Erfahrungswissen des Mitarbeiters abhängig. Nach dem manuellen Abziehen des Blechteils gemäß einer üblicherweise bauteilabhängigen, vorgegebenen Art und Weise, sind auf der Oberfläche des Bauteiles die Oberflächenfehler sichtbar und können mit einigem Erfahrungswissen des Mitarbeiters auch möglichen Ursachen, die zu den Oberflächenfehlern geführt haben, zugeordnet werden. Eine zahlenmäßige Bewertung der Oberflächenfehler in Form von Maßangaben oder Abweichungswerten zu den SOLL-Daten oder zu einem Vergleichswerkstück ist nicht möglich.
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Eine weitere Möglichkeit der Oberflächenanalyse und/oder der Oberflächenbewertung sind softwarebasierte Verfahren, die eine computergestützte Nachbildung des realen Abziehens mit einem virtuellen Abziehstein anbieten. Ein derartiges Verfahren unter Nutzung von sogenannten ”virtuellen Abziehsteinen” oder ”digitalen Abziehsteinen” ist zeitaufwendig und erfordert eine hohe Rechenleistung.
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Des Weiteren ist es im Stand der Technik bekannt, dass neben dem virtuellen Abziehen speziell ausgebildete Sensoren oder Messgeräte für die Oberflächeninspektion zum Einsatz kommen. Derartige Sensoren führen beispielsweise einen Vergleich der Ist-Oberfläche eines zu prüfenden Bauteils mit der Oberfläche eines vom Anwender als Referenzteil oder Grenzmuster definierten Objekts durch. Nicht alle diese Sensoren verfügen über die Fähigkeit, an den aufgenommenen Flächenbereichen des zu prüfenden Bauteils Messungen vorzunehmen und Abweichungswerte exakt auszugeben. Oftmals ist lediglich eine qualitative Detektion von Oberflächenfehlern möglich. Manche Sensoren sind auf die Erkennung und Detektion von besonders kleinen Maßabweichungen optimiert. Sie weisen allerdings ein relativ kleines Meßfeld auf, so dass für eine vollständige Inspektion eines Bauteils, insbesondere eines großflächigen Bauteils, wie z. B. einer Dachhaut oder einer Türaußenhaut eines Kraftfahrzeugs ein hoher Zeitaufwand anfällt.
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Um den hohen Zeitaufwand für eine vollständige Inspektion eines Messobjekts zu reduzieren, werden derartige sensorbasierte Oberflächendetektionen oftmals nur in einem vorab definierten Oberflächenbereich des zu prüfenden Bauteils angewandt. Dies setzt allerdings voraus, dass ein erfahrener Mitarbeiter bereits vor der Messung diejenigen Oberflächenbereiche des zu prüfenden Bauteils auswählt, die nach der Erfahrung besonders fehleranfällig für Oberflächenfehler sind. Hierbei kann es passieren, dass Oberflächenbereiche des zu prüfenden Bauteils nicht geprüft werden, obwohl diese Oberflächenbereiche Oberflächenfehler aufweisen. In einem solchen Fall bleiben dann Oberflächenfehler undetektiert und unentdeckt.
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Aus der
EP 2 282 166 A1 ist ein Verfahren zur Darstellung der Oberfläche eines Prüfobjekts bekannt geworden. Bei einem derartigen Verfahren werden zur Darstellung der Oberfläche eines Objekts 3-D-IST-Daten der Oberfläche des Objekts bestimmt. 3-D-SOLL-Daten der Oberfläche, beispielsweise CAD-Daten der Oberfläche des zu prüfenden Objekts werden auf der Grundlage der 3-D-IST-Daten der Oberfläche des Objekts modifiziert. Die 3-D-SOLL-Daten der Oberfläche des Objekts und die modifizierten 3-D-SOLL-Daten der Oberfläche des Objekts werden als 3-D-Darstellungsdaten zur Sichtbarmachung der Oberfläche benutzt. Zur Erkennung von Oberflächenfehlern in den IST-Daten schlägt diese Schrift vor, das oben bereits erläuterte Verfahren des ”virtuellen Abziehens” zu nutzen. Zur Erlangung der 3-D-Darstellungsdaten werden zumindest bereichsweise die 3-D-SOLL-Daten modifiziert.
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Aus der
EP 1 476 797 B1 ist ein Verfahren bekannt, aus einer vorliegenden Oberfläche und einer nominalen Oberfläche Abweichungen D zu bestimmen und aus den Abweichungen D ein topographisches Muster zu erzeugen, wobei das topographische Muster auf das zu prüfende Bauteil mittels einer Laserprojektion projiziert wird. Ein derartiges Verfahren bedarf eines hohen Rechenaufwandes.
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Aus der
DE 44 02 414 C2 ist ein Verfahren zur dreidimensionalen Vermessung einer Oberfläche von Gegenständen bekannt.
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Ein weiteres Messverfahren zur optischen 3-D-Messung ist aus der
EP 1 065 628 B1 bekannt.
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Aus der
US 8 233 694 B2 ist es bekannt, Oberflächenfehler qualitativ durch einen Vergleich von Reflektionen oder anderen Lichteffekten auf ein Referenzteil und das zu prüfende Messobjekt zu erkennen. Die Erzeugung der Lichteffekte erfolgt dadurch, dass ein bestimmtes Muster auf das Referenzteil und anschließend auf das Messobjekt aufgebracht wird und anhand der Unterschiede in den beiden Abbildungen auf vorhandene Oberflächenfehler geschlossen wird. Bei diesem Verfahren ist es ebenfalls notwendig, dass ein gewisser Erfahrungsschatz bei den auswertenden Personen vorhanden ist, der für die Auswertung der optisch dargestellten Oberflächenfehler genutzt werden kann.
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Aus der
US 2005/0021163 A1 ist ein Verfahren zum Ausrichten von Freiformflächen mit beliebigen Anfangspunkten bekannt. Bei diesem Verfahren werden zunächst anhand von Oberflächencharakteristiken, beispielsweise Krümmungen, Regionen ausgewählt und generiert, wobei diese Regionen sowohl in einer Freiformfläche eines Referenzmodells wie auch in der Freiformfläche der gemessenen Oberfläche gebildet werden. Anhand der Oberflächeneigenschaften werden korrespondierende Regionen ermittelt und zur Überdeckung gebracht. Anschließend erfolgt eine Grobanpassung der Messfläche zur Referenzfläche. Diese Grobausrichtung erfolgt auf Basis weniger, über die gesamten zu betrachtenden Flächen verteilter Punktepaare. Anschließend wird eine Feinausrichtung der beiden Flächen (Mess- und Referenzfläche) als Ganzes durchgeführt, wobei Basis für die Feinausrichtung der beiden Flächen eine erhöhte Anzahl von Punktepaaren ist, die insbesondere innerhalb der definierten Regionen liegen. Der Grobausrichtung und der Feinausrichtung liegt eine gemeinsame Transformationsmatrix zugrunde. Bei einem derartigen Verfahren besteht der Nachteil, dass zwar Formfehler erkannt werden können, aber Oberflächenfehler unerkannt bleiben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und zuverlässiges Verfahren für die Bestimmung von Oberflächenfehlern anzugeben, welches eine qualitative Detektion und eine quantitative Messung der Oberflächenfehler zulässt.
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Des Weiteren soll der erforderliche Messaufwand eines zu prüfenden Teiles minimiert werden.
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Weiterhin soll das Verfahren unabhängig von Erfahrungswerten eines Mitarbeiters oder unabhängig von vorbestimmten Bauteilbereichen, deren Auswahl auf Erfahrungswerten beruht, zuverlässige Ergebnisse liefern.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Detektion und/oder Messung von Oberflächenfehlern eines Bauteils weist die folgenden Schritte auf:
- a) Vermessen eines zu prüfenden Bauteils (2) zum Erhalt von IST-Daten (3) aus einer Vielzahl von Messpunkten des zu prüfenden Bauteils (2),
- b) Bildung von Gesamt-IST-Flächendaten (3) aus der Vielzahl von Messpunkten;
- c) Bereitstellen von SOLL-Daten (1) einer Oberfläche des zu prüfenden Bauteils (2),
- d) Ausrichten der Gesamt-IST-Flächendaten (3) zu den SOLL-Daten (1);
- e) Zerstückeln der IST-Daten (2) in eine Vielzahl von IST-Daten-Kacheln (10),
- f) Individuelles Ausrichten aller IST-Daten-Kacheln (10) auf zu den IST-Daten der Kacheln korrespondierende SOLL-Daten (1) und
- g) Ermitteln einer Vielzahl von Flächenabweichungen zwischen Messpunkten der ausgerichteten IST-Daten-Kacheln (10) und den zu diesen IST-Daten-Kacheln (10) korrespondierenden SOLL-Daten (1),
- h) Ausgabe der im Schritt g) ermittelten Flächenabweichungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren basiert also grundsätzlich auf einem Vergleich von aus gemessenen Gesamt-IST-Flächen-Daten des zu prüfenden Bauteils gebildeten IST-Daten-Kacheln mit SOLL-Daten des zu prüfenden Bauteils, insbesondere betreffend eine Oberfläche des zu prüfenden Bauteils.
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Erfindungswesentlich ist dabei, dass die aus gemessenen Messpunkten gebildeten Gesamt-IST-Flächen-Daten des Bauteils in eine Vielzahl von IST-Daten-Kacheln zerstückelt werden, was in einfacher Art und Weise mit geringem Rechenaufwand möglich ist. Nach dem Zerstückeln der Gesamt-IST-Daten in die IST-Daten-Kacheln werden alle entstandenen IST-Daten-Kacheln auf zu den Daten der IST-Daten-Kachel(n) korrespondierende SOLL-Daten individuell ausgerichtet, insbesondere bestmöglich ausgerichtet.
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Durch diese Maßnahme gelingt es, die im Vergleich zur gesamten Bauteiloberfläche wesentlich kleineren IST-Daten-Kacheln individuell auf die korrespondierenden SOLL-Daten anzupassen. Hierdurch werden Formfehler, die gegenüber Oberflächenfehlern üblicherweise um Größenordnungen größer sind, ausgeblendet, da in wesentlich kleineren Flächenabschnitten die Ausrichtung der IST-Daten-Kacheln zu den SOLL-Daten erfolgt. Somit treten bei einem Vergleich der ausgerichteten IST-Daten-Kacheln relativ zu den korrespondierenden SOLL-Daten kleinere Abweichungen, insbesondere Abweichungen, die Oberflächenfehler repräsentieren, deutlicher zutage. Erfindungsgemäß erfolgt also eine Modifikation der Gesamt-IST-Flächen-Daten des zu prüfenden Bauteils, dahingehend, dass sie abschnittsweise, z. B. in Flächenabschnitten in der Größe der IST-Daten-Kacheln auf die korrespondierenden SOLL-Daten ausgerichtet werden. Jede der ausgerichteten IST-Daten-Kacheln ist somit mit einem kleineren Fehler, also wesentlich genauer auf die korrespondierenden SOLL-Daten ausrichtbar als die Gesamt-IST-Flächen-Daten auf die Gesamtheit der SOLL-Daten. Liegen bei einem Vergleich der ausgerichteten IST-Daten-Kacheln mit den korrespondierenden SOLL-Daten dann immer noch ermittelte Flächenabweichungen vor, so kann auf das qualitative Vorliegen von Oberflächenfehlern geschlossen werden. Bei der Ermittlung der Flächenabweichungen zwischen den ausgerichteten IST-Daten-Kacheln und den korrespondierenden SOLL-Daten kann dann in einfacher Art und Weise festgelegt werden, ab welchem Betrag der ermittelten Flächenabweichungen diese ausgegeben werden sollen.
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Die Ermittlung der Flächenabweichungen erfolgt dabei wie nachfolgend beschrieben: Es wird bei einer Vielzahl von Punkten der zumindest einen ausgerichteten IST-Daten-Kachel jeweils ein Lot durch diese Punkte auf die SOLL-Daten 1 gelegt und jeweils der Abstand zwischen den Punkten der IST-Daten-Kacheln und dem Schnittpunkt des Lotes mit den SOLL-Daten ermittelt. Der Abstand zwischen den Punkten der IST-Daten-Kacheln und den korrespondierenden Schnittpunkten der Lote mit den SOLL-Daten ist ein Maß für die Flächenabweichung der IST-Daten-Kacheln zu den SOLL-Daten an dem jeweiligen Punkt der IST-Daten-Kachel. Dabei ist es möglich, die Lote auf zweierlei Weisen festzulegen. In einer ersten Alternative sind die Lote durch die jeweiligen Punkte der IST-Daten-Kacheln orthogonal zu den IST-Daten-Kacheln in den jeweiligen Punkten ausgerichtet. In einer zweiten Alternative sind die Lote orthogonal zu den SOLL-Daten ausgerichtet und enthalten jeweils einen Punkt der IST-Daten-Kachel. Die beiden Alternativen sind grundsätzlich gleichwertig anwendbar, sollten jedoch innerhalb eines zu prüfenden Bauteils, insbesondere innerhalb einer IST-Daten-Kachel, in gleicher Art und Weise gebildet werden. Die Punkte der IST-Daten-Kacheln können dabei Messpunkte sein, die zusammen mit der Ausrichtung der IST-Daten-Kacheln zu den SOLL-Daten mitbewegt wurden. Alternativ können die Punkte auch Eckpunkte und/oder Knotenpunkte eines Dreiecksgitternetzes sein, welches bei der Ermittlung der IST-Daten aus den Messpunkten zur Bildung der Gesamt-IST-Flächen-Daten verwendet wurden. Bei der Ausrichtung der IST-Daten-Kacheln sind diese Eck- und/oder Knotenpunkte bei der Ausrichtung der IST-Daten-Kacheln jedenfalls mitbewegt worden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist von Vorteil, dass das zu prüfende Bauteil lediglich ein einziges Mal vermessen werden muss. Die dabei aus Messpunkten erhaltenen Gesamt-IST-Daten können dabei auf zweifache Art und Weise verwendet werden. Zum einen kann die Gesamtheit der erhaltenen IST-Daten zu der Gesamtheit der SOLL-Daten bestmöglich, beispielweise mit einer Bestfit-Ausrichtung ausgerichtet werden, wobei bei einem Vergleich der ausgerichteten Gesamt-IST-Daten zu den SOLL-Daten insbesondere Formfehler des zu prüfenden Bauteils ermittelbar sind.
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In bevorzugter Art und Weise kann von den aus den Messpunkten erhaltenen Gesamt-IST-Daten eine Kopie angefertigt werden, die dann dem erfindungsgemäßen weiteren Verfahren zugrunde gelegt werden und die Gesamt-IST-Daten, wie oben beschrieben, zunächst in eine Vielzahl von IST-Daten-Kacheln zerstückelt werden. Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren hierdurch einen Aufwandsvorteil gewährleistet, da das zu prüfende Bauteil lediglich einmal vermessen werden muss.
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Zum Zweiten hat sich gezeigt, dass die datentechnische Verarbeitung der Gesamt-IST-Daten, insbesondere das Zerstückeln der Gesamt-IST-Daten in eine Vielzahl von IST-Daten-Kacheln und das anschließende Ausrichten der einzelnen IST-Daten-Kacheln auf die korrespondierenden SOLL-Daten einen relativ geringen Rechenaufwand erzeugt und somit hierdurch ebenfalls ein Zeitvorteil bzw. ein Vorteil hinsichtlich der erforderlichen Hardwareleistungsfähigkeit erzielbar ist.
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Das Vermessen des zu prüfenden Bauteils erfolgt bevorzugt mittels optischer oder computertomographischen Messverfahren, die eine ausreichende Genauigkeit bei der Vermessung der Oberfläche eines Bauteils aufweisen. Als Ergebnis dieser Messverfahren, die gegenüber taktilen Messverfahren bei vergleichbarer Messdauer eine wesentlich höhere Auflösung besitzen, liegt eine größere Vielzahl von Messpunkten vor, aus denen die Gesamt-IST-Flächen-Daten erzeugt werden.
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In einer bevorzugten Art und Weise werden alle IST-Daten-Kacheln jeweils einzeln und individuell auf die zu den IST-Daten der Kacheln korrespondierende SOLL-Daten ausgerichtet. Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, lediglich eine Teilmenge der IST-Daten-Kacheln in den Bereichen, der Oberfläche des zu prüfenden Bauteils auf die SOLL-Daten auszurichten, bei denen es z. B. bekannt ist, dass Oberflächenfehler gehäuft auftreten.
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Als mögliche Art der Ausrichtung der einzelnen IST-Daten-Kacheln auf die SOLL-Daten hat sich eine Bestfit-Ausrichtung bewährt, derart, dass die Summe aller Flächenabweichungen einer IST-Daten-Kachel gegenüber den korrespondierenden SOLL-Daten minimal ist.
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Unter einer Bestfit-Ausrichtung wird erfindungsgemäß verstanden, dass eine oder mehrere der IST-Daten-Kacheln über eine oder mehrere Translationen und/oder eine oder mehrere Drehungen derart optimal an die SOLL-Daten angepasst wird, dass die Summe aller Flächenabweichungen gegenüber dem korrespondierenden SOLL-Daten minimal ist. Die Translationen können dabei entlang von Raumachsen, z. B. einer X-, Y- oder Z-Achse eines Koordinatensystems oder entlang eines beliebigen Vektors in diesem Koordinatensystem erfolgen. Gleichermaßen können die Drehungen um die X-, um die Y- und/oder um die Z-Achse erfolgen, wobei auch beliebige Vektoren in einem Koordinatensystem (X-, Y-, Z-System) als Drehachse fungieren können.
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Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, die Freiheitsgrade der translatorischen Ausrichtungen und/oder die Freiheitsgrade der rotatorischen Ausrichtungen einzuschränken. Die Einschränkungen einzelner oder mehrerer Freiheitsgrade, insbesondere bezüglich der translatorischen Ausrichtung und/oder der rotatorischen Ausrichtung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn durch eine Translation oder Rotation in Richtung des betreffenden Freiheitsgrades oder um eine Achse in Richtung des betreffenden Freiheitsgrades eine Überdeckung der ausgerichteten IST-Daten-Kacheln durch eine solche Verlagerung gegenüber den korrespondierenden SOLL-Daten verschlechtert würde.
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Durch diese Maßnahme gelingt es, Oberflächenfehler repräsentierende kleinere Abweichungen zwischen einer IST-Daten-Kachel und den korrespondierenden SOLL-Daten leichter erfassbar zu machen und die großflächigeren und hinsichtlich Ihres Betrages größeren Formfehler auszublenden. Die IST-Daten-Kachel wird somit bestmöglich an die korrespondierenden SOLL-Daten angelegt bzw. angepasst, wodurch kleinflächigere Oberflächenfehler, die üblicherweise auch einen geringeren Fehlerbetrag aufweisen als nicht herausgerechnete Flächenabweichungen übrig bleiben.
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Zur Vereinfachung des Rechenaufwandes kann es sinnvoll sein, die Ausrichtung der einzelnen IST-Daten-Kacheln auf die korrespondierenden SOLL-Daten jeweils lediglich mittels einer translatorischen Verschiebung vorzunehmen, die IST-Daten-Kachelspezifisch in einem Koordinatensystem entlang einer X-, Y- und/oder Z-Achse erfolgt. Eine derartige Verschiebung macht insbesondere dann Sinn, wenn die IST-Daten-Kacheln nur geringe Krümmungen aufweisen.
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Im Falle von größeren Krümmungen der IST-Daten-Kacheln kann die Ausrichtung der einzelnen IST-Daten-Kacheln auf die korrespondierenden SOLL-Daten rotatorisch, zweckmäßiger Weise jeweils über IST-Daten-Kachel-spezifische Drehungen um Koordinatenachsen, beispielsweise eine X-, Y- und/oder Z-Achse erfolgen.
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Bevorzugt ist es darüber hinaus, die IST-Daten-Kacheln während der Ausrichtung zu den korrespondierenden SOLL-Daten wie Starrkörper oder starre Flächen zu behandeln. Sie werden als Ganzes unverformt verschoben und/oder verdreht und/oder im Rahmen einer Bestfit-Ausrichtung an die SOLL-Daten angepasst. Dies verringert ebenfalls den erforderlichen Rechenaufwand.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Ausrichtung der einzelnen IST-Daten-Kacheln auf die korrespondierenden SOLL-Daten in einer Verschieberichtung senkrecht zur IST-Daten-Kachel oder in einer Richtung senkrecht zu einer Bestfit-Ebene, die vorab gebildet und zur IST-Daten-Kachel ausgerichtet wird, erfolgen. Dies bedeutet, dass zu zumindest eine oder zu zumindest eine Auswahl von IST-Daten-Kacheln zunächst eine Bestfit-Ebene erzeugt wird. Nach Erhalt dieser Bestfit-Ebene wird ein Lot auf diese Ebene erzeugt. Die Verschiebung, d. h. Ausrichtung der betreffenden IST-Daten-Kachel wird dann lediglich entlang des Lotes bzw. der Lotrichtung vorgenommen, bis die Summe der Flächenabweichungen zwischen der IST-Daten-Kachel und den korrespondierenden SOLL-Daten minimal ist.
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Weiterhin kann es zweckmäßig sein, die Ausrichtung der einzelnen IST-Daten-Kacheln auf die korrespondierenden SOLL-Daten durch eine Kombination der Maßnahmen ”Verschiebung entlang Koordinatenachsen”, ”Drehungen um Koordinatenachsen” und/oder ”Verschiebungen entlang von Flächennormalen auf Bestfit-Ebenen” durchzuführen.
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Zweckmäßiger Weise erfolgt das Zerstückeln der Gesamt-IST-Daten in eine Vielzahl von IST-Daten-Kacheln iterativ unter Erhöhung der Anzahl der IST-Daten-Kacheln von einem Iterationsschritt zum nächsten Iterationsschritt, bis eine vordefinierte Abbruchbedingung erreicht ist. Als vordefinierte Abbruchbedingung kann beispielsweise das Unterschreiten eines vorbestimmten, maximal zulässigen Wertes für die Kantenlänge einer Kachel dienen. Als mögliche weitere Abbruchbedingung kommt beispielsweise die Unterschreitung eines maximal zulässigen Wertes für die Summe aller Flächenabweichungen aller Kacheln in Frage. Ersteres hat einen relativ geringen Rechenaufwand zur Folge, da nicht nach jedem Iterationsschritt eine Flächenabweichungsbestimmung durchgeführt werden muss. Die letztere der beiden genannten Alternativen ergibt eine genauere Anpassung der IST-Daten-Kacheln an die korrespondierenden SOLL-Daten. Diese Maßnahme empfiehlt sich insbesondere in Bereichen, von denen es bekannt ist, dass dort bevorzugt Oberflächenfehler auftreten.
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Außerdem kann eine vordefinierte Abbruchbedingung eine vom Messpersonal oder Prüfpersonal vorgegebene Anzahl an Iterationsschritten sein, wobei die Anzahl im Wesentlichen von der Bauteilgeometrie, insbesondere der Geometrie der Oberfläche des Bauteils abhängig ist. So kann es z. B. bei einem weniger stark gekrümmten Bauteil bereits ausreichen, eine geringere Anzahl von Iterationsschritten durchzuführen, wobei es bei einem sehr stark gekrümmten Bauteil oder im Bereich von stark gekrümmten Zonen eines Bauteils zweckmäßig ist, gegebenenfalls eine höhere Anzahl von Iterationsschritten durchzuführen.
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Dabei kann es zweckmäßig sein eine Auswahl, bereits vorhandener IST-Daten-Kacheln von einem Iterationsschritt zum nächsten jeweils in weitere, kleinere Kacheln aufzuteilen. Diese Maßnahme kann insbesondere von Vorteil sein, wenn nicht über das gesamte Bauteil bzw. über die gesamte Oberfläche des Bauteils, sondern lediglich in bestimmten Bereichen des Bauteils, beispielsweise aufweisend starke Krümmungen eine höhere Anzahl von Iterationsschritten durchgeführt wird, als in Bereichen der Oberfläche, die eine geringere Krümmung aufweisen.
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Alternativ hierzu kann es auch zweckmäßig sein, bei jedem Iterationsschritt die bereits vorhandenen IST-Daten-Kacheln zunächst zu einem kompletten modifizierten Gesamt-IST-Daten-Satz zusammenzusetzen und anschließend die aus den IST-Daten-Kacheln zusammengesetzten modifizierten Gesamt-IST-Daten erneut mittels einer feineren Zerstückelung der modifizierten Gesamt-IST-Daten in eine höhere Vielzahl von IST-Daten-Kacheln zu zerstückeln.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist von besonderem Vorteil, dass das Vermessen des zu prüfenden Bauteils mit einem einzigen Messgerät in einem einzigen Messdurchgang erfolgen kann und die hieraus erhaltenen Gesamt-IST-Daten zur Detektion und/oder Messung von Oberflächenfehlern des Bauteils verwendet werden können. Eine Kopie der Gesamt-IST-Daten kann z. B. dann in einem parallelen Prozess zur Ermittlung von Formabweichungen des zu prüfenden Bauteils verwendet werden.
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Somit können mit einem einzigen Messdurchgang in geeigneten Rechnerstrukturen parallel sowohl Oberflächenfehler als auch Formfehler detektiert und gemessen werden.
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Wird, insbesondere nach einer genügend erfolgten iterativen Zerstückelung, in einem ersten Schritt eine Lage eines Oberflächenfehlers bezüglich des zu prüfenden Bauteils qualitativ ermittelt, kann es sein, dass dieser Oberflächenfehler in einem Übergangsbereich zweier IST-Daten-Kacheln vorliegt. Ist dies der Fall, ist es zweckmäßig in einem zweiten Schritt ein erneutes Zerstückeln der IST-Daten in dem Bereich des detektierten Oberflächenfehlers vorzunehmen, wobei hierbei die Zerstückelung der Kacheln derart erfolgt, dass ein qualitativ detektierter Oberflächenfehler nicht im Kantenbereich einer der aus der erneuten Zerstückelung hervorgegangen IST-Daten-Kacheln liegt oder von einem solchen Kantenbereich einer IST-Daten-Kachel durchzogen ist. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass ein Oberflächenfehler möglichst innerhalb einer IST-Daten-Kachel liegt, wobei nach der erfolgten Ausrichtung der IST-Daten-Kachel zu den korrespondierenden SOLL-Daten dann innerhalb einer einzigen Kachel der Oberflächenfehler als Ganzes liegt und mit geringerem Rechenaufwand detektiert und/oder vermessen werden kann.
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Außerdem wird die Detektion und/oder Ermittlung der Größe des Oberflächenfehlers im Rahmen einer solchen Maßnahme nicht dadurch beeinflusst, dass im Grenzbereich zwischen zwei IST-Daten-Kacheln diese aufgrund der Kacheln-individuellen Ausrichtung zu den SOLL-Daten sich gegebenenfalls ein minimales Stück überschneiden oder eine Lücke oder eine Unstetigkeit (Sprung) entsteht. Derartige Effekte können mit dieser Maßnahme ausgeblendet werden.
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Generell hat es sich als zweckmäßig erwiesen, in Bereichen der zu prüfenden Oberfläche, die größere Krümmungen aufweisen, die Fläche, d. h. die Größe der Fläche der IST-Daten-Kacheln kleiner zu wählen als in Bereichen der zu prüfenden Oberfläche mit Bereichen, die weniger gekrümmt sind, d. h. eine geringere Krümmung aufweisen.
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Die Ausgabe der im erfindungsgemäßen Verfahren bestimmten Flächenabweichungen zur Sichtbarmachung der betragsmäßigen Größe der Oberflächenfehler kann in besonders vorteilhafter Weise graphisch in Form einer Falschfarbendarstellung des zu prüfenden Bauteils erfolgen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: schematisch einen Schnitt durch SOLL-Daten eines zu vermessenden Bauteils;
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2: den Schnitt gemäß 1 durch im Rahmen einer Messung erhaltene Gesamt-IST-Daten des Bauteils aus 1;
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3: eine Überlagerung der SOLL-Daten aus 1 und der Gesamt-IST-Daten aus 2, wobei die Gesamt-IST-Daten aus 2 als Ganzes im Rahmen einer Bestfit-Anpassung zu den SOLL-Daten aus 1 ausgerichtet sind;
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4a: schematisch eine Ausrichtung einer Vielzahl von IST-Daten-Kacheln auf korrespondierende SOLL-Daten des zu vermessenden Bauteils;
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4b: schematisch modifizierte IST-Daten des zu prüfenden Bauteils, welche aus einzelnen IST-Daten-Kacheln, die auf korrespondierende SOLL-Daten ausgerichtet wurden, zusammengesetzt sind;
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5: eine Darstellung vergleichbar zur 3, bei der innerhalb einer ovalen Markierung in einer Schnittdarstellung einer Ausrichtung eines Teilbereiches der IST-Daten, d. h. einer oder mehrerer IST-Daten-Kacheln auf korrespondierende SOLL-Daten durchgeführt wurde;
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6: beispielhaft eine graphische Darstellung von Oberflächenfehlern eines zu prüfenden Bauteils deren Lagebestimmung und deren Quantifizierung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren stattgefunden hat.
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1 zeigt einen Schnitt durch SOLL-Daten 1 eines zu prüfenden Bauteils 2 in Form einer durchgezogenen Linie. Diese SOLL-Daten 1 des Bauteils 2 sind beispielsweise CAD-Daten des zu prüfenden Bauteils 2.
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In 2 ist mittels einer gestrichelten Linie der gleiche Schnitt wie in 1 durch ein reales, zu prüfendes Bauteil 2 dargestellt, wobei der Schnittverlauf aus Gesamt-IST-Daten 3, die im Rahmen einer Vermessung des zu prüfenden Bauteils 2 erhalten wurden, gebildet ist. Innerhalb einer Markierung 4 in 2 ist als lokale Delle ein Oberflächenfehler 5 schematisch dargestellt. Zudem weist das reale Bauteil 2 gemäß 2 gegenüber den SOLL-Daten 1 gemäß 1 Formabweichungen, d. h. Formfehler auf. Ein derartiger Formfehler ist schematisch dadurch angedeutet, dass ein Abstand x zwischen Endpunkten der Schnittlinie gemäß 1 kleiner ist als ein korrespondierender Abstand x' zwischen den korrespondierenden Endpunkten des Schnitts durch die Gesamt-IST-Daten 3 gemäß 2. Auch weist die Schnittlinie gemäß 2 durch die Gesamt-IST-Daten 3 eine flachere Krümmung auf als die Schnittlinie gemäß 1 durch die SOLL-Daten 1.
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Wird nun die Schnittlinie gemäß 2 im Wege einer Bestfit-Ausrichtung als Ganzes an die SOLL-Daten 1 gemäß 1 ausgerichtet, um eine bestmögliche Übereinstimmung bzw. eine geringstmögliche Summe aller Flächenabweichungen zu erhalten, so erhält man einen überlagerten Verlauf gemäß 3.
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Aus 3 ist erkennbar, dass die Lage des Abstandes x zum Abstand x' unterschiedlich ist. Weiterhin ist der Abstand x' deutlich größer als der Abstand x. Derartige Formabweichungen, die mittels einer Schraffur 6 schematisch dargestellt sind, sind in bestimmten Bereichen deutlich größer als Unterschiede zwischen den Gesamt-IST-Daten 3 und der SOLL-Daten 1 im Bereich des Oberflächenfehlers 5 (Kreuzschraffur 7). Somit besteht die Gefahr, dass bei einer derartigen Überlagerung von SOLL-Daten 1 und Gesamt-IST-Daten 3 Oberflächenfehler 5 in den Hintergrund treten und gegebenenfalls nicht detektiert werden.
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In 4a ist dargestellt, dass die gemessenen Gesamt-IST-Daten 3 in eine Vielzahl von IST-Daten-Kacheln 10 zerstückelt sind. Jede der IST-Daten-Kacheln 10 wird auf einen korrespondierenden SOLL-Daten-Bereich bestmöglich ausgerichtet. Eine solche Ausrichtung kann im Wege einer sogenannten Bestfit-Ausrichtung, einer lediglich translatorischen Ausrichtung oder einer lediglich rotatorischen Ausrichtung der einzelnen IST-Daten-Kacheln 10 relativ zu den SOLL-Daten 1 erfolgen. In 4a ist eine derartige Ausrichtung vereinfachend mittels Pfeilen 11 dargestellt. Die zueinander beabstandete Darstellung der IST-Daten-Kacheln 10 in 4a hat lediglich darstellerische Gründe. Im Rahmen der 4a soll gezeigt werden, dass jede der IST-Daten-Kacheln 10 auf die SOLL-Daten 1, welche in 4a durch eine Darstellung einer Türaußenhaut 12 repräsentiert ist, ausgerichtet wird. In ausgewählten Bereichen 13, beispielsweise im Bereich einer Türgriffsmulde können die IST-Daten-Kacheln 10 kleiner gewählt werden, um eine höhere Auflösung zu erreichen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Türgriffmulde lediglich beispielhaft zu verstehen. Es können nach Erfahrungswerten ausgewählte Bereiche, in denen Oberflächenfehler zu erwarten sind, ausgewählt werden oder beispielsweise Bereiche, bei denen eine bestimmte Krümmung oder ein bestimmter Krümmungsbereich vorliegt, ausgewählt werden. Die Bereiche, in denen die IST-Daten-Kacheln 10 feiner zerstückelt werden, sind dabei von Bauteil zu Bauteil verschieden und insbesondere kann es zweckmäßig sein, in Sichtbereichen eines Außenhautbauteils ein höheres Maß an Zerstückelung der IST-Daten-Kacheln 10 vorzunehmen, als in Bereichen von Außenhautteilen, die nicht oder weniger sichtbar sind.
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Nachdem alle IST-Daten-Kacheln 10 zu ihren korrespondierenden SOLL-Daten ausgerichtet sind, wird zweckmäßigerweise aus allen IST-Daten-Kacheln 10 ein modifizierter Gesamt-IST-Daten-Satz 15 zusammengesetzt, welcher mit den SOLL-Daten 1 verglichen wird. Ein aus solchen ausgerichteten IST-Daten-Kacheln 10 zusammengesetzter modifizierter Gesamt-IST-Daten-Satz 15 ist beispielhaft in 4b dargestellt.
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In einer Schnittdarstellung gemäß 5 durch die SOLL-Daten 1 und durch den modifizierten Gesamt-IST-Datensatz 15, wobei beispielsweise eine Bestfit-Ausrichtung der IST-Daten-Kacheln 10 relativ zu den SOLL-Daten 1 stattgefunden hat, treten Oberflächenfehler 5 (Kreuzschraffur 7) deutlicher zu Tage und können mittels eines Datenvergleiches detektiert werden. In einem solchen Datenvergleich, bei dem die maximalen Flächenabweichungen bestimmt werden, sind durch die Ausrichtung der einzelnen IST-Daten-Kacheln 10, aus denen der modifizierte IST-Daten-Satz erhalten wurde, die Formfehler des zu prüfenden Bauteils 2 ausgeblendet. Die Formfehler des zu prüfenden Bauteils 2 überlagern also hinsichtlich ihrer Größenordnung nicht mehr die Oberflächenfehler 5 des zu prüfenden Bauteils. Zur Anzeige der Lage und der Größe der Oberflächenfehler 5 im zu prüfenden Bauteil bietet sich dann eine Falschfarbendarstellung, wie sie in 6 dargestellt ist, an. Lokale Oberflächenfehler 5 treten durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung der Gesamt-IST-Daten, die gemessen wurden, deutlicher hervor und können leicht graphisch sichtbar gemacht werden. In Abhängigkeit der Höhe der Abweichung der ausgerichteten IST-Daten-Kacheln 10 zu den SOLL-Daten 1 kann der Abweichungshöhe ein bestimmter Farbwert zugeordnet werden, woraus sich anhand einer entsprechenden Skala ein absolutes Maß für den Oberflächenfehler, beispielsweise die Tiefe des Oberflächenfehlers ermitteln lässt.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist von besonderem Vorteil, dass es lediglich einer, z. B. optischen Vermessung des zu prüfenden Bauteils bedarf. Aus den erhaltenen Gesamt-IST-Daten kann in einfacher Art und Weise – wie bekannt – durch eine Ausrichtung der gesamten gemessenen Gesamt-IST-Daten an den SOLL-Daten 1 in einfacher Art und Weise eine Formfehlerermittlung stattfinden.
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Durch die erfindungsgemäße Zerstückelung der gemessenen Gesamt-IST-Daten in IST-Daten-Kacheln 10 und deren einzelne Ausrichtung auf korrespondierende SOLL-Daten 1, macht es in einfacher Art und Weise möglich, die gemessenen Gesamt-IST-Daten 3 auch zur Sichtbarmachung, also zur Detektion und zur Vermessung von Oberflächenfehlern 5 zu nutzen. Hierfür ist es zweckmäßig, vor der Zerstückelung der gemessenen Gesamt-IST-Daten eine Kopie der gemessen Gesamt-IST-Daten anzufertigen, wobei die Kopie der gemessenen Gesamt-IST-Daten beispielsweise zur Ermittlung der Formfehler des zu prüfenden Bauteils 2 verwendet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- SOLL-Daten
- 2
- Bauteil
- 3
- (Gesamt-)IST-Daten
- 4
- Markierung
- 5
- Oberflächenfehler
- 6
- Schraffur
- 7
- Kreuzschraffur
- 10
- IST-Daten-Kachel
- 11
- Pfeile
- 15
- modifizierter Gesamt-IST-Daten-Satz
- x, x'
- Abstand
- v →w →
- Vektoren
