DE102019008821A1

DE102019008821A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Zweipunktgröße eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102019008821A1
Application number: DE102019008821.2A
Authority: DE
Inventors: Erich Otto Putnik; Till Martin Bruckdorfer
Original assignee: Mitutoyo Europe GmbH; Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Europe GmbH; Mitutoyo Corp
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-06-24
Also published as: EP3839421A1; US20210190469A1; US11480420B2; JP2021096231A; CN113008143A; EP3839421B1

Abstract

Ein Aspekt betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Bestimmen einer Zweipunktgröße eines Werkstücks (30), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:Empfangen eines Satzes von Messpunkten (50) des Werkstücks (30);Bestimmen einer Längsachse (L) des Werkstücks (30) basierend auf dem Satz von Messpunkten (50);Projizieren zumindest eines Teils des Satzes von Messpunkten (50) in eine Projektionsebene senkrecht zu der Längsachse (L), um einen Satz von Projektionspunkten zu erhalten; undBestimmen einer Zweipunktgröße des Werkstücks (30) basierend auf dem Satz von Projektionspunkten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des Messens von Werkstücken, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Zweipunktgröße eines Werkstücks.
Die Zweipunktgröße eines Werkstücks, vorzugsweise eines Werkstücks mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form, ist ein Abstand (lokale Größe) zwischen zwei Punkten der Oberfläche des Werkstücks, die sich in Bezug auf die Längsachse des Werkstücks gegenüberliegen. In dem Fall eines zylindrischen Werkstücks liegen sich die beiden Punkte in Bezug auf die Zylinderachse des Werkstücks gegenüber.
Bekannte Verfahren zum Bestimmen der Zweipunktgröße erfordern Messdaten (z. B. Messpunkte), die durch Messen des Werkstücks in Umfangsrichtung um eine Längsachse des Werkstücks (z. B. eine Zylinderachse eines zylindrischen Werkstücks) und an verschiedenen Positionen entlang der Längsachse erhalten werden. Messpunkte, die durch umfängliches Messen des Werkstücks um die Längsachse an einer Position erhalten werden, stellen eine Umdrehung des Werkstücks dar, und diese Messpunkte liegen im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse des Werkstücks. Um das Werkstück jedoch so genau wie möglich zu messen, muss eine große Anzahl von Umdrehungen des Werkstücks gemessen werden (d. h. Umdrehungen an verschiedenen Positionen entlang der Längsachse des Werkstücks), wobei jede Umdrehung entlang der Längsachse des Werkstücks verschoben wird. Ferner erfordert das Messen des Werkstücks, dass eine das Werkstück messende Sonde für jede einzelne Umdrehung ausgerichtet werden muss, d. h. an einer neuen Position entlang der Längsachse des Werkstücks ausgerichtet werden muss. Dies resultiert in so vielen einzelnen Messungen wie Umdrehungen gemessen werden, die Messpunkte werden nicht kontinuierlich gemessen. Um eine genaue Zweipunktgröße des Werkstücks zu erhalten, ist dementsprechend das Messen des Werkstücks langwierig und umständlich.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das Obige geschaffen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Zweipunktgröße eines Werkstücks bereitzustellen, die ein schnelles Messen des Werkstücks ermöglichen, während eine genaue Bestimmung der Zweipunktgröße des Werkstücks bereitgestellt wird.
Insbesondere ermöglicht die vorliegende Erfindung das Bestimmen einer genauen Zweipunktgröße des Werkstücks, während das Messen des Werkstücks schnell durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Bestimmen der Zweipunktgröße eines Werkstücks, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Empfangen eines Satzes von Messpunkten des Werkstücks;
Bestimmen einer Längsachse des Werkstücks basierend auf dem Satz von Messpunkten;
Projizieren zumindest eines Teils des Satzes von Messpunkten in eine Projektionsebene senkrecht zu der Längsachse, um einen Satz von Projektionspunkten zu erhalten; und
Bestimmen einer Zweipunktgröße des Werkstücks basierend auf dem Satz von Projektionspunkten.

Vorteilhafterweise ermöglicht das Verfahren das Bestimmen der Zweipunktgröße eines Werkstücks unter Verwendung von Messpunkten, die kontinuierlich gemessen wurden und die möglicherweise nicht in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse des Werkstücks liegen, da die Messpunkte in der Projektionsebene projiziert werden und die Zweipunktgröße basierend auf den Projektionspunkten bestimmt wird. Kontinuierlich gemessen bedeutet, dass die Messpunkte mit einer einzigen Messung erfasst wurden. Dementsprechend kann das Messen des Werkstücks schneller durchgeführt werden, während die Zweipunktgröße immer noch genau bestimmt werden kann.
Vorzugsweise wird der Satz von Messpunkten durch Messen der Oberfläche des Werkstücks mit einer Messvorrichtung erhalten. Jeder Messpunkt kann eine dreidimensionale (3D) Positionsinformation einer gemessenen Stelle der Oberfläche des Werkstücks in Bezug auf eine Referenzstelle darstellen, z. B. eine 3D-Koordinate der gemessenen Stelle. Die Messpunkte können vorzugsweise von einer Koordinatenmessvorrichtung erhalten werden, die das Werkstück misst. Exemplarische Koordinatenmessvorrichtungen können die Messpunkte unter Verwendung einer Sonde erhalten, die das Werkstück abtastet. Die Sonde kann so konfiguriert sein, dass sie die Oberfläche zum Messen des Werkstücks berührt, z. B. mit einer Stiftspitze, oder die Sonde kann so konfiguriert sein, dass sie die Oberfläche berührungslos misst, z. B. optisch, computertomographisch und/oder röntgenbasiert. Ferner ist es bevorzugt, dass die Messvorrichtung und/oder die Sonde das Werkstück in einem einzigen Scan misst. Das heißt, die Messpunkte werden vorzugsweise mit dem einzigen Scan erfasst.
Ferner kann jeder Projektionspunkt des Satzes von Projektionspunkten, der in die Projektionsebene projiziert wird, einem Messpunkt des Satzes von Messpunkten entsprechen. Insbesondere kann jeder Projektionspunkt des Satzes von Projektionspunkten einem anderen Messpunkt des Satzes von Messpunkten entsprechen. Durch Projizieren des Teils des Satzes von Messpunkten in die Projektionsebene kann jeder Projektionspunkt des Satzes von Projektionspunkten eine zweidimensionale (2D) Positionsinformation darstellen, z. B. eine 2D-Koordinate.
Vorzugsweise wird der (vollständige) Satz von Messpunkten in die Projektionsebene projiziert, d. h. alle Messpunkte des Satzes von Messpunkten, um den Satz von Projektionspunkten zu erhalten. Ferner kann die Projektionsebene, die senkrecht zu der Längsachse des Werkstücks ist, eine Normale aufweisen, die parallel zu der Längsachse des Werkstücks ist. Alternativ kann der Satz von Messpunkten auf falsche Messpunkte (d. h. Ausreißer) analysiert werden, die nicht in die Projektionsebene projiziert werden, so dass nur ein Teil der Messpunkte in die Projektionsebene projiziert wird.
Vorzugsweise kann der Satz von Messpunkten aus Messpunkten bestehen, die aus einer Helixmessung des Werkstücks erhalten werden, und/oder das Werkstück kann eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweisen.
Vorteilhafterweise ermöglicht eine Helixmessung eines vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen Werkstücks eine schnellere Messung des Werkstücks im Vergleich zu bekannten Messverfahren, die oben erörtert wurden. Bei einer Helixmessung kann die Oberfläche des Werkstücks entlang eines Pfads gemessen werden, der eine im wesentlichen helikale Bahn aufweist, z. B. eines Pfads, der die Form eines Schraubengewindes aufweist, Insbesondere resultiert die Helixmessung in einem Satz von Messpunkten mit einer im Wesentlichen regelmäßigen axialen Differenz ungleich Null entlang der Längsachse des Werkstücks (z. B. der Zylinderachse eines zylindrischen Werkstücks) zwischen aufeinanderfolgenden und/oder benachbarten Messpunkten des Satzes von Messpunkten. Das heißt, im Vergleich zu herkömmlichen Messverfahren, bei denen Messpunkte einer Umdrehung im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zu der Längsrichtung des Werkstücks liegen, liegen Messpunkte einer Umdrehung, die mit einer Helixmessung erhalten werden, nicht in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse des Werkstücks. Ferner ermöglicht die Helixmessung, das Werkstück zu messen, ohne die Sonde entlang der Längsachse für jede Umdrehung des Werkstücks auszurichten, und somit kann die Messung schneller durchgeführt werden. Vorzugsweise ist die Helixmessung auf Werkstücke mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form anwendbar.
Ferner kann der mit einer Helixmessung erhaltene Satz von Messpunkten Messpunkte umfassen, die aus zumindest einer Umdrehung um die Längsachse des Werkstücks und/oder die Zylinderachse eines im Wesentlichen zylindrischen Werkstücks erhalten werden. Vorzugsweise kann der Satz von Messpunkten Messpunkte umfassen, die aus einer Mehrzahl von Umdrehungen um die Längsachse des Werkstücks und/oder die Zylinderachse eines im Wesentlichen zylindrischen Werkstücks erhalten werden. Aus den Messpunkten kann eine Umdrehung ermittelt werden, indem die Winkeldifferenz um die Längsachse des Werkstücks und/oder um die Zylinderachse eines zylindrischen Werkstücks zwischen aufeinanderfolgenden und/oder benachbarten Messpunkten bis zu 360 Grad summiert wird.
Vorzugsweise kann der Schritt des Bestimmens der Längsachse des Werkstücks das Bestimmen eines Formmodells des Werkstücks basierend auf dem Satz von Messpunkten und das Bereitstellen der Längsachse des Formmodells als Längsachse des Werkstücks umfassen. Normalerweise weist das Werkstück keine perfekte Form, z. B. eine perfekte zylindrische Form, auf. Das heißt, in dem Fall eines zylindrischen Werkstücks kann der Durchmesser des Werkstücks abhängig von der Messstelle variieren. Derartige Abweichungen spiegeln sich in dem Satz der Messpunkte wider und das Formmodell liefert vorteilhafterweise eine Annäherung an die Form des Werkstücks, wodurch die Bestimmung der Längsachse des Werkstücks ermöglicht wird.
Vorzugsweise kann für ein im Wesentlichen zylindrisches Werkstück das Formmodell ein zylindrisches Formmodell sein, vorzugsweise ein Gaußsches Zylinderformmodell, und die Längsachse des Werkstücks kann einer Zylinderachse des Zylinderformmodells entsprechen. Das Gaußsche Zylinderformmodell kann ein Zylinderformmodell bereitstellen, das so nah wie möglich an dem Teil des Satzes von Messpunkten und/oder so nah wie möglich an dem Satz von Messpunkten angeordnet ist. Insbesondere kann das Gaußsche Zylinderformmodell unter Verwendung des Verfahrens der kleinsten Quadrate auf dem Satz von Messpunkten erhalten werden.
Abhängig von den Umständen kann jedoch ein anderes Modell mit zylindrischer Form angewendet werden. Zum Beispiel kann das Zylinderformmodell zumindest eines eines minimalen umschriebenen Zylinderformmodells und eines maximalen eingeschriebenen Zylinderformmodell umfassen.
Vorteilhafterweise liefert das Zylinderformmodell eine gute Annäherung an die Form des zylindrischen Werkstücks. Somit ermöglicht das Zylinderformmodell eine gute Annäherung der Längsachse des Werkstücks und/oder der Zylinderachse des zylindrischen Werkstücks.
Vorzugsweise kann der Schritt des Projizierens zumindest eines Teils des Satzes von Messpunkten in die Projektionsebene und/oder des Projizierens des Satzes von Messpunkten in die Projektionsebene das Projizieren zumindest eines Teils des Satzes von Messpunkten und/oder des Satz von Messpunkten parallel zu der Längsachse umfassen. Somit kann jeder Projektionspunkt des Satzes von Projektionspunkten erhalten werden, indem ein entsprechender Messpunkt des Satzes von Messpunkten in die Projektionsebene parallel zu der Längsachse des Werkstücks und/oder der Zylinderachse des Werkstücks (in dem Fall eines zylindrischen Werkstücks) projiziert wird.
Vorzugsweise kann der Schritt des Bestimmens der Zweipunktgröße des Werkstücks das Bestimmen eines Kreismittelpunkts eines Kreises basierend auf dem Satz von Projektionspunkten umfassen, wobei der Kreis vorzugsweise ein Gaußscher Kreis ist, der aus dem Satz von Projektionspunkten bestimmt wird. Das heißt, der Kreis wird aus der Menge der Projektionspunkte bestimmt. Ferner kann ein Gaußscher Kreis ein Kreis sein, der auf bestmögliche Weise in der Mitte zwischen dem Satz von Projektionspunkten liegt.
Darüber hinaus kann der Schritt des Bestimmens der Zweipunktgröße des Werkstücks das Bestimmen eines Paars von Punkten basierend auf dem Satz von Projektionspunkten, wobei sich das Paar von Punkten in Bezug auf den Kreismittelpunkt gegenüberliegt, und das Bestimmen der Zweipunktgröße durch Berechnung des Abstands zwischen dem Paar von Punkten umfassen. Ferner kann das Bestimmen des Kreismittelpunkts für ein zylindrisches Werkstück durchgeführt werden.
Vorteilhafterweise resultiert die Bestimmung des Kreismittelpunkts in einer guten Annäherung des Kreismittelpunkts, da das Werkstück normalerweise keine perfekte Form aufweist, wie oben erörtert. Die Verwendung des bestimmten Kreismittelpunkts ermöglicht eine genaue Bestimmung der Zweipunktgröße des Werkstücks. Ferner ist der aus dem Satz von projizierten Punkten bestimmte Kreis nicht auf einen Gaußschen Kreis beschränkt. Beispielsweise kann der ermittelte Kreis zumindest einen eines minimalen umschriebenen Kreises bzw. Umkreises und eines maximalen eingeschriebenen Kreises bzw. Inkreises umfassen, die aus dem Satz von Projektionspunkten bestimmt werden.
Vorzugsweise kann das Paar von Punkten zumindest einen Punkt des Satzes von Projektionspunkten enthalten, und falls der andere Punkt des Paars von Punkten nicht in dem Satz von Projektionspunkten enthalten ist, umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen des anderen Punktes durch Interpolation basierend auf dem Satz von Projektionspunkten. Alternativ können beide Punkte des Paars von Punkten durch Interpolation des Satzes von Projektionspunkten abgeleitet werden.
Vorteilhafterweise ist es möglich, die Zweipunktgröße auch für Fälle zu bestimmen, in denen der Satz von Projektionspunkten keine Projektionspunkte umfasst, die sich in Bezug auf den Kreismittelpunkt gegenüberliegen.
Vorzugsweise kann der Satz von Messpunkten zumindest eine Teilmenge von Messpunkten enthalten, die einer Umdrehung des Werkstücks entspricht, und der Satz von Projektionspunkten enthält zumindest eine Teilmenge von Projektionspunkten, die der zumindest einen Teilmenge von Messpunkten entspricht. Eine Teilmenge von Projektionspunkten kann erhalten werden, indem eine jeweilige Teilmenge von Messpunkten parallel zu der Längsachse in die Projektionsebene projiziert wird. Ferner ist es bevorzugt, dass der Satz von Messpunkten mehr als eine Teilmenge von Messpunkten enthält, wobei jede Teilmenge von Messpunkten einer unterschiedlichen Umdrehung des Werkstücks entspricht. Insbesondere kann die Anzahl von Teilmengen von Messpunkten gleich der Anzahl von Umdrehungen sein, mit denen das Werkstück gemessen wird. Ferner kann jede Teilmenge von Messpunkten in die Projektionsebene projiziert werden, um eine jeweilige Teilmenge von Projektionspunkten zu erhalten. Das heißt, für jede Umdrehung, mit der das Werkstück gemessen wird, wird eine jeweilige Teilmenge von Projektionspunkten erhalten. Dementsprechend ist es möglich, eine Zweipunktgröße für jede Umdrehung des Werkstücks zu bestimmen.
Aus dem Satz von Messpunkten kann eine Teilmenge von Messpunkten bestimmt werden, die einer Umdrehung des Werkstücks entspricht. Insbesondere kann der Satz von Messpunkten senkrecht auf die Längsachse des Werkstücks projiziert werden, d. h. die Längsachse des Formmodells (z. B. die Zylinderachse des Zylinderformmodells), was zu einem Satz von Zwischenpunkten führt, die auf der Längsachse verteilt sind. Aus dem Satz von Zwischenpunkten werden ein erster Zwischenpunkt und ein zweiter Zwischenpunkt bestimmt, wobei der erste Zwischenpunkt und der zweite Zwischenpunkt unter möglichen Punktpaaren des Satzes von Zwischenpunkten den größten Abstand zueinander aufweisen. Die verbleibenden Zwischenpunkte des Satzes von Zwischenpunkten, d. h. der Satz von Zwischenpunkten ohne den ersten Zwischenpunkt und den zweiten Zwischenpunkt, werden basierend auf ihrem Abstand zu dem ersten Zwischenpunkt oder dem zweiten Zwischenpunkt sortiert. Beispielsweise können die verbleibenden Zwischenpunkte in aufsteigender Reihenfolge ihres Abstands zu dem ersten Zwischenpunkt oder zu dem zweiten Zwischenpunkt sortiert werden. Der erste Zwischenpunkt, die sortierten verbleibenden Zwischenpunkte und der zweite Zwischenpunkt bilden einen Satz sortierter Zwischenpunkte, wobei jeder Punkt des Satzes sortierter Zwischenpunkte auf seinen entsprechenden Messpunkt des Satzes von Messpunkten bezogen werden kann.
Darüber hinaus kann die Bestimmung einer Teilmenge von Messpunkten, die einer Umdrehung entsprechen, auf einem Abstandskriterium oder einem Winkelkriterium basieren. Beispielsweise kann das Abstandskriterium von dem Messprozess des Werkstücks abhängen. Insbesondere kann das Abstandskriterium dem Abstand entlang der Scanachse des Werkstücks entsprechen, der zum Messen einer Umdrehung des Werkstücks erforderlich ist, z. B. einer Schicht- bzw. Scheibendicke. Alternativ kann ein Benutzer das Abstandskriterium definieren.
Basierend auf dem Abstandskriterium kann die Teilmenge von Messpunkten aus dem Satz von Messpunkten bestimmt werden, indem auf nachfolgende Punkte aus dem Satz sortierter Zwischenpunkte Bezug genommen wird, die gerade das Abstandskriterium erfüllen, d. h. der Abstand zwischen dem ersten Punkt der nachfolgenden Punkte und der letzte Punkt der nachfolgenden Punkte erfüllt gerade das Entfernungskriterium. Beispielsweise können Punkte aus dem Satz von Messpunkten der Teilmenge von Messpunkten zugeordnet werden, indem auf entsprechende nachfolgende Punkte aus dem Satz sortierter Zwischenpunkten Bezug genommen wird, bis der Abstand zwischen dem ersten Punkt der nachfolgenden Punkte und dem letzten Punkt der nachfolgenden Punkte größer oder gleich dem Abstandskriterium ist. Dieser Prozess kann für weitere Umdrehungen wiederholt werden, wobei der erste Punkt der nächsten nachfolgenden Punkte aus dem Satz sortierter Zwischenpunkte der Nachfolger des letzten Punktes der vorherigen nachfolgenden Punkte aus dem Satz sortierter Zwischenpunkte ist.
Bei Verwendung des Winkelkriteriums anstelle des Abstandskriteriums können nachfolgende Punkte des Satzes von Messpunkten der Teilmenge von Messpunkten zugeordnet werden, wobei die Reihenfolge berücksichtigt wird, die durch den Satz sortierter Zwischenpunkten bereitgestellt wird, bis der summierte Winkel zwischen den nachfolgenden Punkte in Bezug auf die Längsachse (z. B. die Zylinderachse des Zylinderformmodells) 360° überschreitet. Zum Bestimmen des Winkels zwischen nachfolgenden Punkten in Bezug auf die Längsachse können die nachfolgenden Punkte in eine Ebene senkrecht zu der Längsachse projiziert werden. Dieser Prozess kann für weitere Umdrehungen wiederholt werden, wobei für die nächste Umdrehung der erste Punkt der nächsten nachfolgenden Punkte der Nachfolger des letzten Punktes der vorherigen nachfolgenden Punkte ist.
Durch Ermitteln der Teilmenge von Messpunkten basierend auf dem Satz sortierter Zwischenpunkte können Fehler in der Reihenfolge der Messpunkte vermieden werden. Insbesondere können nachfolgende Messpunkte des Satzes von Messpunkten nahe beieinander liegen, so dass die Längsdifferenz entlang der Scanachse sehr gering ist. Falls die bestimmte Längsachse des Formmodells und/oder die Zylinderachse des Zylinderformmodells in Bezug auf die tatsächliche Scanachse geneigt ist, kann es möglich sein, dass die Reihenfolge zweier aufeinanderfolgender Punkte des Satzes von Messpunkten, wenn sie auf die bestimmte Längsachse und/oder Zylinderachse projiziert werden, im Vergleich zu der Projektion des Satzes von Messpunkten auf der Scanachse invertiert ist.
Vorzugsweise kann der Schritt des Bestimmens der Zweipunktgröße des Werkstücks das Bestimmen eines jeweiligen Kreismittelpunkts eines Kreises basierend auf der zumindest einen Teilmenge von Projektionspunkten, wobei der Kreis vorzugsweise ein Gaußscher Kreis ist, das Bestimmen eines Paars von Punkten aus der zumindest einen Teilmenge von Projektionspunkten, wobei sich das Paar von Punkten in Bezug auf den Kreismittelpunkt im Wesentlichen gegenüberliegt, und das Bestimmen der Zweipunktgröße durch Berechnen des Abstands zwischen dem Paar von Punkten umfassen. Vorzugsweise ist die Zweipunktgröße die Summe des Abstands jedes Punktes des Paars von Punkten zu dem Kreismittelpunkt.
Obwohl der Kreis vorzugsweise ein Gaußscher Kreis ist, der aus der zumindest einen Teilmenge von Projektionspunkten bestimmt wird, sind auch andere Kreise anwendbar. Beispielsweise kann der bestimmte Kreis einen eines minimalen umschriebenen Kreises bzw. Umkreises und/oder eines maximalen eingeschriebenen Kreis bzw. Inkreises umfassen, die aus der zumindest einen Teilmenge von Projektionspunkten bestimmt werden. Ferner können in einem Fall von mehr als einer Teilmenge von Projektionspunkten ein jeweiliger Kreis und ein jeweiliger Kreismittelpunkt für jede Teilmenge von Projektionspunkten bestimmt werden. Ferner kann eine Zweipunktgröße für jede Teilmenge von Projektionspunkten bestimmt werden, indem ein Paar von Punkten aus jeder Teilmenge von Projektionspunkten bestimmt wird, wobei sich das Paar von Punkten in Bezug auf den Kreismittelpunkt der jeweiligen Teilmenge von Projektionspunkten gegenüberliegt, und die Zweipunktgröße durch Berechnen des Abstands zwischen dem Paar von Punkten bestimmt wird.
Vorteilhafterweise kann die Zweipunktgröße aus dem Satz von Messpunkten genau bestimmt werden, während es möglich ist, eine schnelle Messung des Werkstücks durchzuführen.
Vorzugsweise kann das jeweilige Paar von Punkten für jede Teilmenge von Projektionspunkten zumindest einen Punkt der Teilmenge von Projektionspunkten enthalten, und falls der andere Punkt des Paars von Punkten nicht in der Teilmenge von Projektionspunkten enthalten ist, kann das Verfahren ferner das Bestimmen des anderen Punktes durch Interpolation basierend auf der Teilmenge von Projektionspunkten umfassen. Alternativ können beide Punkte des Punktpaars für jede Teilmenge von Projektionspunkten durch Interpolation des jeweiligen Satzes von Projektionspunkten abgeleitet werden.
Vorteilhafterweise ist es möglich, zwei gegenüberliegende Punkte basierend auf der Teilmenge von Projektionspunkten zu bestimmen, obwohl die Teilmenge von Projektionspunkten möglicherweise keine gegenüberliegenden Projektionspunkte enthält. Daher ist es möglich, die Zweipunktgröße selbst dann zu bestimmen, wenn die Teilmenge der Projektionspunkte keine entgegengesetzten Projektionspunkte enthält.
Vorzugsweise kann der Schritt des Bestimmens der Zweipunktgröße des Werkstücks zumindest eines von Bestimmen einer minimalen Zweipunktgröße des Werkstücks, einer maximalen Zweipunktgröße des Werkstücks oder einer durchschnittlichen Zweipunktgröße des Werkstücks umfassen.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der Zweipunktgröße eines Werkstücks, wobei die Vorrichtung umfasst:

eine Empfangseinheit, die konfiguriert ist, einen Satz von Messpunkten des Werkstücks zu empfangen; und
eine Bestimmungseinheit, die konfiguriert ist zum:
Bestimmen einer Längsachse des Werkstücks basierend auf dem Satz von Messpunkten;
Projizieren des Satzes von Messpunkten in eine Projektionsebene senkrecht zu der Längsachse, um einen Satz von Projektionspunkten zu erhalten; und
Bestimmen einer Zweipunktgröße des Werkstücks basierend auf den Projektionspunkten.

Ferner kann die Vorrichtung zum Bestimmen der Zweipunktgröße des Werkstücks den Satz von Messpunkten von einer Messvorrichtung wie oben erörtert empfangen. Alternativ kann die Vorrichtung eine Messeinheit zum Messen des Werkstücks umfassen. Die Messeinheit kann das Werkstück unter Verwendung einer Sonde messen, die das Werkstück abtastet. Die Sonde kann so konfiguriert sein, dass sie die Oberfläche zum Messen des Werkstücks berührt, z. B. mit einer Stiftspitze, oder die Sonde kann so konfiguriert sein, dass sie die Oberfläche berührungslos misst, z. B. optisch, computertomographisch und/oder röntgenbasiert.
Ferner kann die Bestimmungseinheit konfiguriert sein, um das oben erörterte Verfahren durchzuführen.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein computerlesbares Medium, das Anweisungen umfasst, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, ein Verfahren auszuführen, das die folgenden Schritte umfasst:

Empfangen eines Satzes von Messpunkten des Werkstücks;
Bestimmen einer Längsachse des Werkstücks basierend auf dem Satz von Messpunkten;
Projizieren des Satzes von Messpunkten in eine Projektionsebene senkrecht zu der Längsachse, um einen Satz von Projektionspunkten zu erhalten; und
Bestimmen einer Zweipunktgröße des Werkstücks basierend auf dem Satz von Projektionspunkten.
Ferner kann das computerlesbare Medium Anweisungen umfassen, die das Ausführen des oben erörterten Verfahrens ermöglichen.

Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der beigefügten Zeichnungen deutlicher. Es versteht sich, dass, obwohl Ausführungsformen separat beschrieben werden, einzelne Merkmale daraus zu zusätzlichen Ausführungsformen kombiniert werden können.

1 zeigt eine Vorrichtung zum Messen der Zweipunktgröße eines Werkstücks.
2 zeigt eine Helixmessung eines Werkstücks.
3 zeigt eine Projektion von Messpunkten in eine Projektionsebene.
4 zeigt einen Kreis, der aus einem Satz von Projektionspunkten bestimmt wird.

1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Bestimmen einer Zweipunktgröße eines Werkstücks 30 (z. B. eines zylindrischen Werkstücks 30, wie in 1 gezeigt). Eine Messvorrichtung 20, die kommunikativ mit der Vorrichtung 10 gekoppelt ist, ist konfiguriert, das Werkstück 30 zu messen, um einen Satz von Messpunkten 50 des Werkstücks zu erhalten. Der Satz von Messpunkten wird von einer Empfangseinheit 12 der Vorrichtung 10 empfangen. Alternativ kann die Vorrichtung 10 eine Messeinheit (nicht gezeigt) zum Messen des Werkstücks 30 umfassen, von der die Empfangseinheit 12 den Satz von Messpunkten 50 empfängt.
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Bestimmungseinheit 14 zum Bestimmen der Zweipunktgröße des Werkstücks 30 basierend auf dem Satz von Messpunkten 50, die von der Empfangseinheit 12 empfangen werden. Die Zweipunktgröße des Werkstücks 30 ist ein Abstand zwischen zwei Punkten auf der Oberfläche des Werkstücks 30, die in Bezug auf eine Längsachse L des Werkstücks 30 einander gegenüberliegen. Wie in 1 gezeigt, ist das Werkstück 30 ein im Wesentlichen zylindrisches Werkstück 30, wobei die Zylinderachse des Werkstücks 30 der Längsachse L entspricht. Der Ausdruck „im Wesentlichen“ bedeutet, dass das Werkstück 30 keine perfekte Form aufweist und dass der Durchmesser des zylindrischen Werkstücks 30 in Abhängigkeit von der Messposition variieren kann.
Die Messvorrichtung 20 und/oder die Messeinheit können konfiguriert sein, das Werkstück unter Verwendung einer Sonde zu messen, die das Werkstück abtastet. Die Sonde kann konfiguriert sein, die Oberfläche des Werkstücks 30 zum Messen des Werkstücks 30 zu berühren, z. B. mit einer Stiftspitze, oder die Sonde kann konfiguriert sein, die Oberfläche des Werkstücks 30 berührungslos zu messen, z. B. optisch, computertomographisch und/oder röntgenbasiert.
2 zeigt einen Satz von Messpunkten 50, die mit der Messvorrichtung 20 oder der Messeinheit durch Messen des Werkstücks 30 erhalten werden. Insbesondere wird der Satz von Messpunkten 50 durch eine Helixmessung des Werkstücks 30 erhalten, wobei jeder Messpunkt des Satzes von Messpunkten 50 eine 3D-Positionsinformation (z. B. eine 3D-Koordinate, die durch X-, Y- und Z-Koordinaten dargestellt wird) einer gemessenen Stelle der Werkstückoberfläche darstellt. Bei einer Helixmessung kann die Oberfläche des Werkstücks entlang eines Pfads P gemessen werden, der eine im Wesentlichen helikale Bahn aufweist, z. B. eines Pfads P in der Form eines Schraubengewindes. Insbesondere resultiert die Helixmessung in einem Satz von Messpunkten 50 mit einer im Wesentlichen regelmäßigen axialen Differenz ungleich Null entlang der Längsachse L des Werkstücks 30 (z. B. der Zylinderachse eines zylindrischen Werkstücks 30) zwischen aufeinanderfolgenden und/oder benachbarten Messpunkten des Satzes von Messpunkten 50.
Wie in 2 dargestellt, wird das Werkstück 30 mit mehr als einer Umdrehung gemessen, wobei jede Umdrehung entlang der Längsachse L des Werkstücks 30 verschoben wird. Somit umfasst der Satz von Messpunkten 50 mehr als eine Teilmenge von Messpunkten 52- 60, wobei jede Teilmenge von Messpunkten 52-60 Messpunkte einer Umdrehung enthält, die mit der Helixmessung erhalten werden. Eine Umdrehung kann aus dem Satz von Messpunkten 50 bestimmt werden, indem die Winkeldifferenz um die Längsachse L des Werkstücks 30 zwischen aufeinanderfolgenden und/oder benachbarten Messpunkten bis zu 360 Grad summiert wird.
Wie oben erörtert, kann das Werkstück 30 möglicherweise keine perfekte Form aufweisen, was es schwierig macht, die Längsachse L des Werkstücks 30 zu identifizieren. Dementsprechend ist die Bestimmungseinheit 14 konfiguriert, eine Längsachse L basierend auf dem Satz von Messpunkten 50 zu bestimmen. Insbesondere kann die Bestimmungseinheit 14 ein Formmodell (nicht gezeigt) des Werkstücks 30 basierend auf dem Satz von Messpunkten 50 bestimmen. Beispielsweise kann die Bestimmungseinheit 14 ein Gaußsches Zylinderformmodell für das zylindrische Werkstück 30 bestimmen. Das Gaußsche Zylinderformmodell kann unter Anwendung des Verfahrens der kleinsten Quadrate auf den Satz von Messpunkten 50 und/oder zumindest eines Teils des Satzes von Messpunkten 50 erhalten werden. Somit ist das Gaußsche Zylinderformmodell so nahe wie möglich an dem Satz von Messpunkten 50 und/oder zumindest an dem Teil des Satzes von Messpunkten 50 angeordnet. Ferner kann die Bestimmungseinheit 14 die Zylinderachse des Gaußschen Zylinderformmodells als die Längsachse L des Werkstücks 30 bereitstellen.
Mit Bezug auf 3 ist die Bestimmungseinheit 14 ferner konfiguriert, zumindest den Teil des Satzes von Messpunkten 50, insbesondere den im Wesentlichen vollständigen Satz von Messpunkten 50, in eine Projektionsebene senkrecht zu der bestimmten Längsachse L des Werkstücks 30 zu projizieren, um einen entsprechenden Satz von Projektionspunkten zu erhalten. Ferner kann die Normale der Projektionsebene parallel zu der Längsachse L sein. Darüber hinaus kann zumindest der Teil der Messpunkte 50, insbesondere der Satz von Messpunkten 50, parallel zu der aus dem Formmodell bestimmten Längsachse L projiziert werden. Für den Fall, dass der Satz von Messpunkten 50 mehr als eine Teilmenge von Messpunkten umfasst, wird insbesondere jede Teilmenge von Messpunkten 52-60 in die Projektionsebene projiziert, um eine entsprechende Teilmenge von Projektionspunkten 62 zu erhalten. Der Einfachheit halber zeigt 3 die Projektion einer Teilmenge von Projektionspunkten 62 in eine Projektionsebene senkrecht zu der Längsachse L, um eine entsprechende Teilmenge von Projektionspunkten 62 zu erhalten.
Mit Bezug auf 4 ist die Bestimmungseinheit 14 ferner konfiguriert, die Zweipunktgröße des Werkstücks 30 basierend auf dem Satz von Projektionspunkten zu bestimmen. Zur Vereinfachung zeigt 4 lediglich die Bestimmung der Zweipunktgröße basierend auf der Teilmenge von Projektionspunkten 62. Basierend auf der Teilmenge von Projektionspunkten 62 bestimmt die Bestimmungseinheit 14 einen Kreis C, der die Teilmenge von Projektionspunkten 62 darstellt. Beispielsweise kann der Kreis C ein Gaußscher Kreis, ein minimaler umschriebener Kreis bzw. Umkreis und/oder ein maximaler eingeschriebener Kreis bzw. Inkreis sein. Wie in 4 dargestellt, ist der Kreis C vorzugsweise ein Gaußscher Kreis, der auf bestmögliche Weise in der Mitte zwischen der Teilmenge der Projektionspunkte 62 liegt. Ferner ist der minimale umschriebene Kreis ein Kreis, wo die Teilmenge der Projektionspunkte 62 innerhalb des Kreises liegt und der Kreis gleichzeitig so klein wie möglich ist. Der maximale eingeschriebene Kreis ist ein Kreis, wo sich die Teilmenge der Projektionspunkte 62 außerhalb des Kreises befindet und gleichzeitig der Kreis so groß wie möglich ist.
Sobald der Kreis C bestimmt ist, kann die Bestimmungseinheit 14 einen Kreismittelpunkt CP des Kreises C bestimmen. Zum Bestimmen der Zweipunktgröße des Werkstücks 30 kann die Bestimmungseinheit 14 die Zweipunktgröße des Werkstücks 30 durch Bestimmen eines Paars von Punkten 70, 72 basierend auf der Teilmenge von Projektionspunkten 62 bestimmen, die sich im Wesentlichen in Bezug auf den Kreismittelpunkt CP gegenüberliegen. Basierend auf dem Paar von Punkten 70, 72 kann die Bestimmungseinheit 14 die Zweipunktgröße basierend auf dem Abstand D des Paars von Punkten 70, 72 bestimmen.
Wie in 4 gezeigt, muss das Paar von Punkten 70, 72 keine tatsächlichen Projektionspunkte der Teilmenge von Projektionspunkten 62 sein. Beispielsweise und wie in 4 gezeigt, kann ein Punkt 70 des Paars von Punkten 70, 72 ein Punkt der Teilmenge der Projektionspunkte 62 sein, und der andere Punkt 72 des Punktpaars 70, 72 kann durch Interpolation bestimmt werden. Ein exemplarisches Interpolationsverfahren kann für einen ersten Projektionspunkt 70 der Teilmenge von Projektionspunkten 62 das Bestimmen einer Verbindungslinie durch den ersten Projektionspunkt 70 und den Kreismittelpunkt CP, das Bestimmen eines zweiten Projektionspunkts 72 aus der Teilmenge von Projektionspunkten 62 umfassen, wobei der zweite Projektionspunkt der Verbindungslinie am nächsten liegt und einen Abstand zu dem ersten Projektionspunkt 70 aufweisen kann, der größer als der Radius des Kreises C ist. Der erste Projektionspunkt 70 und der zweite Projektionspunkt 72 können das Paar von Punkten bilden und die Zweipunktgröße kann die Summe des Abstands von dem ersten Projektionspunkt 70 zu dem Kreismittelpunkt CP und des Abstands von dem zweiten Projektionspunkt 72 zu dem Kreismittelpunkt CP sein.
Ferner kann die Bestimmungseinheit 14 durch Analysieren des Satzes von Vorsprüngen zumindest eines von einer minimalen Zweipunktgröße des Werkstücks 30, einer maximalen Zweipunktgröße des Werkstücks 30 und einer durchschnittlichen Zweipunktgröße des Werkstücks 30 bestimmen.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung zum Bestimmen einer Zweipunktgröße eines Werkstücks
12: Empfangseinheit
14: Bestimmungseinheit
20: Messvorrichtung
30: Werkstück
50: Satz von Messpunkten
52-60: Teilmengen von Messpunkten
62: Teilmenge von Projektionspunkten
70,72: Paar von Punkten
C: Kreis
CP: Kreismittelpunkt
D: Abstand zwischen dem Paar von Punkten
P: Pfad der Helixmessung
L: Längsachse/Zylinderachse des Werkstücks

Claims

Computerimplementiertes Verfahren zum Bestimmen einer Zweipunktgröße eines Werkstücks (30), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen eines Satzes von Messpunkten (50) des Werkstücks (30); Bestimmen einer Längsachse (L) des Werkstücks (30) basierend auf dem Satz von Messpunkten (50); Projizieren zumindest eines Teils des Satzes von Messpunkten (50) in eine Projektionsebene senkrecht zu der Längsachse (L), um einen Satz von Projektionspunkten zu erhalten; und Bestimmen einer Zweipunktgröße des Werkstücks (30) basierend auf den Projektionspunkten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Satz von Messpunkten (50) aus Messpunkten besteht, die aus einer Helixmessung des Werkstücks (30) erhalten werden, und/oder wobei das Werkstück (30) eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Bestimmens der Längsachse (L) des Werkstücks (30) umfasst: Bestimmen eines Formmodells des Werkstücks (30) basierend auf dem Satz von Messpunkten (50), und Bereitstellen der Längsachse (L) des Formmodells als Längsachse des Werkstücks (30).
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Formmodell ein Zylinderformmodell ist, vorzugsweise ein Gaußsches Zylinderformmodell, und die Längsachse (L) des Werkstücks (30) einer Zylinderachse des Zylinderformmodells entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Projizieren zumindest eines Teils des Satzes von Messpunkten (50) in die Projektionsebene das Projizieren zumindest eines Teils des Satzes von Messpunkten (50) parallel zu der Längsachse (L) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der Zweipunktgröße des Werkstücks (30) umfasst: Bestimmen eines Kreismittelpunkts (CP) eines Kreises (C) basierend auf dem Satz von Projektionspunkten, wobei der Kreis (C) vorzugsweise ein Gaußscher Kreis ist; Bestimmen eines Paars von Punkten (70, 72) basierend auf dem Satz von Projektionspunkten, wobei sich das Paar von Punkten (70, 72) in Bezug auf den Kreismittelpunkt (CP) gegenüberliegt; und Bestimmen der Zweipunktgröße durch Berechnen des Abstands (D) zwischen dem Paar von Punkten (70, 72).
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Paar von Punkten (70, 72) zumindest einen Punkt des Satzes von Projektionspunkten enthält, und falls der andere Punkt des Paars von Punkten nicht in dem Satz von Projektionspunkten enthalten ist, das Verfahren ferner das Bestimmen des anderen Punktes durch Interpolation basierend auf dem Satz von Projektionspunkten umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Satz von Messpunkten (50) zumindest eine Teilmenge von Messpunkten (52-60) enthält, die einer Umdrehung des Werkstücks entspricht, und der Satz von Projektionspunkten zumindest eine Teilmenge von Projektionspunkten (62) enthält, die der zumindest einen Teilmenge von Messpunkten entspricht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Bestimmen der Zweipunktgröße des Werkstücks (30) umfasst: Bestimmen eines jeweiligen Kreismittelpunkts (CP) eines Kreises (C) basierend auf der zumindest einen Teilmenge von Projektionspunkten (62), wobei der Kreis (C) vorzugsweise ein Gaußscher Kreis ist; Bestimmen eines jeweiligen Paars von Punkten (70, 72) basierend auf der zumindest einen Teilmenge von Projektionspunkten (62), wobei sich das Paar von Punkten (70, 72) in Bezug auf den Kreismittelpunkt (CP) gegenüberliegt; und Bestimmen der Zweipunktgröße durch Berechnen des Abstands (D) zwischen dem Paar von Punkten (70, 72).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Paar von Punkten (70, 72) zumindest einen Punkt der zumindest einen Teilmenge von Projektionspunkten (62) enthält, und falls der andere Punkt des Paars von Punkten (70, 72) nicht in der zumindest einen Teilmenge von Projektionspunkten (62) enthalten ist, das Verfahren ferner das Bestimmen des anderen Punkts durch Interpolation basierend auf der zumindest einen Teilmenge von Projektionspunkten (62) umfasst.
Vorrichtung (10) zum Bestimmen einer Zweipunktgröße eines Werkstücks (30), wobei die Vorrichtung (10) umfasst: eine Empfangseinheit (12), die konfiguriert ist, einen Satz von Messpunkten (50) des Werkstücks (30) zu empfangen; und eine Bestimmungseinheit (14), die konfiguriert ist zum: Bestimmen einer Längsachse (L) des Werkstücks (30) basierend auf dem Satz von Messpunkten (50); Projizieren zumindest eines Teils des Satzes von Messpunkten (50) in eine Projektionsebene senkrecht zu der Längsachse (L), um einen Satz von Projektionspunkten zu erhalten; und Bestimmen einer Zweipunktgröße des Werkstücks (30) basierend auf dem Satz von Projektionspunkten.
Computerlesbares Medium, das Anweisungen umfasst, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.