Erfassen und Verarbeiten komplexer Geometrie in Meßtechnik by Thomas Haller PDF

By Thomas Haller

ISBN-10: 3540651470

ISBN-13: 9783540651475

ISBN-10: 3642479669

ISBN-13: 9783642479663

Die vorliegende Arbeit entstand w1ihrend meiner Tiitigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung, Stuttgart. Mein Dank gilt Herm Prof. Dr. -Ing. Dr. h. c. E. Westkamper fUr die groBziigige Unterstiitzung und Forderung meiner Arbeit. Herm Prof. Dr. phil. habil. Dipl. -Ing. H. 1. Tiziani danke ich fUr die eingehende Durchsicht meiner Arbeit und die wertvollen Hinweise, die sich daraus ergaben. Dariiber hinaus danke ich allen Mitarbeitem des Instituts, die mich durch ihre anregende Diskussion und Kritik unterstiitzt haben. Mein besonderer Dank gilt den Herren Dr. okay. Melchior, Dr. W. Rauh, Frau Dr. S. Roth-Koch, Herm Dipl. -Phys. Ralph Knorpp, Frau Dipl. -Math. okay. Winkler und Herm Dipl. -Ing. R. Winkler. AbschlieBend mochte ich meiner Frau, Dipl. -Ing. X. Haller, sehr herzlich fUr ihre Unterstiitzung und immerwahrende Geduld wahrend der Erstellung meiner Arbeit danken. Stuttgart, 1998 Thomas Haller Inhaltsverzeichnis o Verwendete Abkiirzungen und Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . nine 1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . thirteen 2 Anforderung an Systeme zur Gewinnung und Verarbeitung von Geometrie-Informationen . . . . . . . . . . . . 17 2. 1 Geriitetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2. 2 Informationsverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2. 2. 1 Anforderungen flir das opposite Engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2. 2. 2 Anforderungen fiir die Qualitiitssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 three Stand der Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 three. 1 Geriite zur schnell en Erfassung komplexer Oberfliichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 three. 1. 1 Taktile Scanning-Einrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 three. 1. 2 Optische 3D-Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 three. 2 Informationsverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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______ . _ -=-_ .. __ -::.. -;--e:. • ____~. ~' Detektor _.. :....... _ •• - __ _ . - Prinzipskizze eines Triangulationssensors Triangulationssensoren konnen analog zu taktilen Sensoren entweder schaltend oder messend arbeiten. Bei der schaltenden Arbeitsweise wird ein Schaltimpuls ausgelost, wenn der Intensitatsschwerpunkt des Lichtflecks auf dem Detektor diejenige Position iiberstreicht, die dem Schaltabstand des Sensors entspricht. Ebenso wie beim taktilen Sensor mu13 sich das Koordinatenme13gerat zum Zeitpunkt der Me13wertiibernahme also in Bewegung befinden.

Zwar verfligen einige Flachenriickflihrungssysteme iiber Funktionen zum Besteinpassen regelgeometrischer Formelemente. Die meisten Systeme bieten dabei jedoch lediglich Funktionen zum Einpassen der 3D-Formelemente Ebene, Kugel, Zylinder und Kegel an. Komplexe Formelemente wie EIIipsoide, Paraboloide, Toroide oder Hyperboloide sind nicht verfligbar. Die eingepaBten Formelemente werden meist direkt im Anschhill an die Erzeugung in eine das jeweilige Formelement approximierende oder interpolierende Freiformflache umgewandelt, so daB flir spatere konstruktive Manipulationen keine Informationen iiber die Parameter des Formelements mehr vorliegen.

Durch iterative Aufnahme weiterer Punkte und Uberpriifung der Abweichungen wird die Fllichenbeschreibung so lange verbessert, bis die Abweichungen unter einen yom Benutzer vorgegebenen Wert sinkt. Dem Vorteil einer minimalen Datenmenge zur Beschreibung der Oberflliche steht bei diesen Systemen der Nachteil des hohen Zeitaufwands flir die Datenerfassung gegeniiber. Bei Fllichenriickflihrungs-Software, die flir die Verarbeitung groBer, taktil oder optisch erfaBter MeBpunktmengen geeignet ist, wird die Segmentierung der MeBdaten freigeformter Geometrie graphisch-interaktiv am Rechnerbildschirm durchgeflihrt, indem zur Definition von Fllichenberandungen MeBpunkte selektiert werden.

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by Brian
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