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Diplomarb. - Homepage von Dr. Robert Landwehr

1. kamera Signalmarke Triangulationsbasis Abbildung 6 14 passive Stereographie 1 Drei verschiedene Muster die zur Strukturbeleuchtung verwendet werden 2 1 Gitter Matrix Matrix 2 Streifen kamera kamer 3 Helligkeit h ist rA Markierungs gt Ener i cosinusmodelliert projektor b h x cos x Triangulationsbasis Abbildung 6 15 aktive Stereographie Der Sensor Optoshape von Massen benutzt das Verfahren der aktiven Stereographie Erh96 Hierbei wird mit einem Projektor in der Intensit t sinusf rmig modulierte Streifengitter auf das Objekt projiziert und von einer CCD Kamera unter einem Triangulationswinkel aufgenommen Die Paarung Kamera Projektor ist bei diesem Sensor in eine f nfachsige Positioniereinheit eingespannt Durch die Positioniereinheit kommt dieser Sensor im Gegensatz zu anderen Triangulationssystemen mit nur einer Kamera aus Durch Abz hlen der Streifen und Abmessung der Streifendefomation kann auf den H henwert des Punktes geschlossen werden Da die Aufl sung der stereographischen Verfahren direkt von den aufprojizierten Gitterlinien abh ngt ist man bestrebt mit m glichst hoher Streifendichte zu arbeiten Die Streifendichte und damit die laterale Punktdichte wird aber von der Aufl sung des CCD Chips der verwendeten Kamera nach oben beschr nkt Mit dem Moire Verfahren kann dieses Problem umgangen werden 6 3 2 4 Moire Verfahren Dieses Verfahren zum aktiven bildgebende
2. Erfassen und Bewerten der zu reproduzierenden Freiformgeometrien von Ur beziehungs weise Umformwerkzeugen und den entsprechenden Bauteilen im Werk 010 sowie das Erarbeiten einer aussagekr ftigen Strukturierung der Geometrien Freiformfl chen nach zu ermittelnden Parametern Aufnehmen beziehungsweise Erfassen der spezifischen Anforderungen z B Genauigkeitsanforderungen Konturdefinition Zeitaufwand etc sowie der Abl ufe des Reverse Engineering z B Weiterverwendung der Daten in der Fertigung nderungsumf nge etc im Bereich PAC PRE Am Beispiel eines externen Werkzeuglieferanten f r Pre werkzeuge soll exemplarisch die Einbindungsm glichkeit externer Dokumentation von Werkzeugen in die Instandhaltung der Pre und Schnittwerkzeuge genauer untersucht werden Untersuchen der CAQ Technologien Digitalisieren und Fl chenr ckf hren Bewerten der optischen und taktilen Verfahren zur Digitalisierung von Freiformfl chen bez glich der ermittelten Strukturierung und Parameter berpr fung des Verfahrens der Fl chenr ckf hrung auf den grunds tzlichen Einsatz bez glich Aufwand und Nutzen Bisherige Entwicklungen auf dem Markt analysieren und deren technische Bewertung hinsichtlich des Produktionseinsatzes sowie der Proze tauglichkeit CAD CAM Proze kette etc durchf hren 2 Untersuchung des Ist Zustandes 4 2 Untersuchung des Ist Zustandes Der Ist Zustand der Produktion im Werk 010 der Daimler Benz AG l t si
3. enverh ltnisse besitzen um ein optimales optischen Digitalisierverfahren empfehlen zu k nnen Es gibt optische Tastk pfe die aber den aufwendigen und teuren Aufbau und Unterhalt eines Koordinatenme ger tes voraussetzen Ungenauigkeiten im KMG flie en somit in das jeweilige Me ergebnis ein Streuungen solcher Systeme liegen meist im Bereich der Rauheit der gemessenen Objekte Kim87 Unter anderem hat sich bei der Analyse der Genauigkeitsanforderungen bei Werkzeugen herausgestellt da gerade bei Schnittkanten von Pre werkzeugen die Genauigkeiten von optischen Systemen nicht ausreichend sind Hier k nnen prismatische Schnittkanten einfach und schnell taktil erfa t und in Kurven r ckgef hrt werden Infrage kommen sowohl Schnittkanten die gekr mmt im Raum verlaufen als auch Schnittkanten von einzelnen 2D Schnittkonturen Problematisch sind nur Werkzeuge zum Feinschneiden weil hierbei die Genauigkeits anforderungen viel h her liegen Diese m ssen bei der Herstellung Drahterodieren solcher Werkzeuge dem NC Programmierer als Geometriebeschreibung vorliegen Die zu digitalisierenden Objekte im Bereich der Instandhaltung in den Vorbetrieben des Aggregatebereiches sind gegen die kleinen Kr fte eines taktilen Tasters unempfindlich Hieraus kann also keine Anforderung f r die Verwendung von ber hrungslosen Verfahren abgeleitet werden Mit dem System Cyclone von ReniShaw wurden in der Verfahrensentwicklung f r Mechanik
4. Danach werden die Fl chen berg nge abgeglichen Fl chenr nder werden angew hlt und aneinander ausgerichtet und getrimmt Hierbei hilft eine schattierte Ansicht der Fl chen Kleine L cken zwischen den Fl chen und unstetige berg nge sind genau zu sehen 1 Fl chen aufbauen komplett Abbildung 9 3 Vorgehensweise einer Fl chenr ckf hrung mit dem Programm IntiSurf 9 4 3 Dokumentation von IntiSurf Die Dokumentation von IntiSurf ist den vielf ltigen Funktionen entsprechend sehr ausf hrlich Die Online Hilfe ist ber eine HTML Beschreibung der Befehle realisiert die der Software beiliegt Im umfangreichen Handbuch werden auch viele zus tzliche Tips zur Verwendung der Funktionen und der entsprechenden Vorgehensweise gegeben so da man sich jederzeit ber die Anwendungsf lle und art informieren kann Die Dokumentation f r die neueste Version von IntiSurf V6 0 liegt noch nicht vor 9 5 Makros Funktionen zur Fl chenr ckf hrung von IntiSurf Die Funktionen von IntiSurf zur Fl chenr ckzuf hrung sind vielseitig aber nur mit bung und Erfahrung anzuwenden IntiSurf bietet aber keine M glichkeit die internen Befehle und Funktionen von au en ber eine Programmierschnittstelle anzusteuern Doch die Auswahl an 9 Software zur Fl chenr ckf hrung 82 Befehlen zum Fl chenr ckf hren ist wesentlich gr er als bei ScanCAD GEO Dadurch wird die Bedienung des Programms aber auch komplizierter 9 5 1 Allgemeines
5. Nur bis 1 Mio Punkte Macro Program Alle Funktionen k nnen ber die CATIA Operationen k nnen ber die mierung Programmierschnittstelle von au en IUA Schnittstelle angesprochen wer angesprochen werden den Fl chenoperationen Alle Bibliotheksfunktionen von CGO k nnen noch nicht angesteuert wer den Fl chenr ck Diese Funktion ist m glich und bietet Keine Funktion dieser Art vorhanden f hrung mit vier dar ber hinaus sehr viele Parameter F r die Fl chenerzeugung ist diese Berandungs auf die erstellte Fl che Einflu zu Funktion gerade sehr wichtig ScanCAD GEO arbeitet ausschlie lich mit dieser Funktion Einpassen von Mehrere Funktionen zur Einpassung Keine Funktion vorhanden Me und Digi von Me daten in ein CAD Modell sind In Ulm FT4 Tm wurde eine solche CAD Modell Projektions Alle Kurven sind auf Punktwolken 3D Kurven k nnen nicht auf die m glichkeiten projizierbar Punktwolke projiziert werden Solid modellierung nicht m glich Solidmodellierung von CATIA kann mitbenutzt werden und ist beim R ck f hren hilfreich Layer und Filter Keine Layer und Filtertechnik daf r aber k nnen Objekte leicht und schnell ber die Dialogbox Identifier angew hlt und selektiert werden Alle Layer und Filtertechniken von CATIA sehr gut Arbeiten mit Punkten im NoShow Bereich m glich Arbeiten mit den Punkten Gutes Arbeiten mit der Punktwolke m glich Punkt
6. VEM bisher gute Erfahrungen gemacht Die Maschine und die Steuerungssoftware ist sicher zu bedienen und liefert schnell gute Ergebnisse Die Firma IntiTEC verwendet dieses System zur Digitalisierung von Design und Werkzeuggeometrien um diese Daten in Auftragsarbeit mit der eigenen Software IntiSurf r ckzuf hren Dies belegt da die Genauigkeit dieses taktilen Digitali sierger tes f r die Praxis ausreicht F r die Belange des laufenden Projektes zur Einf hrung von Reverse Engineering in die Instandhaltung sollte die Funktion der Punkteverwaltung und Punkteverarbeitung im Programm der Fl chenr ckf hrung integriert sein so wie es bei einigen Programmen schon im Ansatz der Fall ist Eine zus tzliche Software zwischen Digitalisieren und der Punktverarbeitung sollte vermieden werden 7 Abtastdatenverarbeitung 65 7 Abtastdatenverarbeitung 7 1 Begriffsdefinition Unter Abtastdatenverarbeitung versteht man alle Arten der Fr sbahngenerierung aus Punktwol ken ohne dabei eine CAD Fl chenbeschreibung zu erzeugen Die Abtastdatenverarbeitung wird oft auch als elektronisches Kopierfr sen bezeichnet Der Begriff Datenr ckf hrung hingegen bezeichnet im Rahmen dieser Arbeit jede infrage kommende Verarbeitung von Digitalisierungsdaten Dies schlie t die Abtastdatenverarbeitung das elektronische Kopierfr sen und die Fl chenr ckf hrung ein 7 2 bersicht ber die M glichkeiten der Datenr ckf hrung Abb
7. nderungen am Werk zeug aufgrund ihrer Unregelm igkeit meist nicht erfa t werden Diese funktionsorientierten nderungen z B eine lokale nderung eines Radius sind aber oft die nderungen die den Unterschied zwischen dem CAD Modell und dem physischen Modell des Werkzeugs ausmachen Deswegen ist dieses Verfahren nur f r die R ckf hrung von Konstruktionen empfehlenswert die gr tenteils aus Regelgeometrien bestehen und zu denen kein CAD Modell existiert 8 4 Fazit Die Fl chenr ckf hrung ist vielseitig einsetzbar und bietet Vorteile sowohl f r die Konstruktion von Betriebsmitteln als auch f r die Entwicklung neuer Produkte Viele Parameter beeinflussen den Arbeitsaufwand den eine Fl chenr ckf hrung mit sich bringt Bevor ein Bauteil r ckgef hrt wird mu eine klare und m glichst eindeutige Arbeitsanweisung erfolgen die detaillierte Anfor derungen an Genauigkeit und Stetigkeit der r ckzuf hrenden Fl chen einschlie t Es mu fest gelegt werden in welchen Bereichen des Teils welche Genauigkeits und Stetigkeitsanforde rungen gelten und wo eventuell mit Regelgeometrien gearbeitet werden kann Jede Verein fachung und Konkretisierung hilft dem Konstrukteur bei der Fl chenr ckf hrung seine Arbeit effi zienter zu gestalten Anhaltspunkte ber die Anforderungen und Toleranzen der Bauteile k nnen dem Pr fplan eines Rohteils entnommen werden Eine Arbeitsanweisung so genau wie m glich bewirkt nur da
8. A dat on ee Original Werkzeug lt Werkzeug im Einsatz Modelle sind geometrisch Original Holzmodell lt Holzmodell des Werkzeuges kongruent lt Werkzeug auf Lager besteht a nein Anderungsbedarf nderung am Holzmodell ja Original Werkzeug Original Werkzeug ge ndertes Holzmodell Original Holzmodell Neues Holzmodell aus CAD Kopierfr sen in Stahl Original Werkzeug neues Holzmodell ge ndertes Holzmodell nein ge ndertes Holzmodell digitalisieren fl chenr ck Probeschmieden mit dem neuen ja Holzmodell weiter verwend bar f hren und CAD Model damit updaten u neues Holzmodell fr sen Werkzeug ge ndertes Werkzeug Original Werkzeug ge ndertes Holzmodell ge ndertes Holzmodell ge ndertes Holzmodell altes Original Werkzeug nderun Original Werkzeug wieder k ja g nein x verwerfen ge ndertes in Ordnung einsetzen und Anderung Werkzeug wird Original im Probierwkz verwerfen Abbildung 5 2 Vorgehensweise von nderungskonstruktionen im Schmiedegesenkbau SCG 5 Reverse Engineering 39 In manchen Bereichen der Industrie arbeiten Produktdesigner noch ohne CAD Neue prototypische Entwicklungen werden noch als handgemachtes Modell aus Modelliermasse oder Schaumstoff realisiert Um die Formen im CAD weiterverarbeiten zu k nnen mu die manuell beschriebene Form digitalisiert und r ckgef hrt werden 5 3 2 Verwen
9. H Grabowski und Dipl Ing Gunther Storz bedanken die mich von der wissenschaftlichen Seite aus betreuten II Erkl rung Il Erkl rung Hiermit erkl re ich da ich die vorliegende Diplomarbeit selbst ndig und nur mit den aufgef hrten Hilfsmitteln durchgef hrt habe Die aus fremden Quellen direkt oder indirekt bernommenen Gedanken sind als solche gekenn zeichnet Untert rkheim den 28 April 1998 Robert Landwehr II Inhaltsverzeichnis II IN IV V Inhaltsverzeichnis AOTAN 8 I GIPROFEREFOREFERESPREFEREFUREFEREFERREEREPEREERETEREEEREFEREEEREFERBEEREFEREEERETEREFEREFEREEERETEEEFEREFFERTEREFRER ETKIANUNG a ey a A re en BE DE ee Ba ae II IHHalSVerzeichNie eek eriienienkeniekirirere III Abk rzungsverzeichnis este alte VII Glossa Ta a E R A E E A X e E E E E E E 1 1 1 Hintergrund euiesesea nn u aan una un Fun 1 1 2 Allgemeine Darstellung der Produktentstehung uurszzs40nnnnunnnnnnnnnnnnnnnnnnn 2 1 3 Aufgabenstellungen dieser Arbeit uuunnnnssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnen 2 Untersuchung des Ist Zustandes uuuuu0200000000000nnnn nn nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 4 2 1 Allgemeine Proze kelte sssussasinnsusnsusesnnnnnnnn nennen nam 4 2 2 _Proze ketten im Aggregatebereich der Daimler Benz AG uunsmmeen 4 2 3 Die Proze ketie Blechtelle 2 s 20u24sscuu5 u00n0c000000 uaHenennn nenn dann Rune ana 6 2 4 Allgemeines be
10. In Zukunft werden KMG prinzipiell zum Digitalisieren geeignet sein aber es bleibt abzuwarten ob sich der gro e Anschaffungspreis eines solch genauen Ger tes G 2 0um L 300 vergleiche Gleichung 6 2 rechnet wenn damit nur digitalisiert werden soll oder ob beim digitalisieren eine solch hohe Genauigkeit der einzelnen Me punkte berhaupt notwendig ist d y A A a 4 a Be A N N N N N messend N schaltend Ao Abbildung 6 2 Digitalisieren mit analogem und digitalem Taster Alle taktilen Systeme tasten ein Objekt ab wobei sie nicht den exakten Ber hrpunkt mit der Oberfl che sondern lediglich die Position des Tastk rpers messen Diese sogenannten Tastermittelpunkte oder aber auch Tasterspitzenpunkte beschreiben die abgetastete Fl che nur indirekt Am Anfang der Fl chenr ckf hrung aus ber hrender Digitalisierung steht daher die Tasterradiuskompensation das hei t die Berechnung von Daten der Originalfl che aus Mittelpunktdaten Der Tastermittelpunkt ist in Abbildung 6 3 mit einem kleinen Kreis markiert Der Vektor der vom Tastermittelpunkt zum Ber hrpunkt auf der Oberfl che zeigt ist immer dem Betrag nach gleich dem Radius der Me kugel Der Vektor ist aber durch die Aufnahme von Tastermittelpunkten in der Richtung unbestimmt taktile Digitalisier so einheit lt we N Q I e registrierter Punkt Abbildung 6 3 Taktiles Digitalisieren Dies gilt auch analog zum
11. Partiell zu nderungsbereich nderungen ndernder Bereich 2 fl chenr ckf hren 3 durchf hren Umgebungsbereich fl chenr ckf hren 4 Gro z gig digitalisieren 2 Abbildung 5 5 Ablauf einer partiellen nderung in der Draufsicht Originalkontur digitalisiert Fl chenr ckf hrung eb NS n ISbereicp 2 nderungen durchf hren x 3 Umgebungsbereich anpassen NNA Pa tangentiale Uberg nge Abbildung 5 6 Ablauf einer partiellen nderung in der Seitenansicht 5 4 Aufgaben der Instandhaltung Die Aufgaben der Instandhaltung f r Schnitt Stanz und Pre werkzeuge sind die Produktionsanl ufe zu begleiten die Werkzeugs tze f r Blechbearbeitung zu warten und 5 Reverse Engineering 42 gegebenenfalls wieder instandzusetzen In der Abbildung 5 7 ist das einzelne Werkzeug einer einzelnen Operation eines Pre werkzeuges dargestellt Als Werkzeug bezeichnet man die Menge aller Operationen die zur Herstellung eines Blechbauteils ben tigt werden Abbildung 5 7 Operation Stufe eines Presswerkzeuges Zur Zeit werden kleine nderungen am Werkzeug die die fertigungsbezogene Funktion des Werkzeugs betreffen von der Instandhaltung meist selbst durchgef hrt Solche nderungen die das Bauteil an sich nicht betreffen k nnen im allgemeinen ohne R cksprache mit der Entwicklung durchgef hrt werden In manchen F llen werden die nderungen vom Hersteller des Werkzeugs durc
12. ber Makros Die Funktionen bestimmte Objekte diverse Fl chen Kurven Geraden und Schnitt auf die Punktwolke zu projizieren werden in IntiSurf als Makros bezeichnet Makros von Kurven und Fl chen k nnen ber eine Reihe von Funktionen erstellt bedingt ge ndert gel scht und verschieden dargestellt werden Sie sind die Grundlage f r eine Fl chenr ckf hrung mit Hilfe von IntiSurf In einem Makro werden f r einen zuvor definierten Bereich einer vorliegenden Punktwolke alle wesentlichen charakteristischen Parameter definiert Sp ter wird mit diesem Makro die gew nschte Oberfl che des definierten Bereiches berechnet Im weitesten Sinne ist die Erzeugung einer Oberfl che Kurve eine Abbildung oder Projektion auf die digitalisierte Kontur Mit Makros werden die folgende Objekteigenschaften definiert e Die Plazierung und Gr e eines Bereichs in dem eine Kurve oder Fl che auf der Punktdaten abgebildet werden sollen sowie dessen u ere Gestalt e Die Methode die zur Bildung der Fl che angewandt werden soll e Die Art der Fl che vergleiche Kapitel 9 5 2 9 5 3 und 9 5 4 Welche Macros gew hlt werden richtet sich nach der Form und Gestalt der zu berechnenden Fl che Regelfl che oder Freiformfl che viereckig dreieckig oder rund Radienbereiche und steile Bereiche 9 5 2 Fl chenmakro f r Freiformfl chenbereiche Charakteristisch f r diese Funktion ist da entlang einer Leitkurve ein Makro f r einen Fl ch
13. che 7 4 1 Das STL Format STL Dateien bewegen sich im allgemeinen in der Gr enordnung mehrerer Hundert Megabyte Dies liegt an der extrem speicherintensiven Beschreibungsart Es gibt zwei verschiedene STL Formate ein ASCII Format und ein bin res Format Das ASCII STL Format beschreibt im Klartext die Lage der Dreiecksfl chen Jedes Dreieck wird durch einen bestimmten l nglichen Syntax beschrieben indem die Eckpunkte auf sieben Nachkommastellen genau definiert werden Zus tzlich wird ein Normalenvektor zu jeder Fl che angegeben Da alle Dreiecke direkt aneinander grenzen wird jeder Eckpunkt drei bis sechsmal beschrieben Das STL Format weist demnach eine stark Datenredundanz auf Ein Versuch mit einer Polyederfl che aus 9 000 Eckpunkten ergab ein STL File von 300 Kilobyte Das weniger verbreitete bin re STL Format belegte immer noch 120 Kilobyte des Speichers Eine Kompression der ASCII STL Datei erbrachte eine Kompressionsrate von Faktor 15 Das hei t 7 Abtastdatenverarbeitung 67 die komprimierte Datei belegte nur noch 20 Kilobyte Diese hohe Kompressionsrate beweist die starke Redundanz im STL File 7 4 2 Polyederfl chen erstellen Durch Facettierung entsteht aus einer Punktwolke ein Polyederfl chen Verband Dieser Vorgang kann von den verschiedenen Programmen mehr oder weniger automatisch durchgef hrt werden Beim normalen Ablauf einer Triangulierung werden sehr kleine Dreiecke in den Zwischenr umen von jeweils drei be
14. innerhalb der einzelnen Entwicklungsbereiche z B Konstruktion und Entwicklung als auch f r die Daten bertragung zu nachgelagerten Bereichen im Sinne der Proze kette Entwicklung gt Fertigungsplanung gt Betriebsmittelkonstruktion BMK gt Ersatzteilwesen gt usw Die Daimler Benz Norm f r CATIA umfa t f nf Artikel die die Freiheitsgrade im Konstruktionsproze einschr nken und einen Datenaustausch erleichtern DBN91 e MBN 10008 LAYER Belegung in CAD CATIA Stand 08 1991 e MBN 10058 Basis Startmodell in CAD CATIA Stand 04 1992 e MBN 10059 CATIA Modellnamen Stand 03 1995 e MBN 10103 Aufbau von CATIA Modelldatenstrukturen Stand 06 1995 e MBN 10124 CATIA Dateinamen Stand 07 1994 Die MBN gilt im Gegensatz zur Liefervorschrift und Datenaustauschvereinbarung nicht automatisch f r einen externen Lieferanten von Werkzeugen Wenn in den Lieferumfang von Betriebsmitteln die CAD Daten der Werkzeuge mit aufgenommen werden w rden m te auch 4 Untersuchung der Einbindung eines externen Lieferanten in die Proze kette Blechteile 28 eine Vereinbarung ber den Aufbau der CAD Daten getroffen werden Es l ge nahe die konzerninterne MBN auf den Werkzeuglieferanten auszuweiten Dabei entst nde in manchen F llen seitens des Lieferanten ein Interessenskonflikt da die Werkzeuglieferanten ihrerseits auch interne und externe Vereinbarungen ber CAD Modell Daten haben Die Werkzeuglieferanten haben ihrerseits wiederum ih
15. neu angeordnet Eine verbreitete Gl ttungsmethode ist der Gleitende Durchschnitt Hierbei wird immer eine bestimmte Anzahl benachbarter Punkte zu einem Punkt zusammengefa t Wol88 6 4 3 Ausrichten von Fl chen an Punktwolken Das interaktive oder automatische Ausrichten von Punktwolken an CAD Fl chenbeschreibungen oder umgekehrt wird im Umfeld der Fl chenr ckf hrung kurz als Fitten bezeichnet Hierbei wird eines der beiden Objekte durch Drehen und Verschieben so gut wie m glich an das andere Objekt angen hert dabei wird aber keines der beiden Objekte ver ndert In der Anwendung kommt es oft vor da eine Wolke von Me punkten am vorhandenen CAD Modell ausgerichtet werden mu um einen Soll Ist Vergleich CAD Messung durchf hren zu k nnen oder um die CAD Konstruktion anhand der Punkte zu aktualisieren An der Aufgabenstellung des automatischen Ausrichtens von Punktwolken an CAD Beschreibungen wird derzeit viel geforscht Es gibt beispielsweise noch kein Programm das eine partielle CAD Beschreibung an einer Punktwolke ausrichten kann so da die berg nge m glichst eben sind 6 4 4 DigiMan Am Beispiel DigiMan soll eine Software vorgestellt werden deren Schwerpunkt im Be und Verarbeiten von Punktwolken liegt Anforderungen an eine Software zum Steuern von optischen Me systemen und der Punkteverarbeitung sind hoch Der Bereich Forschung und Technik 4 FT4 der Daimler Benz AG entwickelt in Ulm ein Programm das
16. Anwenden TAE Verlag Esslingen 1997 List F K Publikationen der Deutschen Gesellschaft f r Photogrammetrie und Fernerkundung Band 5 3D Objekterfassung mit Photogrammetrie und Streifen projektion Dr Martin Michaelis S 167 173 1997 Malz R W Ein neues optisches 3D Me system f r Reverse Engineering Tagungs beitrag Buchs Schweiz 1997 Malz R W Optische 3D Me verfahren und Reverse Engineering in verschiedenen Applikationsfeldern Bildverarbeitung 97 Forschen Entwickeln Anwenden TAE Verlag Esslingen 1997 Michaelis M 3D Objekterfassung mit Photogrammetrie und Streifenprojektion Publikationen der Deutschen Gesellschaft f r Photogrammetrie Band 5 S 167 173 Franz K List 1997 Intra Net der Daimler Benz AG Gesammelte Informationen ber OptoForm http intra daimler benz com zentrale ft optoform startpage start htm Reimpell J Fahrwerktechnik Grundlagen 3 Auflage W rzburg Vogel 1995 Riechmann W Photogrammetrie in Breu93 S 159 Roth Koch S Fl chenr ckf hrung im CAD Modell unter konstruktiven Randbe dingungen Erfassen und Verarbeiten der Werkst ckgeometrie Fraunhofer IPA Technologieformum F22 Stuttgart 1996 11 Literaturverzeichnis 91 Sax98 Schr97 SiSe96 Sta96 Swa96 Wei95 Wol88 Sax Havel D Erfolgskurs Zeitung f r Mitarbeiter im Werk Untert rkheim Daimler Benz AG Werk Untert rkheim Ausgabe 18 1998 Schramm P Datenausta
17. AutoCAD Zeichnungen i ipri incl der verwendeten 2 ADAT Schriftarten Abbildung 4 5 Verschicken von AutoCAD Zeichnungen Die Schnittkonturen die f r das Erstellen eines NC Steuerprogramms zum Drahterodieren ben tigt werden lassen sich leicht und schnell vom Rest der Zeichnung isolieren so da hierbei nicht viel Zeit ben tigt wird was einer kleinen Proze st rung gleich k me Um ein geeignetes 4 Untersuchung der Einbindung eines externen Lieferanten in die Proze kette Blechteile 33 NC Programm zu erstellen kann ein DXF File aus AutoCAD benutzt werden das nur den Rand Kontur des Schnittstempels oder der matrize enth lt 4 8 CAD Handbuch des Lieferanten f r Pre und Schnittwerkzeuge Zur Zeit verf gt der Lieferant ber kein CAD Handbuch F r die Konstruktionen die im Auftrag von Daimler Benz ausgef hrt werden wird derzeit vom Lieferanten ein eigenes Handbuch erstellt das auf dem CAD Handbuch der Daimler Benz aufbaut Mit der Fertigstellung ist laut Leitung der Konstruktion nicht vor Ende des Jahres 1998 zu rechnen Ein solches Handbuch soll den Konstruktionsabteilungen des Zulieferers eine einheitliche Vorgabe ber die CAD Modelle macht wie es die bei Daimler Benz das CAD Handbuch mit seinen Normen tut 4 9 Fazit Die Daten die bisher f r jedes extern hergestellte Werkzeug mitgeliefert werden NC Programme siehe Kapitel 4 4 1 sind f r eine Proze kette Reverse Engineering nicht ausreichend da NC
18. Beispielsweise kann die Produktionsplanung durch die Anwendung von Reverse Engineering Geometriedaten von Werkzeugen oder Bauteilen aus der Produktion erhalten Um Reverse Engineering in die Proze kette integrieren zu k nnen mu in den entsprechenden Abteilungen das Digitalisieren und das Fl chenr ckf hren beherrscht werden Diese beiden Hilfstechnologien k nnen weiter verbessert werden Das Messen mit ber hrenden Digitalisierungssystemen ist mit Nachteilen behaftet die sich im wesentlichen aus der Anpre kraft ergeben Beim taktilen Erfassen kommt ein Unsicherheisfaktor hinzu da die Nullgeometrie erst einmal approximativ ermittelt werden mu Diese Verfahren werden durch die Entwicklung von besseren Rechnern in Zukunft beschleunigt aber die Genauigkeit ist nur schwer zu optimieren Taktile Verfahren haben ihre Grenzen in der Genauigkeit und vor allem in der Geschwindigkeit des Digitalisierens Diese Grenzen lassen sich in Zukunft kaum noch zum Besseren hin verschieben Optische Systeme k nnen zwar mehr Punkte in k rzerer Zeit aufnehmen aber die Digitalisierungsdaten von optischen Ger ten m ssen nachbearbeitet werden damit sie zum Fl chenr ckf hren geeignet sind Das System Ganymed 97 gepaart mit DigiMan zeigt hier einen Weg zu mehr Automatismus Aber das aktuelle System des Ganymed ist auf Karosserievermessung spezialisiert Aufkleben von Me punkten ist beim Digitalisieren von Umformwerkzeugen nicht m glich Die Arbeit hat
19. Betriebsmittelbau oder von einem externen Lieferanten konstruiert und hergestellt werden vergleiche Abbildung 4 1 F r die erforderlichen Betriebsmittel die angeschafft oder hergestellt werden m ssen holt die Produktionsplanung von internen und externen Lieferanten Angebote ein Der Auftrag zur Herstellung eines Werkzeugs wird der Analyse der eingereichten Angebote vergeben Dabei werden die bisherigen Erfahrung mit dem jeweiligen Lieferanten ber cksichtigt Die Analyse der Werkzeuge in der Produktion von Blechteilen hat ergeben da ein gro er Anteil der dort eingesetzten Werkzeuge von solchen externen Lieferanten konstruiert und hergestellt wird 4 Untersuchung der Einbindung eines externen Lieferanten in die Proze kette Blechteile 23 ei 2 Entwicklung z l Produktionsplanung e Produktionsmittelkonstruktion externer Lieferant f r Werkzeuge 2 S Z Produktionsmittelfertigung Produktion gt Instandhaltung Abbildung 4 1 Zwei m gliche Wege eines Werkzeugs in die Produktion 4 2 Ablauf der Freigabe eines Werkzeuges Die Produktion eines Bauteils kann erst nach der Freigabe des entsprechenden Werkzeugs beginnen Zur Freigabe eines Werkzeugs geh rt die Qualit tspr fung der damit abgepre ten Rohteile Zur Erinnerung Rohteile bezeichnen hier die unbearbeiteten Teile die aus der Presse kommen In den meisten F llen werden Blechrohteile nicht mehr spanabhebend weiterbearbeitet in solchen F llen ist da
20. Erfassen einer 2D Kontur Hierbei mu aber ein vergleichsweise geringer Aufwand getrieben werden um von den digitalisierten Punkten die nur in einer Ebene liegen rechnerisch auf die Punkte der Originalkontur r ckzuschlie en 6 2 1 Tasterarten Je nach Topologie der Oberfl che werden verschiedene Taster benutzt Am h ufigsten kommen Kugeltaster zum Einsatz Der Unterschied zwischen den beiden in der Abbildung 6 4 gezeigten Kugeltastern 1 Rubin 2 Stahl liegt im Kugelradius Kugeltaster aus Stahl werden bis zu einem Radius von einem Millimeter hergestellt Kugeltaster mit einem gr eren Radius haben meist eine Tastkugel aus einem industriell hergestellten Rubin Je gr er die gew hlte Kugel ist desto mehr wird die digitalisierte Fl che geometrisch gegl ttet vergleiche Abbildung 6 5 Die Oberfl chenrauheit flie t dann weniger in die aufgenommenen Daten ein Schafttaster werden oft f r 2D Konturen verwendet und Stichel k nnen beispielsweise eine Pr gung M nze digitalisieren Die Digitalisierungsdaten von Sticheln liegen bereits auf der Oberfl che und ben tigen keine Tasterradienkomensation wie im Kapitel 6 2 2 beschieben B Rx D ON N Schafttaster A Stichel ns EN Kugeltaster 1 lt Kugeltaster 2 Abbildung 6 4 Verschiedene Tasterarten 6 2 2 Tasterradienkompensation R ckrechnung auf die Nullgeometrie Die exakte Offsetberechnung Bei einem idealen
21. Es sollte weniger Spezialsysteme geben daf r mehr CAD Systeme die Module zur Abtastdatenverarbeitung und Fl chenr ckf hrung optional anbieten Solche Allround Systeme h tten weniger Schnittstellen als die heute verwendeten Spezialsysteme 11 Literaturverzeichnis 89 11 Literaturverzeichnis Abe83 BeGr97 Bie97 Brem96 Brem97 Breu93 Brog98 CAT97 Czi96 DBL94 DBN91 Dic95 DM98 EnFr96 Erh96 Fis87 Aberle W Brinkmann B M ller H Pr fverfahren f r Form und Lageab weichungen 1 Auflage DIN Deutsches Institut f r Normung e V Beuth Verlag Berlin 1983 Beitz W Gorte K H Dubbel Taschenbuch f r den Maschinenbau Springer Verlag Heidelberg 1997 Bieder H Optische Formerfassung und Reverse Engineering Anforderungen an die Software Tagungsband der VDI DGZfP Fachtagung Optische Me technik Langen 1997 Bremer Dr C Digitalisierung und Fl chenr ckf hrung VDI Z Spezial Werkzeug und Formenbau 1996 November S 36ff Bremer Dr C Zur ck in die CAD CAM Welt FORM WERKZEUG 1997 November S 57f Breuckmann B Bildverarbeitung und optische Me technik in der industriellen Praxis Franzis Verlag M nchen 1993 Broghammer A Entwicklung von Verfahren zur nderungskonstruktion in CATIA anhand optischer Me daten Diplomarbeit bei Daimler Benz FT4 TM Ulm 1998 IBM Dassault CATIA V4 R1 8 OnLine Documentation 1997 Cz
22. a Produktion N Abbildung 2 1 Allgemeine Proze kette im Werk 010 der Daimler Benz AG 2 2 Proze ketten im Aggregatebereich der Daimler Benz AG Die Prozesse im Werk 010 sind mannigfaltig und k nnen noch detaillierter dargestellt werden 2 Untersuchung des Ist Zustandes 5 Generell k nnen im Werk 010 f nf verschiedene Proze ketten unterschieden werden vergleiche Abbildung 1 1 Ausgehend von der Produktentwicklung und konstruktion Werk 019 werden die einzelnen Proze ketten innerhalb des Aggregatebereiches Werk 010 mit 3D CAD Fertigteilbeschreibungen versorgt Je nach Proze kette im Werk 010 erfolgt nach der Beschreibung des Fertigteils durch die Produktkonstruktion in der Regel zun chst die Auslegung des Rohteils vergleiche Abbildung 2 1 links Der abschlie ende Schritt in der Phase der Produktionsmittelgestaltung besteht aus der Rohteilbeschreibung mit Hilfe proze kettenspezifischer CAD Modelliersysteme das hei t auf der Grundlage der Rohteilbeschreibung werden die entsprechenden Betriebsmittel konstruiert Nach der Herstellung der Produktionsmittel werden die proze kettenspezifischen Rohteile durch Ur oder Umfomen hergestellt W hrend die Proze ketten der Vorbetriebe Schmieden Gie en und Blechteile s mtliche beschriebenen Ablaufschritte enthalten entfallen in den beiden Proze ketten Serienteile und Vorrichtungen einige Folgen vergleiche Abbildung 2 2 Proze kette Serienteile Vorrichtungen Blechtei
23. als Word 7 0 Dokument insgesamt 1198 kB auf dem Datentr ger
24. beleuchtet werden Wie in Kapitel 2 2 erw hnt gelangen die Geometriedatenbe schreibungen der Bauteile aus dem Werk 019 ins Werk 010 Aggregatebau und funkieren dort als Grundlage f r die Produktionsplanung Die Produktionsplanung setzt sich mit der allgemeinen Planung der Herstellung eines Fertigteils auseinander Das Produktionsszenario wird entworfen F r die erforderlichen Betriebsmittel die beschafft oder hergestellt werden m ssen holt die Produktionsplanung von internen und externen Lieferanten Angebote ein Die Produktion kann erst nach der Freigabe eines Werkzeugs beginnen hierzu mehr in Kapitel 4 1 und 4 2 2 4 Allgemeines ber die Produktion Achsen Sax98 Das Produktionscenter Achsen PAC im Werk 010 der Daimler Benz AG in Stuttgart hat zur Zeit 3 491 Mitarbeiter 1997 wurden in Hedelfingen 693 000 Hinterachsen und 686 000 Vorderachs paare produziert Die PAC ist Lieferant von vormontierten Achsen und Achsteilen f r die Pkw Werke in Sindelfingen Bremen Raststatt und Hambach Eine Achse ist eine Konstruktion die berwiegend aus Blechteilen besteht Eine Hinterachse besteht beispielsweise aus ber 250 Teilen wobei die Hauptbestandteile von der PAC selbst produziert werden Eine Vorderachse ist dagegen weniger aufwendig zu bauen hier werden wertm ig 75 der Teile zugekauft 3 Bauteilspektrum 7 3 Bauteilspektrum 3 1 Begriffsdefinition Neben den Begriffen die im Glossar kurz erl utert beziehungsweise defi
25. ber Offline Medien DAT Disketten CD ROM usw sollte laut dieser Empfehlung die Ausnahme bleiben Mit der Weiterentwicklung von SWAN wird das Ziel verfolgt eine direktere und schnittstellenarme Kommunikation von Konstrukteur zu Konstrukteur mit hoher Proze sicherheit und Wirtschaftlichkeit durch Einsatz dieser brancheneinheitlichen Standards zu erreichen Die folgenden VDA Richtlinien regeln den Ablauf des Datenaustauschs n her e VDA 4914 2 ODETTE File Transfer Protokoll OFTP e VDA 4951 ENGDAT Engineering Data Message e VDA 4951 ENGPART Engineering Partner Data e VDA 4950 Vereinbarungen zum CAM Datenaustausch 4 7 2 CATIA Daten Die Werkzeugoberfl chen Freiformfl chen sind in einem CATIA Model File enthalten Dieses CATIA File der Stempeloberfl che belegt ca 4 MB Speicherplatz Der CATIA Modellname der vom Lieferanten benutzt wird entspricht im Fall des bertragenen CATIA Modells den Richtlinien in der Mercedes Benz Norm MBN 10 059 Die Belegung der einzelnen Zeichenebenen die Layerbelegung des bertragenen CATIA Modells entsprach nicht den in der Mercedes Benz Norm MBN 10 059 festgelegten Vorgaben Die Konstruktion des Umformwerkzeugs belegt insgesamt 8 Ebenen die nicht nach der Mercedes Benz Norm beschriftet sind Die Mercedes Benz Norm 10 008 gibt die Belegung der 255 in CATIA verf gbaren Layer in F nferblocks vor Layers mit der Endziffer 1 oder 6 sollen mit Strich oder Drahtgeometrien Wires belegt
26. eine Menge von Punkten die eine Geometrie beispielsweise eine Fl che beschreiben Eine Punktwolke ist also eine Schar von Punkten die im allgemeinen als Datei im ASCII Fomat vorliegen Es gibt kleine Unterschiede zwischen den ASCIlI Formaten die von den verschiedenen Digitalisierungsprogrammen ausgegeben werden Ein Beispiel zweier identischer Punkte soll dies belegen Ausgabe von der ReniShaw Software x1 23456789 Y2 34567890 23 45678901 ASCII Standard der vom Surfacer erwartet wird 1 23456789 2 34567890 3 45678901 Eine Punktwolke kann bearbeitet oder verarbeitet werden Unter dem Bearbeiten von Punktwolken wird das softwarem ige Anfassen der einzelnen Punkte verstanden wenn diese in Ihrer Lage ver ndert werden Der Unterschied zwischen dem Be und dem Verarbeiten liegt in der Art der Ergebnisse Beim Bearbeiten von Punktwolken kann das Ergebnis ebenfalls immer nur eine Punktmenge sein Beim Verarbeiten mu das nicht der Fall sein hierbei kann die Ausgabe eine NC Steuerung eine STL Datei oder sogar eine CAD Fl chen Beschreibung sein 6 4 1 Filtern Ausd nnen Jeder Art von Verarbeitung sind bestimmte Kriterien zugrundegelegt Prim res Kriterium ist normalerweise die Datenreduktion Hinzu k nnen Kriterien wie minimaler Informationsverlust oder maximaler Punktabstand kommen Beim Filtern von Punktwolken werden die Punkte selber nicht versetzt oder auf irgendeine Weise ver ndert Es werden nur ausgesuchte Punkte aus der
27. einem Verlust an Information und Genauigkeit ist Zusammengefa t Die erstellten STL Dateien eigenen sich sehr gut als Datenbasis zum schnellen Generieren von NC Fr sprogrammen sind aber f r eine Weiterbearbeitung im CAD genauso ungeeignet wie die Punktwolken Somit kann das Triangulieren eine Hilfsfl chengenerierung beispielsweise zum Fr sen sein aber keine Fl chenr ckf hrung Durch die Generierung von Polyederfl chen wird eine Entkoppelung zwischen Digitalisierstrategie und Fr sstrategie erzielt Die Fl chenrekonstruktion durch eine Triangulierung die sich an der Struktur der Daten orientiert ist ein effizientes Verfahren zur Erzeugung einer Polyederfl che Fri96 Diese Polyederfl che kann in marktg ngige CAM Systeme berf hrt werden wodurch die Leistungsf higkeit der mittlerweile weit ausgereiften CAM Systeme ausgenutzt werden kann Die Entwicklung spezieller auf Digitalisierdaten abgestimmter CAM Systeme ist somit nicht unbedingt notwendig 7 Abtastdatenverarbeitung 69 Im Hinblick auf die Anwendung in den Bereichen der Instandhaltung bei Daimler Benz mu eine beherrschbare und schnelle Vorgehensweise zum Erstellen solcher STL Dateien aus vorher ausged nnten Punktwolken im Rahmen des Projektes noch getestet werden 8 Fl chenr ckf hrung 70 8 Fl chenr ckf hrung 8 1 Allgemein Der Begriff Fl chenr ckf hrung englisch surface reconstruction hat im Zusammenhang mit dem zunehmenden Einsatz leistu
28. keine CAD Daten liefern sondern nur die Geometriedatenbeschreibung in Papierform dem Werkzeug beilegen CATIA Startmodell Das Daimler Benz CAD Handbuch schreibt allen Bereichen die Benutzung des CATIA Startmodells vor Dies ist die Vorlage eines leeren CAD Modells in dem alle Grundeinstellungen vorgegeben sind Solche Grundeinstellungen sind beispielsweise F llpatterns benutzbare Zeichens tze Farbeinstellungen Linienarten und Beschriftungsarten Diese Einstellungen werden nicht mit dem CATIA Modell gespeichert sondern sind lokale Einstellungen der jeweiligen CATIA Installation Das CATIA Startmodell wird beim Daimler Benz Konzern allen externen Konstruktionsb ros und internen Bereichen die mit CATIA arbeiten kostenlos ber das Intra InterNet zur Verf gung gestellt Das Startmodell ist am ehesten mit einer Dokumentvorlage in einem Textverarbeitungs programm zu vergleichen 4 5 Allgemeines ber den ausgew hlten Werkzeuglieferanten Um die Einbindungsm glichkeit der produktionsbeschreibenden Daten der externen Lieferanten in die Instandhaltung f r Schnitt und Pre werkzeuge genauer beurteilen zu k nnen wurden von einem ausgew hlten Werkzeuglieferanten mehrere Geometriedatenbeschreibungen exemplarisch ausgew hlter Werkzeuge als CAD Modell bertragen Der hierf r ausgew hlte Lieferant ist ein mittelst ndisches Unternehmen mit ber 1000 Mitarbeitern der nicht nur im Bereich von Blechumformwerkzeugen t tig ist Dur
29. nnen dadurch einfach partiell ersetzt werden Im Instandsetzungsfall eines unsegmentierten Werkzeugs das lokale Sch digungen an der Oberfl chen aufweist wird das Werkzeug an der gesch digten Stelle segmentiert Ein Einsatz f r den wiederherzustellenden Bereich wird hergestellt Solche Eins tze k nnen f r Umformwerkzeuge Biegestempel Biegematrize aber auch f r Schnittwerkzeuge Schnittstempel Schnittmatrize gefertigt werden 3 5 1 Querlenker Oberteil Das Querlenker Oberteil wird immer paarweise links und rechts hergestellt Erst in den letzten beiden Operationen werden die Zwillingsbauteile auseinandergeschnitten Das einzelne Bauteil hat ein Bauvolumen von 250x120x80 mm Weil immer Zwillingsteile produziert werden mu mit der doppelten L nge gerechnet werden 500mm 3 5 2 Querlenker Unterteil Dieses Bauteil besteht aus einer Oberschale und einer Unterschale Beide Schalen sind einander recht hnlich vergleiche Abbildung 3 5 Die Ziehtiefe der beiden eher flachen Bauteile liegt bei 30 bis 40 mm Exemplarisch f r alle anderen Bauteile dieses Typs sei an dieser Stelle erw hnt da das Querlenkerunterteil des A901 in 8 Stufen hergestellt wird von denen alle mit Pre operationen belegt sind 3 5 3 Seitenteil Seitenteile sind wie Querbr cken auch zwischen den Modellen in Form Gr e und Ziehtiefe durchaus vergleichbar Seitenteile sind die gr ten Blechbauteile an der Achse eines Mercedes Benz Pkw Das Seitenteil
30. sehr gering 6 Digitalisieren 6 1 Allgemeine Begriffsdefinition Unter Digitalisieren von Fl chen versteht man das rechnergest tzte punktweise Erfassen der Oberfl che eines reellen K rpers Ergebnisse sind blicherweise 3D Punkte die das physikalische Objekt teilweise in Form einer oder mehrerer Punktwolke n beschreiben Eine spezielle Anwendung ist das Digitalisieren von 2D Konturen wie sie beispielsweise bei Schneidkanten von Pre werkzeugen vorkommen Beim Digitalisieren wird die Ist Geometrie bez glich eines beliebig w hlbaren Koordinaten systems erfa t Das Erfassen kann optisch ber hrungslos oder taktil ber hrend stattfinden Die Punkte k nnen zeilenweise oder ungeordnet erfa t werden dies h ngt vom verwendeten Digitalisierverfahren ab Taktiles Digitalisieren liefert zeilenweise geordnete Punktwolken wie die Laser Digitalisierverfahren auch Bildgebende optische Verfahren zum Digitalisieren der Oberfl che erzeugen ungeordnete Punktwolken da hier mehrere berlappende Aufnahmen vom selben Objekt kombiniert werden m ssen Die geordneten Punkte der einzelnen Aufnahmen mit verschiedenen lokalen Koordinatensystemen werden so zu einer ungeordneten bermenge der Punkte aller Aufnahmen in einem globalen Koordinatensystem y l j x Abbildung 6 1 Aus geordneten Einzelaufnahmen wird eine ungeordnete Punktwolke Im folgenden soll auf diese verschiedenen Technologien genauer eingegangen werd
31. sich die ben tigte Zeit vervielfacht 9 Software zur Fl chenr ckf hrung 75 9 Software zur Fl chenr ckf hrung Innerhalb des Projektes bei Daimler Benz wurden unter anderem die folgenden vier Programme zur Fl chenr ckf hrung getestet Die Diplomarbeit wird auf diese Programme genauer eingehen 1 scancad geo von Firma BTC Dortmund 2 IntiSurf von Firma Inti EC Aachen 3 Surfacer von Firma Imageware USA 4 Cloud to Geometry CGO CATIA Modul R4 V1 8 und h her von Dassault Systems Paris Bis auf CGO funktionieren die gestesteten Programme als Stand alone 9 1 scancad geo von Firma BTC Die Firma BCT GmbH wurde 1986 gegr ndet und hat ihren Sitz in Dortmund Zur aktuellen Produktpalette geh ren Produkte aus dem Softwarebereich und der Digitalisierungstechnik Alle angebotenen L sungen geh ren zum Umfeld Reverse Engineering So bietet die Firma beispielsweise verschiedene Ger te zum Digitalisieren Software zur direkten Abtastdatenverar beitung und zur Fl chenr ckf hrung an Das Programm zur Fl chenr ckf hrung hei t scancad geo und wird f r die Betriebssysteme Windows 95 amp Windows NT als Version 2 5 angeboten Es unterst tzt die Open GL Grafikbibliothek die beispielsweise das Arbeiten mit schattierten Fl chen beschleunigen kann Die Software wurde von drei Angestellten der Firma BCT entwickelt Zur Zeit der Diplomarbeit ist ein Entwickler mit der Pflege und Schulung der Software zum R ckf hren v
32. so da sie nie innerhalb oder ber dem simulierten Fr sk rper liegen Nachteil Durch die Gleichverteilung der neuen Punktwolke in der X Y Ebene werden steile Kanten nur von einer sehr kleinen Anzahl von Punkten beschieben Die Punktdichte an senkrechten Kanten ist Null Dieses Verfahren wird von den folgenden Programmen benutzt Trace von ReniShaw und scancad millvon BCT 6 2 3 Fehlerursachen beim taktilen Digitalisieren Ergebnisse des taktilen Digitalisierens werden von vielen Fehlern berlagert die in ihrem Einflu unterschiedlich gro sind Die Probleme resultieren berwiegend aus der Anpre kraft des Tasters Kim87 Me fehler aufgrund der Durchbiegung des Taststiftes Verformung von langen oder d nnen Me objekten Verformung der Me oberfl che beim Antasten Verformung des Me objektes durch die Ausfpannkraft Verschlei des Tasters Me fehler durch seitliche Abdr ngung des Tasters bei r umlich gekr mmten Fl chen Me fehler durch den Einflu der unbekannten Reibung zwischen Taster und Oberfl che des zu digitalisierenden Objektes ungenaue R ckrechnung vom Kugelmittelpunkt auf die Oberfl che 6 2 4 Cyclone von ReniShaw ReniShaw ist ein renomierter Hersteller von digitalen und analogen Tasteinheiten zum Messen in Koordinatenme ger ten mit dem Hauptsitz in Gro britannien Davon abgesehen bietet die Firma ReniShaw auch ein Ger t zum Digitalisieren die bei der Daimler Benz AG in der Abteilun
33. und diese physischen Objekte wieder in CAD Beschreibungen zur ckgewandelt werden m ssen Vor allem im Bereich der Werkzeuge und Produkte m ssen aber auch zuk nftig physische Objekte wieder zur ck in CAD Beschreibungen gewandelt werden Zur Zeit der Diplomarbeit wird diese neue Technologie des Verarbeitens von physischen Objekten Reverse Engineering noch nicht angewendet In Zukunft soll im Bereich der Entwicklung und Konstruktion die Technologie Digital Mockup das Erstellen von Prototypen physische Modelle ersetzen In den Bereichen Design Entwicklung und Konstruktion werden weniger physische Modelle entstehen 1 3 Aufgabenstellungen dieser Arbeit Die Diplomarbeit wird im Umfeld des Projektes Einf hrung der CAD CAM CAQ Technik in die Proze kette der Werkzeuginstandhaltung PAC PRE im Werk 010 der Daimler Benz AG erstellt Das definierte Ziel des Projektes lautet Ablauf einer CAx unterst tzten Instandhaltung von Schnitt und Pre werkzeugen zur Verk rzung der Durchlaufzeiten und Steigerung der Qualit t Daraus ergibt sich das Projektziel eine Vorauswahl der ben tigten Systeme zu treffen Diese Systeme sind beispielsweise ein Digitalisiersystem Fl chenr ckf hrsystem ein HSC Fr szentrum und ein daf r geeignetes System zur NC Generierung 1 Einleitung 3 Aus der Aufgabenstellung des Gesamtprojekts resultieren unter anderem folgende Teilaufgaben die im Rahmen dieser Diplomarbeit behandelt werden sollen 1
34. uni kl de in der Konstruktion RKK Kaiserslautern Institut f r Produktionstechnik Fraunhofer http www ipa fhg de und Automatisierung ipa Gesellschaft IPA_HomePage html Stuttgart ISF Institut f r Spanende Fertigung Universit t http www isf maschinenbau uni Dortmund dortmund de index html Informatik VII Universit t http Is7 www informatik uni Dortmund dortmund de Institut f r Maschinenkonstruktion Universit t http www ttz uni Konstruktionstechnik Magdeburg magdeburg deittz forschung i567 htm Institut f r Angewandte Informatik Forschungszen http www pomos fzk de Pomos Abt Industrielle trum Karlsruhe Handhabungssysteme IS FZK Abbildung 11 1 Forschungsstandorte mit Schwerpunkt auf Reverse Engineering Fraunhofer ist eine Organisation f r angewandte Forschung in Deutschland Anhang C Abbildungsverzeichnis 95 Anhang C Abbildungsverzeichnis 1 Abbildung 1 1 Heutige Produktionsleistungszentren und Hauptproze ketten im Aggregatebereich Werk 010 Haa97 4444000ssn444nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 1 2 Abbildung 1 2 Proze der Produktentstehung Mal97b 44442444400HHnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 2 3 Abbildung 2 1 Allgemeine Proze kette im Werk 010 der Daimler Benz AG nennnnnnnnnnn 4 4 Abbildung 2 2 Abl ufe innerhalb der Proze ketten Haa97 242244440000nnnnnnnnnnnnn
35. werden signifikante Punkte auf dem Fertigteil festgelegt die in ihrer Lage zu einem Ausgangspunkt hin gepr ft werden Diese Punkte k nnen auf dem gesamten Bauteil verteilt sein Die genaue Lage der Kontrollpunkte wird von der Qualit tssicherung festgelegt 4 2 3 Ablauf einer Erstbemusterung Erstbemusterung nennt man die Erstabnahme eines Werkzeugs der damit gefertigten Rohteile innerhalb des Werks Das bedeutet da nicht das Werkzeug gepr ft oder vermessen wird sondern immer das damit unter Bedingungen der Serienproduktion hergestellte Rohteile In der Presserei sind die fertigungstechnischen Parameter anders als beim Hersteller des Werkzeuges Die Hubzahl unter Serienbedingungen und andere vom Umfeld abh ngige Einflu gr en lassen 4 Untersuchung der Einbindung eines externen Lieferanten in die Proze kette Blechteile 26 sich nicht mit einer Einzelpresse simulieren Einzelpressen werden meist zum Testen von Pre werkzeugen im Betriebsmittelbau verwendet Die Erstbemusterung l uft je nach Bauteil und dem Lieferanten unterschiedlich ab Die genaue Vorgehensweise legt die Qualit tssicherung QS in Zusammenarbeit mit der Produktionsplanung PP individuell fest Zuerst mu die im Kapitel 4 2 2 beschriebene Versandabnahme stattfinden Wenn an den Pr fprotokollen und den gelieferten Rohteilen nichts mehr zu beanstanden ist wird das Werkzeug ins Werk und in die Presserei geliefert Im Werk beginnt die eigentliche Abnahme des Werkzeu
36. wird zusammen mit ein paar Vorabpressungen an die Produktionsplanung geschickt Die Qualit tssicherung wertet das Protokoll aus und kann in der Regel noch Nachbesserungen am Werkzeug fordern 4 Untersuchung der Einbindung eines externen Lieferanten in die Proze kette Blechteile 25 Produktionsplanung CAD Modell Auftrag f r die und Pr fauftrag Herstellung eines des Werkst cks Werkzeuges Werkzeuglieferant Nachbessem N r N D Auftrag zur Vorabpressungen Nachbesserung nd Pr fprotokolle Qualit tssicherung E Versand A Abbildung 4 2 Skizzierter Ablauf einer Versandfreigabe mit Nachbesserung Dieser Kreislauf von Nachbesserungen wird in der Regel zwei bis dreimal durchlaufen Wenn die Teile innerhalb der von der Qualit tssicherung geforderten Toleranzen liegen erfolgt die Freigabe f r eine Lieferung des Werkzeugs ins Werk Dies kann auch als Versandfreigabe bezeichnet werden Theoretisch ist es m glich eine Freigabe zu erteilen ohne Nachbesserungen zu fordern dieser Fall kommt aber nur selten vor Es ist wichtig anzumerken da bei der Versandabnahme und bei der nachfolgenden Erstbemusterung vergleiche Kapitel 4 2 3 eines Bauteils keine Freiformfl chen gepr ft werden Das bedeutet da gekr mmte Bauteilfl chen nicht auf ihre geometrische Auspr gung hin gepr ft werden Es werden nur ebene Fl chen auf Form und auf Lage zum Bauteil hin gepr ft Au erdem
37. 1 Die Ringzackenplatte dringt ins Material ein um dieses am unkontrollierten Flie en zu hindern 2 Die Hauptstanzkraft bewirkt das Schneiden des Hauptstempels im Material 3 Der Gegenhalter spannt das Werkst ck vor und kontrolliert den Materialflu an der Schnittkante Beim Feinschneiden lassen sich besonders dicke Bleche bearbeiten In der PAC Pre liegen die verwendeten Blechdicken meist zwischen 6 8 mm F r die Werkzeuge gilt entlang der Schneidkanten eine sehr feine Toleranz Diese entsteht durch die sehr geringe Schnittluft S beim Feinschneiden S B t Gleichung 3 1 Schnittluft B Breite des Schneidspalts mm t Blechdicke mm Beim Feinschneiden wird eine Schnittluft von ca 0 5 ben tigt Dies macht deutlich warum Stempel und Matrize beim Feinschneiden mit hoher Pr zision gefertigt werden m ssen Die Schnittluft beim normalen Stanzen ist ca 8 3 8 Genauigkeitsanforderungen verschiedener Werkzeugbereiche 3 8 1 Werkzeug Schnittkanten Es gibt zwei Arten von Schnittwerkzeugen 2D Platinen Schnittwerkzeuge und Schnittwerkzeuge deren Kante im Raum 3D verl uft Aber der Schnitt wird in den meisten F llen entlang des negativen Z Vektors ausgef hrt prismatischer Schnitt von oben nach unten e Es gibt reine 2D Schnittwerkzeuge deren Schnittkanten innerhalb einer Ebene meist in der Z Ebene verlaufen Feinschneiden Wenn das Blech noch unbearbeitet ist wird ein solches Werkzeug als Platinenschnitt W
38. Ausnahme ist das Modell A Klasse interne Modellbezeichnung A168 Wegen der L ngslenkerhinterachse fehlen hier einige Bauteile die sonst charakteristisch f r die Hinterachse eines Pkws von Mercedes Benz ausmachen Das Seitenteil besteht nur aus einer Schale Blechst rke 3 5 mm und nur eine Querbr cke verbindet die beiden Seitenteile 3 Bauteilspektrum 13 Diese Querbr cke wird aus einem Halbzeug Rohr durch Kaltumformen hergestellt Alle anderen aktuellen Mercedes Benz Pkws verf gen ber eine Raumlenkerhinterachse Die vordere Querbr cke besteht aus einer Oberschale und einer Unterschale die miteinander verschwei t werden Die hintere Querbr cke besteht nur aus einem Bauteil und einer mittig eingeschwei ten Platine zur Verst rkung vergleiche Abbildung 3 3 An der hinteren Querbr cke wird das Differentialgetriebe angegracht 3 4 4 Seitenteile Seitenteile werden von der vorderen und der hinteren Querbr cke verbunden Sie setzten sich paarweise aus einer Oberschale und einer Unterschale links und rechts zusammen Zus tzlich tr gt jedes Seitenteil angeschwei te Lagerb cke f r die Streben der Raumlenkerhinterachse Ausnahme A Klasse vergleiche Kapitel 3 4 3 Nach dem Zusammenschwei en der Oberschale und Unterschale des Seitenteils werden die Lagerb cke f r die Sturzstrebe und Schubstrebe werden jeweils an die Oberschale des Seitenteils geschwei t An die Unterschale des Seitenteils schlie t sich der Lagerbock f r d
39. Beim Digitalisieren und R ckf hren des Bauteils wird von der Instandhaltung der Presserei eine Genauigkeit von 0 2 bis 0 8 mm je nach Gr e und Art des Bauteils gefordert Die Genauigkeit h ngt auch von der Lage des Bezugspunkts ab 3 6 2 Bauteilkanten mit Funktion Man erkennt den Werkzeugsatz eines Bauteils dessen Rand eine Funktion hat am leichtesten daran da in der letzten und vorletzten Operation der Rand nachgeschnitten wird Zuerst wird die Platine grob zugeschnitten danach wird sie in mehreren Operationen umgeformt und im letzten Schritt werden die Kanten nachgeschnitten Es wird in dieser Reihenfolge vorgegangen um eine bestimmte Genauigkeit relativ zu den 3D Anteilen des Rohteils zu erzielen Die geforderten Genauigkeiten h ngen stark von der sp teren Funktion ab und liegen im Bereich weniger Hundertstel Millimeter und bis maximal 0 2 mm Toleranz Die Funktion einer Bauteilkante kann in mindestens zwei Gruppen unterteilt werden 1 Es gibt F gekanten die in der weiteren Verarbeitung Kanten f r eine stoffschl ssige Verbindung zu einem anderen Bauteil darstellen Beispiele f r eine solche F gung ist das Verschwei en einer Ober und einer Unterschale wie sie am unteren Querlenker oder an einem Seitenteil vorkommen 2 Die zweite Sorte von Kanten hat mechanische Funktion und wird von Fall zu Fall mit anderen Bauteilen formschl ssig verbunden Ein Beispiel f r eine solche formschl ssige und sehr fein tolerierte Verbind
40. Daimler Benz CAD Handbuch DM98 f r produktionsbeschreibende Daten enth lt im Kapitel CA009 ein Formular zur Festlegung von Datenaustauschvereinbarungen An der gleichen Stelle findet sich auch eine Checkliste mit deren Hilfe die vorher vereinbarten Punkte gepr ft werden k nnen Bei Datenaustausch produktionsrelevanter Daten ist der Auftraggeber in der Regel ein Fachbereich aus dem Automobilkonzern und der Auftragnehmer ein Konstruktionsbereich einer externen Firma Generell ist es aber durchaus sinnvoll Vereinbarungen auch zwischen Daimler Benz internen Bereichen abzuschlie en Schr97 4 Untersuchung der Einbindung eines externen Lieferanten in die Proze kette Blechteile 29 4 4 4 Daimler Benz CAD Handbuch Alle Festlegungen f r produktionsbeschreibende Daten und deren Austausch Inhalt und Gestaltung sind im Daimler Benz CAD Handbuch festgehalten Es ist f r alle produktionsbeschreibenden Daten mechanischer Umf nge g ltig und soll die Erzeugung Kontrolle und den Datenaustausch von CAD Daten standardisieren um die Proze sicherheit zu verbessern Dieses Handbuch steht allen Proze beteiligten der Daimler Benz AG sowie den externen Partnern und deren Sublieferanten kostenfrei in Papierform und als Online Dokument zur Verf gung Es wird zwei bis dreimal pro Kalenderjahr aktualisiert Das Daimler Benz CAD Handbuch steht auch den externen Werkzeuglieferanten von Pre werkzeugen schon frei zur Verf gung obwohl die Lieferanten noch
41. Die Entwicklung eines Pre werkzeuges Die genaue Kenntnis ber die Entwicklung Konstruktion und Fertigung eines Werkzeugs kann Aufschlu ber die nderungseinfl sse geben Der Weg von der Bauteilentwicklung bis zur Serienproduktion soll im folgenden unter dem Aspekt der Qualit tsanforderungen auf den folgenden Seiten beleuchtet werden Die Entstehung eines Werkzeugs wird am Beispiel eines Pre teils aus Blech erkl rt Zun chst existiert die geometrische Beschreibung des Fertigteils von diesem wird zuerst das Rohteil abgeleitet Das ben tigte Werkzeug ist Umsetzung des Rohteils aus fertigungstechnischen Gesichtspunkten Gie en Pressen Schmieden vergleiche Kapitel 3 1 Ein Werkzeug ist immer die fertigungsbezogene Abbildung eines Rohteils man spricht auch vom Warmmodell Ein Warmmodell eines Gu rohteils beinhaltet beispielsweise alle Schrumpfungsaufma e hnlich dem Warmmodell beim Schmieden Ein Pre werkzeug Biegestempel unterscheidet sich um den Betrag der elastischen R ckfederung vom Rohteil Das Bauteil wird wie in Kapitel 2 2 erw hnt von der Entwicklung im Werk 019 entworfen Von dort werden die Entwicklungsdaten ins Werk 010 Aggregatebau geleitet und sind Grundlage f r die Produktionsplanung PP Die Produktionsplanung setzt sich mit der allgemeinen Planung der Fertigung eines Rohteils auseinander Das Produktionsszenario wird entworfen Das Werkzeug kann von der internen Proze kette Betriebsmittelkonstruktion und
42. ES IUA KMG NC NC IPS NURBS O FTP PAC PGK PK PPA Advanced TOpometric Sensor optischer Sensor von GOM Produktionsmittelkonstruktion CAD CAM Competence Center Gremium zur Koordinierung aller CAD CAM relevanter Projekte und Systeme Computer Aided x x D M E T Q 0 Design Manufacturing Engineering Test Quality Assurance Optimization Charge Coupled Device dt ladungsgekoppeltes Bauelement Computerized Numerical Control Daten Austausch Vereinbarung Daimler Benz AG Daimler Benz Liefervorschrift Mercedes Benz Norm hei t noch so Direct Numerical Control Entwicklung Pkw Werk 019 Forschungsbereich in Ulm Fused Deposition Modelling RP Verfahren schichtweises Auftragen von Thermo plasten Gesellschaft f r Optische Me technik stellt optischen Sensor ATOS her Gie werkzeugbau High Speed Cutting Fr sen mit sehr hoher Schnittgeschwindigkeit bei Fr sen in Stahl ve 500 m min bis 5000 m min Initial Graphics Exchange Specification bergeordnetes CAx Datenaustauschformat sogenannte neutrale Datenschnittstelle Interactive User Access Fortran hnliche Makrosprache f r CATIA Koordinatenme ger t Numerical Control 2 5 D NC Programmiersystem im DB Konzern Non Uniform Rational B Splines Odette File Transfer Protokoll Protokoll mit dem die Automobilindustrie Daten austauscht Produktioncenter Achsen Point Geometrie Kernel bin res Nativedatenformat von DigiMan Proze kette Produkti
43. Geschwindigkeit der Punktaufnahme unterscheiden Punktweises Laserdigitalisieren vergleiche Abbildung 6 10 kommt den taktilen Digitalisierver fahren am n chsten Eine spezielle Abtastsoftware erlaubt die Steuerung eines Koordinatenme ger ts in dem statt des Tastkopfes eine Me optik eingebaut ist Diese Optik nimmt die Oberfl che Punkt f r Punkt in Streifen auf Das streifenf rmige Digitalisieren wird auch meistens unter Zuhilfenahme eines Lasers eingesetzt vergleiche Abbildung 6 10 Der Laserstrahl wird ber einen Spiegel linear ber das Objekt hin und her bewegt so da auf der Oberfl che eine projizierte Zeile entsteht Diese wird meist von einer digitalen Kamera aufgenommen und von einer Analyse Software ausgewertet Die 3D Punkte auf diesen eingelesenen Zeilen werden nach einer Gl ttung zu Splines verbunden Viele solche Splines k nnen als Eingangsinformation f r eine Loft Operation im CAD dienen Dieses Verfahren hat sich vor allem im Designbereich bew hrt in dem relativ einfache und stetige Formen zu digitalisieren sind Es gibt eine Reihe von verschiedenen fl chigen Digitalisierverfahren vergleiche Abbildung 6 10 die mit CCD Kameras Modelle in mehreren Teilansichten sehr schnell fl chig digitalisieren Die zur Zeit vorliegenden Benchmarkergebnisse zeigen da in den letzten Jahren bei den bildgebenden Systemen gro e Fortschritte gemacht wurden Die Digitalisierdaten sind aber noch immer abh ngig von Modell und S
44. Grundlagenerarbeitung zur Produktionseinf hrung von Reverse Engineering im Werk 010 der Daimler Benz AG Diplomarbeit an der Universit t Karlsruhe Technische Hochschule Fakult t Maschinenbau vorgelegt von Robert Landwehr Gutachter o Prof Dr Ing Dr h c H Grabowski Betreuer Dipl Ing FH Stefan Michels Dipl Ing FH J rg Pfeifle Dipl Ing Gunther Storz Stuttgart den 4 Mai 1998 Kurzfassung Der Proze ablauf der Konstruktion Fertigung von Bauteilen und den dazugeh rigen Werkzeugen wird gr tenteils durchgehend von der CAD CAM Technik unterst tzt Aufgrund manuell ausgef hrter nderungen entsprechen die CAD Modelle nicht den realen Objekten in der Produktion Werkzeuge oder Bauteile Mit der Anwendung von Reverse Engineering das hei t Digitalisieren der realen Bauteile oder deren Werkzeuge sowie R ckf hren dieser Daten in die CAD Welt soll dieses Problem gel st werden Diese beiden Technologien Digitalisieren und Fl chenr ckf hren werden vorgestellt und erl utert Zum Thema Digitalisieren werden verschiedene am Markt angebotenen Systeme analysiert Vier Programme zur Fl chenr ckf hrung werden vorgestellt und hinsichtlich der Anforderungen der Instandhaltung von Pre werkzeugen berpr ft Innerhalb dieser Arbeit werden die Teilaufgaben von Reverse Engineering beleuchtet und auf ihre Anwendbarkeit im Umfeld der Instandhaltung von Schnitt und Pre werkzeugen im Werk 010 der Daimler Benz AG be
45. Kugeltaster bewegt sich der Tastermittelpunkt parallel zu der abgetasteten Oberfl che auf einer Offsetfl che Bildet man nun von dieser Mittelpunktfl che einen Offset in entgegengesetzter Richtung dann stimmt das Resultat weitgehend mit der Originalfl che berein Abweichungen ergeben sich dort wo in konkaven Bereichen der Kr mmungsradius der Oberfl che kleiner als der Tasterradius ist dies sollte in der Praxis aber nie vorkommen da die Ergebnisse einer solchen Aufnahme einer Fl che unbrauchbar sind Das vorgestellte Verfahren basiert auf der Idee der erneuten Offsetbildung in Gegenrichtung Der Ausgangspunkt dieser exakten Offsetberechnung ist jeweils eine Triangulierung der gemessenen Tastermittelpunkte FrWe96 Die Offsetfl che einer Triangulierung besteht aus planaren zylindrischen und sph rischen Segmenten Sie sind jeweils derjenigen Facette Kante oder Ecke der Triangulierung zugeordnet zu der sie den geringsten Abstand haben Die prinzipielle Geometrie Ebene Zylinder oder Kugel sowie die Lage eines Offsetsegments ergibt sich aus seinem zugeordneten Element die genaue Ausdehnung ist durch die Schnittkurren des Elements mit angrenzenden Offsetsegmenten bestimmt Zur Berechnung der Offsetgeometrie dient ein Offset Sweep Verfahren Beginnend mit einem sehr kleinen Abstand entfernt sich eine Offsetgeometrie kontinuierlich von der triangulierten Mittelpunktfl che Dabei ndert sich die Segmentstruktur der Offsetfl che nur
46. Programme nur auf der Bearbeitungsmaschine Fr szentrum funktionieren f r die die NC Programme urspr nglich generiert wurden Die NC Daten wurden f r bestimmte Steuerungen von bestimmten Maschinen erstellt und sind nicht portabel Bei einem Datenverkehr von AutoCAD Zeichnungen sollten die verwendeten Schriftarten die nicht zur Standardinstallation von R13 oder R14 geh ren zumindest bei der ersten Versendung von Zeichnungen beigelegt werden Wenn die fehlenden Schriften einmal beim Empf nger in das entsprechende Verzeichnis kopiert worden sind tauchen keine Probleme mehr auf vergleiche hierzu Abbildung 4 5 Die CAD Daten der Werkzeugoberfl che im CATIA Format entsprachen in der Layerbelegung nicht den Anforderungen die in der MBN 10 059 festgelegt sind Die Beschreibung der Layer ist ansonsten nicht kommentiert und enth lt keine weitere Funktionserkl rung der Einzelteile Die CAD Daten k nnen in dieser Form nicht f r eine schnelle Reproduktion der Werkzeugsegmente durch die Instandhaltung der Pre werkzeuge verwendet werden Durch entsprechende R ckfrage beim Werkzeuglieferanten oder beim Werkzeugsublieferanten k nnten die Daten eventuell genutzt werden Das CATIA Modell der Stempeloberfl che entsprach den Anforderungen die an die Namensgebung und das CATIA Startmodell vergleiche 4 4 4 laut der Mercedes Benz Norm gestellt werden Dies ist wahrscheinlich nur darauf zur ckzuf hren da die Entwicklungsabteilung dem Werkzeugli
47. Punktwolke gel scht Die verschiedenen Verfahren zur Reduktion unterscheiden sich in der Art wie diese zu eliminierenden Punkte bestimmt werden Die Mathematik bietet eine Vielzahl von M glichkeiten zur Punktreduktion an Die einfachste ist wohl die Auswahl von Punkten in determinierten Abst nden Diese Methode wird h ufig eingesetzt da sie praktisch ohne Rechenaufwand auskommt Doch der Nachteil dieses Verfahrens liegt gerade in der Determinierung der zu filternden Punkte die den tats chlichen Verlauf nicht ber cksichtigt W 0188 Mehrere Methoden die in der Genauigkeit steuerbar sind benutzen einen Toleranzzylinder der um die zu filternden Punkte gelegt wird Diese Reduktionsverfahren sind entweder ber den Radius des Toleranzzylinders direkt steuerbar oder aber auch ber eine festgelegte Datenreduktion indirekt beiflu bar Solche Verfahren k nnen nur f r sortierte Punktwolken benutzt werden Wollenberg geht in seinem 1988 erschienenem Buch auf viele Verfahren der Datenreduktion von sortierten Punktwolken ein Die Verfahren in Wo0I88 werden in den aktuell angebotenen Programmen eingesetzt 6 4 2 Entrauschen Gl tten Optische Daten weisen meist ein Rauschen auf Hinzu kommen sogenannte Ausrei er das sind Punkte die fernab jeder Oberfl chen liegen Es gilt das Rauschen zu gl tten und die Ausrei er ausfindig zu machen und zu l schen Beim reinen Gl tten einer Punktwolke werden keine Punkte weggelassen sondern nur Punkte
48. Stiftung Steinbeis in Konstanz Begrenzter Bereich einer Oberfl che die eine Gesamtfl che beschreibt Punkte oder Teilfl che V Glossar Punktwolke Rapid Prototyping Regelgeometrien SCOLL STEP STL Surfacer V8 0 Toggeln Trimmen Triangulierung VDA 4914 2 Werk 010 XI Menge von Punkten in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem wird meist als ASCIl Format gespeichert schnelles Verfahren im zeitlichen Sinne zur Erzeugung von Bauteilen f r jede Art Vorbeurteilung blicherweise auf der Basis von CAD Daten Mathematisch trivial beschreibbare Geometrien wie Kreisfl che Rechteck Zylinder oder Kegelmantel sowie Zylinder Kegel Kugel Quader usw C hnliche Programmierschnittstelle von Surfacer Neutrales Schnittstellenfomat dient dem neutralen Austausch kompletter Produktdaten zwischen CAx Systemen Schnittstellen Format zur Ansteuerung von Rapid Prototyping Verfahren z B Stereo Lithographie Das STL Format beschreibt eine 3D Geometrie in Form von angen herten Dreiecksfacetten aktuelle Software von der Firma Imageware USA Verdrehung des Koordinatensystems im CAD Raum Nachtr gliche Begrenzung einer bestehenden Fl che mit Randkurven Erzeugung von Oberfl chennetzen aus endlich kleinen Dreiecks fl chen aus Punkt oder Oberfl chendaten VDA Empfehlung zum Einsatz von OFTP Odette File Transfer Protocol Werk der DB AG in Hedelfingen Mettingen und teilweise in Unte
49. auigkeit und Aufl sung deutlich unter den angegebenen Werten liegen Die Cyclone erf llt alle Genauigkeitsanforderungen f r das Reverse Engineering Eine Ausnahme sind 2D Schnittkonturen die im Bereich des Feinschneidens auf 5 bis 10 um genau gefertigt werden m ssen 6 3 Optisches Digitalisieren Als Hauptmerkmal des Digitalisierens mit optischen Mitteln gilt die ber hrungslose Aufnahme der einzelnen Punkte der Oberfl che Dies macht das Erfassen sehr nachgiebiger Werkstoffe wie Modelliermasse Ton Wachs und Schaumstoff m glich Das optische Digitalisieren ist aber nur eine Anwendung unter vielen ber hrungslosen Antastprinzipien Zum Digitalisieren sind induktive akustische kapazitive und pneumatische Verfahren aber weniger geeignet Kim87 Diese Verfahren sind entweder nicht zum Digitalisieren verwendbar weil die Aufl sung zu gering ist oder weil die Ergebnisse nicht die geforderte Genauigkeit aufweisen Innerhalb der Daimler Benz AG wird an der Thematik des optischen Messens und Digitalisierens vor allem im Werk Ulm intensiv geforscht Alle internen Forschungs und Entwicklungsbereiche die sich mit dieser Thematik besch ftigen sind unter der Bezeichnung OptoForm zusammengefa t 6 3 1 Unterscheidungsmerkmale optischer Systeme Optische Digitalisierverfahren lassen sich in drei Klassen einteilen Hierbei ist der Begriff Klassen bewu t gew hlt da sich die Verfahren um ein bis zwei Gr enordnungen in der
50. bauteile die zum Teil in ber zwanzig Werkzeugoperationen entstehen Die Lamellenkontur an den Tr gern wird durch axiales Rollen gefertigt eine dem Walzen verwandte Fertigungstechnik Um die notwendige Vorspannkraft an den Lamellenkupplungen zu realisieren werden axial wirkende Federn montiert Diese Axialfedern werden vom Blechbauteil Federteller radial fixiert Die Lamellen selbst sind reine 2D Blechbauteile Platinenschnitt Die Daimler Benz AG bezieht alle Sorten von Lamellen von externen Herstellern Die Lamellen werden mit dem aufgeklebten Kupplungsbelag geliefert Die Kraft bertragung zwischen den einzelnen Kupplungen und Drehzahlwandlungen im automatischen Getriebe wird ber mehrere Flansche aus Blech bewerkstelligt die auch in der PAC Pre produziert werden In der Parkstellung der Automatik rastet die Sperrklinke an einem Innenlamellentr ger ein und verriegelt somit den gesamten Antriebsstrang Die lwanne aus Blech unter der elekrohydraulischen Steuerung des Getriebes dichtet das Getriebegeh use nach unten ab 3 4 7 Einzelbauteile des schaltbaren Getriebes Im Schaltgetriebe eines Mercedes Benz Pkw kommen nur zwei Blechbauteile zum Einsatz Der Verriegelungshebel und die Schalthebel sitzen au en am Geh use des Getriebes 3 4 8 lpumpe und Anlasser Die lpumpe und der Anlasser sind Unterbaugruppen des Motors In der PAC Pre wird das Kettenrad zum Antrieb der lpumpe als Feinschneidteil produziert Im Anlasser kom
51. ben Pre operation gefertigt werden nur einmal bei der Erstbemusterung in der Lage zueinander gepr ft werden Die Bolzen f r die Fertigungsoperation haben am Werkzeug relativ zueinander immer die gleiche Lage Eine weitere Pr fung im Laufe der Produktion ist dann nicht mehr notwendig Pr fverfahren von nicht ebenen Fl chen sind noch in der Entwicklungsphase An einem Achsteil der A Klasse wurden Pr fverfahren zum Vergleich einer Oberfl chengeometrie des physischen Fertigtels zum CAD Modell des Fertigteils prototypisch durchgef hrt Dabei wurde die Machbarkeit eines solchen Pr fverfahrens nachgewiesen In Zukunft k nnten alle Fl chen und Kantenbereiche eines Fertigteils aus Blech gegen das CAD Modell gemessen werden Dies entspricht einem rechnerinternen Soll Ist Vergleich anhand von Koordinatentripeln die am physischen Vergleichsobjekt aufgenommen werden 4 2 2 Versandabnahme Bevor ein Werkzeug eines externen Lieferanten ins Werk und damit in die Produktion kommen kann wird eine Versandabnahme von Versuchsteilen durchgef hrt Bei dieser Kontrolle werden die Rohteile kontrolliert die der Werkzeughersteller mit seinem neuen Werkzeug hergestellt hat Die Qualit tssicherung des Herstellers erstellt auf der Basis des Pr fauftrags von der Qualit tssicherung ein Me protokoll des gefertigten Rohteiles Die in diesem Protokoll zu messenden Eigenschaften wurden vorab von der Qualit tssicherung des Auftraggebers festgelegt Dieses Protokoll
52. benden Berarbeitung entsteht das Fertigteil Bauteile k nnen aber auch kleine Baugruppen bezeichnen Ein Seitenteil besteht beispielsweise aus der Oberschale der Unterschale sowie den Lagerb cken f r Zug und Sturzstrebe Komplett zusammengeschwei t bezeichnet man diese Baugruppe als das Bauteil Seitenteil links oder rechts 3 2 Bauteilspektrum des Werkes 010 Im Werk 010 das sich auf Untert rkheim Hedelfingen und Mettingen ausdehnt werden Motoren Getriebe und Achsen f r Mercedes Benz Pkw hergestellt F r die Produktion verf gt das Werk ber Fertigungsanlagen zum Ur und Umformen als auch zur spanenden Serienbearbeitung Hierzu gibt es die Proze ketten der Vorbetriebe vergleiche Kapitel 2 2 Da die Technologie Reverse Engineering zuerst in die Proze kette der Blechbearbeitung im Werk 010 eingef hrt werden soll wurde die Analyse der des Bauteilspektrums auf die Blechteile beschr nkt Bauteile aus Blech werden in der Automobilindustrie haupts chlich f r die Achsen und die Karosserie eines Pkws ben tigt Au erdem werden in der Produktion Achsen Presserei 3 Bauteilspektrum PAC Pre im Werk 010 Blechteile f r Getriebe und Motoren hergestellt z B die Lamellentr ger f r die automatischen Getriebe oder auch Kleinteile aus Blech f r die Fertigung von Motoren 3 3 Bauteilspektrum im Produktionscenter Achsen Blechteile In der Instandhaltung der Presserei werden alle Werkzeuge zur Fertigung von Bauteilen aus Bl
53. ch am einfachsten durch die einzelnen Proze ketten beschreiben Hierzu wurde eine Proze kettenanalyse durchgef hrt 2 1 Allgemeine Proze kette Die allgemeine Proze kette beginnt bei der Entwicklung Dort entsteht das Fertigteil nur als Geometriedatenbeschreibung Und die Proze kette endet in der Produktion in der die Teile gefertigt werden Diese allgemeine Proze kette wird in Abbildung 2 1 auf die Abl ufe im Aggregatebereich Werk 010 abgebildet Die Proze kette ist stark vereinfacht und Dokumentationen beziehungsweise Teile flie en sequentiell nur in eine Richtung Man erkennt da die Produktionsbelange auf das Werk 010 beschr nkt sind und da die Belange der Entwicklung nur im Werk 019 lokalisiert sind Das Werk 010 Produktion ist aus betriebswirtschaftlicher Sicht ein Auftragnehmer des Werks 019 Entwicklung Die Daimler Benz AG ist in seinen Werken modular aufgebaut Wenn die Entwicklung eines Motors l uft werden von den Werken die hierf r in Frage kommen Angebote eingeholt Ein Auftrag zur Produktion eines Motors kann von der Entwicklung praktisch an jedes Werk vergeben werden das hierf r ein Angebot vorlegt Motoren werden beispielsweise an den Standorten Stuttgart Berlin Marienfeld und Friedrichshafen hergestellt eQ Entwicklung N Produktionsplanung a Produktionsmittelkonstruktion Br ii amp ii 5 0 Produktionsmittelfertigung z l 4
54. ch die jahrzehntelange Erfahrung im Pre werkzeugbau ist diese Firma ein Lieferant von Stufens tzen aller Art f r die Daimler Benz AG Es wurden in der Vergangenheit nicht nur f r viele Blechbauteile im Achsbereich die Werkzeuge geliefert sondern auch f r den Bereich der Karosserieau enhaut 4 6 CAD Dokumentation des externen Lieferanten von Pre werkzeugen Die CAD Dokumentation eines Werkzeugs von einem externen Lieferanten wird an einem aktuellen Beispiel beschrieben Hierzu werden die CAD Beschreibungen von einer einzelnen Pre operation eines vierstufigen Werkzeugsatzes zum Abpressen eines Hinterachsbauteils in die Instandhaltung bertragen An dieser Stelle sei erw hnt da ein Werkzeug zum Pressen von Rohteilen aus zwei oder drei Pre operationen bestehen kann Meist ist ein Pre werkzeug aber auf sieben bis acht 4 Untersuchung der Einbindung eines externen Lieferanten in die Proze kette Blechteile 30 Operationen verteilt In komplexen Einzelf llen k nnen Werkzeuge f r Getriebebauteile auf ber zwanzig Operationen verteilt sein Der ausgew hlte externe Hersteller beschreibt seine Werkzeuge mit verschiedenen CAD Programmen gleichzeitig Der u erliche Aufbau des Werkzeugs wird mit AutoCAD konstruiert und somit liegen alle 2 5D Anteile der gesamten Konstruktion als AutoCAD Zeichnung vor Schnittkonturen von Schnittwerkzeugen sind ebenfalls als Kurvenzug in den Einzelansichten von AutoCAD enthalten AutoCAD dient dem Werkz
55. der Objektive mu sehr genau sein um hier nicht einen gro en und alles berlagernden Me fehler zu verursachen 6 3 2 3 Photogrammetrie Die Photogrammetrie nutzt das Prinzip der Triangulation Ein Objekt wird aus mehreren Richtungen simultan betrachtet Rich93 und mu nicht wie bei anderen Me systemen z B Theodolitme systeme sequentiell erfa t werden Wenn nur zwei Blickwinkel f r die Weiterverarbeitung benutzt werden dann spricht man auch von Stereographie Die Stereographie nutzt wie das menschliche Auge mehrere Bilder um einen Eindruck von den r umlichen Verh ltnissen zu bekommen Schon 1848 entdeckte der englische Physiker Charles Wheatstone da ein r umlicher Seheindruck entsteht wenn der Mensch zwei Bilder gleichen Inhalts mit unterschiedlichem Sehwinkel betrachtet engl Stereo Vision Die Orientierung der Kameras in der Me szene kann ber speziell auf dem MeBobjekt aufgeklebte Marken geschehen Eine solches Beispiel zeigt Abbildung 6 14 daneben sind auch Beispiele verwendeter Signalmarken abgebildet Codierte Signalmarken werden benutzt um die Auswertung der einzelnen aufgenommenen Me szenen schneller durchf hren zu k nnen Bildverarbeitende System sind in der Lage solche Signalmarken in verschiedenen Aufnahmen wiederzuerkennen und zuzuordnen vergleiche Kapitel 6 3 3 2 Signalmarke ____ gt einfache uncodierte a Signalmarke sektorcodierte Signalmarke Matrix Matrix punktcodierte kamera gt
56. des Modells A210 wird in neun Operationen hergestellt incl Platinenschneiden Das Seitenteil eines A220 kann von einem Quader 800x400x300 mm umschrieben werden Die lokale Ziehtiefe einer einzelnen Schale berschreitet an keiner Stelle den Wert 80 mm 3 5 4 Querbr cken vorne und hinten Die zweischalig aufgebaute vordere Querbr cke ist kleiner als die hintere Querbr cke Die Oberschale der vorderen Querbr cke hat in sich eine gro e Bauteiltiefe Diese Tiefe wird nicht 3 Bauteilspektrum 17 nicht durch reines Tiefziehen erreicht sondern das Blech wird umgeformt ohne da die R nder des Bleches festgehalten werden Blech kann also immer von den Seiten nachflie en Durch diesen Vorgang werden d nne Blechbereiche D nnzug vermieden Das Umformwerkzeug Biegestempel in der zweiten und dritten Operation erreicht entsprechend der Bauteile eine Werkzeugtiefe von gt 120 mm Die maximale Tiefe Hohe liegt mittig im Bauteil 3 6 Genauigkeitsanforderungen an Bauteilkanten 3 6 1 Bauteilkanten ohne Funktion Die Toleranz einer Bauteilkante h ngt ganz allgemein davon ab welche Funktion die Kante erf llt Wenn eine Bauteilkante keine Funktion erf llen soll wird sie auch in den Toleranzangaben nicht erfa t Der Verlauf einer solchen Kante wird nicht nachgeschnitten er wird durch die Geometrie des Platinenschnitts am Anfang vorgegeben Eine solche Kante kann schon allein aus fertigungstechnischer Sicht nur sehr grob toleriert sein
57. deten Einzelteile z B Schrauben Distanzscheiben Auswerfer Federn D mpfer Gu ober und Gu unterteil Biegebacken und so weiter Au erdem ist bei jedem Element der St ckliste der Werkstoff die Abmessungen und die Bezugsquelle aufgef hrt Eine genaue Untersuchung der acht bertragenen AutoCAD Dateien hat ergeben da innerhalb der AutoCAD Zeichnungen zw lf verschiedene Schriftarten benutzt wurden die nicht zum Standard in AutoCAD R13 oder R14 geh ren F r denjenigen der die AutoCAD Daten empf ngt ist es notwendig die nicht vorhandenen Schriftarten auf seinen Rechner zu laden Da die Fonts von GENIUS nicht gesch tzt sind k nnen diese Sonderzeichen Schriftarten den Zeichnungen bei der bertragung beigelegt werden Wenn die zus tzlichen Schriftarten einmal auf dem Rechner des Empf ngers installiert sind k nnen alle Zeichnung von AutoCAD GENIUS einwandfrei angezeigt und gedruckt werden Wenn noch andere Schriftarten in der Zeichnung verwendet werden die nicht zum Standard der Schriftarten in AutoCAD geh ren wird analog verfahren Dies ist beispielsweise notwendig wenn Schriftarten von alten AutoCAD Versionen benutzt werden wie z B I1SO8 SHX TALIC8 SHX SIMPLEX8 SHX 8 TXT Rechner des Senders Rechner des Empf ngers Ds perteim Ansicht ganm T Are fa Ala lirira ron Free Werkzeuglieferant D Fel ihene A P anpha sru liefert aa E
58. dung eines Hybridmodells Die Abbildung 5 3 zeigt ein Kopiermodell eines Pre werkzeuges Biegestempel zum Umformen Das bearbeitete Bauteil ist ein Federlenker ein Blechbauteil an der Raumlenkerhinterachse eines Mercedes Benz Pkws Im markierten Bereich soll eine nderung durchgef hrt werden Abbildung 5 3 nderungsbereich am Kopiermodell eines Biegestempels Bauteil Federlenker 1 Im ersten Schritt wird der nderungsbereich gro z gig digitalisiert die aufgenommene Punktwolke ist in der Abbildung 5 4 links dargestellt 2 Diese Punktwolke wird partiell im nderungsbereich fl chenr ckgef hrt und mit einer CAD Software ge ndert vergleiche Abbildung 5 4 Mitte 3 Das ge nderte Fl chenmodell wird wieder in die Datei der Punktwolke zur ckgespielt Es entsteht eine Datei die sowohl Punkte als auch Fl chen enth lt ein Hybrid Modell Im Bereich der CAD Fl che werden die Punkte gel scht weil diese gr tenteils ber der neuen Fl chenbeschreibung liegen w rden vergleiche Abbildung 5 4 rechts 5 Reverse Engineering 40 Digitalisierte Punktwolke Fl chenr ckgef hrtes Hybridmodel CAD Modell mit nderung Punkte und Fl chen Abbildung 5 4 Hybridmodellierung 4 Im letzten Schritt kann ein Hartmetalleinsatz f r das al
59. e kopf kann durch einen Laserme kopf ersetzt werden der eine feste geeichte Brennweite besitzt z B geeichte 40 000 mm Die zu erfassende Oberfl che wird wie beim taktilen Digitalisieren zeilenweise bidirektional das hei t im Pendelbetrieb abgefahren registrierter Punkt Punkt auf der Oberfl che Abbildung 6 11 Laserfokusierverfahren Dieses Verfahren ist nicht mit der Laserinferometrie zu vergleichen Die Inferometrie hat eine Me unsicherheit bis in den Nanometerbereich und wird auch zur Kalibrierung und Justierung pr ziser Maschinen benutzt F r die Messung mu auf der Me fl che eine Spiegelebene fixiert sein Aus diesem Grund scheidet die Inferometrie als optisches Me und Digitalisierungsverfahren meist aus Steil abfallende Geometrien sind ab 85 aus der Horizontalen gar nicht mehr oder nur noch sehr ungenau me bar Einerseits kommt es bei solchen Flanken manchmal zu einer Totalreflektion andererseits kann kein exakter Punkt mehr projiziert werden Die Ausdehnung des projizierten Laserstrahls ist endlich und damit wird bei steilen Flanken eine sehr gestreckte Ellipse projiziert die dann aufgrund ihrer Entartung nicht mehr fokusiert werden kann Das Erfassen solcher Flanken ist me technisch nicht erfolgversprechend und behindert au erdem das Vorankommen des Digitalisierungsprozesses Der Laser versucht an solchen Stellen den Me punkt vergeblich zu fokusieren Allein die Fokussier Versuche ben tig
60. e 61 6 4 Be und Verarbeiten von Digitalisierdaten unuuu0000000n0000nnnnnn nun 61 64 17 Filtern A SJ NNEM eieae een 62 6 4 2 Eiitrauischen l alten arsszaikasnnsreinhierkeide 62 6 4 3 Ausrichten von Fl chen an Punktwolken usss444 42 nnnnnnnnnnnnnn 62 6 4 4 DigiManie epe a een 63 6 5 Fazer 64 7 Abtastdatenverarbeitung a 65 7 4 Begriffsdefinition 0ssa ss00000 00 400000000 anne 65 7 2 bersicht ber die M glichkeiten der Datenr ckf hrung 2 2 65 7 3 Elektronisches Kopierfr sen uuuuuuunnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 66 Ze3 112 AETIAUTCHUNGES ee a ee ee ea se ae ee se ke 66 Toz Kiik anerkennen 66 T R oE e Eae a E E E A En ann anEnEnaneenae 66 7 4 1 DISSTESFOrNaR ae ee 66 7 4 2 Polyederfl chen erstellen u 2444444444444400nnnnnnnnnn anne 67 TAS NBEISDIET ee re De aE Ee EEA a 67 7 4 4 L0SUngsansalze E E E A 68 7 3 r E ET 68 Ill Inhaltsverzeichnis VI 8 1 Allgemeinaunenknansanensnensnensnanshensnanennnenanieiriieh 70 8 2 Parameter der Fl chenr ckf hrung uuusssesssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 70 8 2 1 Gr e der Punkwolkera a a 70 8 2 2 Stetigkeit von Fl chen berg ngen uuuusssssssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 70 8 2 3 Zul ssige Fl chentoleranz re eu 71 8 2 4 Gr e der verwendeten Polynome zur Kurven und Rlachenbeschreibunge are ae a ea
61. e Engineering in der Instandhaltung uuusssssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 35 5 3 Einsatzgebiete und Anwendungsbeispiele von Reverse Engineering 36 5 3 1 Verarbeitung von Kopiermodellen nnnnnnnnnnnnnnennnnnnn 37 5 3 2 Verwendung eines Hybridmodells 2444444400000nnnnn nenn 39 Ill Inhaltsverzeichnis V 5 3 3 Lokale partielle nderungen uuuuunneaeaeaennannennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 40 5 4 Aufgaben der Instandhaltung uurressssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 41 5 9 Fazit aana e a a aaa aaa aa aa a aaa anaa aaao 43 6 Digitalisieren nenne 44 6 1 Allgemeine Begriffsdefinition 4un4unnn0HRnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 44 6 2 Taktiles Digitalisieren u naar 44 6 21 Taslferalensn isn tee ee ee 46 6 2 2 Tasterradienkompensation R ckrechnung auf die Nullgeometrie 47 6 2 3 Fehlerursachen beim taktilen Digitalisieren 48 6 2 4 Cyclone von RenishawW ntseiieennsieneeirr 48 8 2 9 Sca Machine essen are 51 626 Vergleich esip nae ii ee 52 6 2 7 ZUSammenTassung zNer eeeelareee et 52 6 3 Optisches Digitalisieren aan a 53 6 3 1 Unterscheidungsmerkmale optischer Systeme n 53 6 3 2 Allgemeine Me prinzipien uuussssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 55 6 3 3 Drei optische Sensoren un Beh 59 6 3 4 ZUsammenlassungan at ande eh
62. ech und die dazugeh rigen Pr fwerkzeuge gewartet Unter Blechbearbeitung fallen Umformen von Blech im allgemeinen das gradfreie Feinstanzen und das Platinenschneiden oder auch Stanzen genannt Oftmals werden an einem Rohteil innerhalb mehrerer Werkzeugoperationen eine Vielzahl dieser Bearbeitungsarten durchgef hrt Solche Werkzeuge werden als Verbundwerkzeuge bezeichnet da die verschiedenen Blechbearbeitungen im Verbund stattfinden Bauteilspektrum der PAC PRE En Achsteile Getriebeteile Motorteile Vorderachse Hinterachse Automatikgetr Schaltgetr z IT 7 Z o maS m m D D D A D z a J 157 E 5 f2 S 1 5 oO 2 2 IS JoJo Ia lt 3o I2 o Io cl ollo zJ 7 Ee D 3 D eb D w fan D a le s le lelea la la I2 18 Is S Is 3 IE Is ofe I Jells EGE RBE JE eE o S lt 2 15 I IZ Io o lo 3 15 B 5 2 Abbildung 3 2 Bauteilspektrum in der PAC Presserei Aus der Abbildung 3 2 geht hervor da ein Gro teil der Bauteile aus der Abteilung PAC Pre f r die Montage von Pkw Achsen ben tigt werden Aus diesem Grund wird auf den folgenden Seiten der Aufbau einer typischen Vorder und einer Hinterachse jeweils exemplarisch erl utert 3 3 1 Hinterachse Zu
63. eferanten ein CATIA Modell des Fertigteils zur Verf gung stellt Innerhalb dieses Modells wurden vom Lieferanten die Werkzeugoberfl chen konstruiert Das Fertigteil von der Entwicklung war als Solid immer noch enthalten Eine DB interne Richtlinie schreibt das bertragen im proze sichereren EngDat Protokoll schon f r den Beginn des Jahres 1998 vor aber viele Lieferanten haben heute noch nicht die technologischen Voraussetzungen dieses Protokoll zu nutzen Es bleibt abzuwarten wie sich der neue bertragungsstandard weiter durchsetzt Es sei noch abschlie end erw hnt da es keine Daimler Benz weite Norm f r AutoCAD Zeichnungen oder deren bertragung gibt Die problematischen Parameter wie verwendete Sonder Schriftarten m ssen einzeln innerhalb einer Datenaustauschvereinbarung festgelegt werden 4 Untersuchung der Einbindung eines externen Lieferanten in die Proze kette Blechteile 34 Eine allumfassende Norm w rde alle Probleme beseitigen diese ist aber wegen der Vielfalt der CAD Programme der Zulieferer der Produkte und der Bearbeitungsverfahren nicht zu realisieren Es m ssen spezifische Vereinbarungen zwischen den Austauschpartnern von CAD Daten getroffen werden die die kritischen Freiheitsgrade beim Erstellen und bertragen einer Konstruktion und deren Dokumentation einschr nkt Solche Vereinbarungen k nnen in einer DAV festgehalten werden Wenn bestimmte Regeln in solchen DAVs immer auftreten und nur selten Abweichend
64. einer Raumlenker Hinterachse eines Mercedes Benz Pkw geh ren e Seitenteil links und rechts jeweils Unterteil und Oberteil Man spricht auch von der Unter und der Oberschale genaueres in Kapitel 3 4 4 e Querbr cke vorne und hinten je nach Fahrzeugtyp mit Ober und Unterteil genaueres in Kapitel 3 4 3 e Zug Schub und Sturzstrebe genaueres in Kapitel 3 4 5 e Federlenker links und rechts mit Oberteil und Unterteil In Abbildung 3 3 nicht zu sehen e und noch einige kleinere Anschwei und Anbauteile z B vier Lagerb cke 3 Bauteilspektrum 10 Abbildung 3 3 Raumlenkerhinterachse eines Mercedes Benz Pkw Oberschale Seitenteil rechts Querbr cke vorn zweiteilig a b Unterschale Seitenteil rechts g Zugstrebe c Oberschale Seitenteil links h Schubstrebe d Unterschale Seitenteil links i Sturzstrebe e Querbr cke hinten Tabelle 3 1 Beschriftung von Abbildung 3 3 Lagerbock ein beliebiger t Nicht zu sehen ist beispielsweise die Hinterachsverl ngerung die beiden Nabenkappen die Lagerabdeckungen links und rechts jeweils innen au en und einige andere kleine Blecheibau teile der Feststellbremse 3 3 2 Vorderachse Zu einem Vorderachspaar geh ren je nach Fahrzeugtyp haupts chlich folgende Blechbauteile e Unterer Querlenker links und rechts jeweils Unterschale und Oberschale vergleiche Abbildung 3 4 e Oberer Querlenker links und rechts vergle
65. en vergleiche Kapitel 5 3 1 4 Die r ckgef hrten Daten werden im manchen F llen nur als Dokumentation der vorhandenen Werkzeuge Produkte ben tigt Aus diesen Daten k nnen dann jederzeit Reproduktionen der Originale abgeleitet werden In den folgenden Unterkapiteln soll anhand einzelner Bespiele die Anwendung von Reverse Engineering Verfahren erl utert werden 5 Reverse Engineering 37 5 3 1 Verarbeitung von Kopiermodellen In der Schmiede des Werkes 010 der Daimler Benz AG werden noch Kopiermodelle aus Holz verarbeitet Diese Vorgehensweise ist eine M glichkeit Reverse Engineering mit Kopiermodellen zu praktizieren wobei das zugeh rige Werkzeug immer im Einsatz ist Das im folgenden geschilderte Verfahren kann eingesetzt werden wenn an einem Werkzeug nderungen gemacht werden m ssen Die nderung darf nicht sehr dringlich sein und das Werkzeug sollte funktionieren und kann gleichzeitig in der Produktion st ndig im Einsatz sein An einem Holzmodell dessen Vorlage 1 1 als CAD Beschreibung existiert werden von Hand mit Augenma und fertigungstechnischem Sachverstand ge ndert und in Stahl kopiergefr st Wenn die nderung erfolgreich war das hei t wenn das Schmiedewerkzeug in irgendeiner Hinsicht besser funktioniert dann werden die nderungsbereiche am Holzmodell digitalisiert w hrend das Werkzeug weiter benutzt werden kann Die digitalisierten Fl chen werden r ckgef hrt und das veraltete CAD Modell wird mit dies
66. en an denen man sich bei der R ckf hrung einer Geometrie orientieren kann 4 4 Normen Vorschriften und Vereinbarungen Um die Einbindung eines Lieferanten im Daimler Benz Konzern zu regeln existieren Vorgaben die die Art und Weise der Zusammenarbeit regeln Solche Vorgaben werden im folgenden beschrieben 4 4 1 Daimler Benz Liefervorschrift DBL In der DBL 9704 wird dem Werkzeuglieferanten von Schnitt Zieh Stanz oder Pre werkzeugen vorgeschrieben welche Normen die zu liefernden Werkzeuge erf llen m ssen Vorrangig geben diese Normen den ganz groben Aufbau des Werkzeugs vor au erdem beispielsweise welche Lacke und Farben zu verwenden sind welche Begleitdaten geliefert werden m ssen und vieles andere mehr DBL94 Zur Zeit sind die Werkzeuglieferanten verpflichtet die Dokumentation des Werkzeugs als Zeichnungen in Papierform mit St cklisten zu liefern Daneben m ssen die NC Programme mitgeliefert werden mit denen das Werkzeug hergestellt wurde 4 4 2 Mercedes Benz Norm MBN f r CAD Der wachsende Anteil an CAD CAM Modellen in der Produktentwicklung und der damit verbundene vermehrte Austausch von Modelldaten machen eine einheitlich Strukturierung der Modelle notwendig In der Daimler Benz Norm f r CAD und in den norm hnlichen Festlegungen werden Verein barungen getroffen die dem gesamten Bereich der Produktentwicklung zugrundeliegen Diese Normen und Vorschriften gelten sowohl f r den Datenaustausch siehe DAV
67. en wobei das optische Digitalisieren nicht von vornherein f r den Einsatz in den Instandhaltungen der Vorbetriebe ausgeschlossen sondern auf seine Einsatzf higkeit hin analysiert wird 6 2 Taktiles Digitalisieren In der ber hrenden Digitalisierung kommen Koordinatenme ger te aber auch umger stete Kopierfr smaschinen zum Einsatz Es werden von verschiedenen Firmen beispielsweise FIDIA oder BCT Steuerungen f r Dreiachsfr smaschinen angeboten um diese auf das Digitalisieren nachzur sten man spricht auch von retrofitten In speziellen Digitalisierger ten kommen messende analoge Taster zum Einsatz Diese Taster messen w hrend des schleifenden Kontakts Abbildung 6 2 kontinuierlich die Auslenkung der Tasterspitze und das Ger t rechnet diese gemessenen Gr en in die Koordinaten der Tasteraufnahme ein Me ger te eignen sich aufgrund ihrer meist schaltenden digitalen Taster nur bedingt zum Digitalisieren von gro en Fl chen Mit schaltenden Tastern mu jeder Punkt f r sich erfa t werden vergleiche Abbildung 6 2 Das andauernde Verfahren senkrecht zur Fl che ben tigt viel Zeit Ein schleifendes und kontinuerliches Aufnehmen der Punkte ist nur mit messenden Tastern m glich Renomierte Hersteller von Koordinatenme ger ten Zeiss und Leitz setzen seit ca 2 Jahren verst rkt messende Taster ein wie z B das Produkt VAST von der Firma Zeiss Zeiss verkauft das KMG Prismo fast ausschlie lich mit VAST Tastk pfen
68. en r ckgef hrten Fl chen auf den neusten Stand gebracht Neue Kopiermodelle in Holz werden dann aus den CAD Daten erstellt An diesen aufgefrischten Holzmodellen k nnen dann zuk nftig prototypische nderungen getestet werden Die Abbildung 5 2 zeigt die Vorgehensweise einer nderung am vorhandenen Werkzeug im Vorbetrieb Schmiede Ein Kasten stellt immer die vier Modelle dar 1 CAD Modell des Werkzeuges 2 Physisches Modell des Werkzeugs der Produktion 3 Physisches Modell aus Holz ist zu Beginn identisch mit dem Werkzeug im Einsatz lt 2 gt 4 Modell des neuen Werkzeugs in der Vorbereitung Der Vorteil dieser recht komplizierten Vorgehensweise ist da an einem im Einsatz befindlichen Werkzeug nderungen vorgenommen werden k nnen Beim Schmieden ist der zeitliche Aufwand klein der durch einen Werkzeugwechsel entsteht Deswegen eignet sich dieses Verfahren speziell f r den Vorbetrieb Schmiede Bei der Blechbearbeitung ist ein Werkzeugwechsel zeitlich gesehen viel aufwendiger Der Bereich Schmiedegesenkbau SCG der f r diese Werkzeuge zust ndig ist m chte in Zukunft keine Holzmodelle mehr verwenden Durch den Einsatz von HSC Fr sen und anderen Technologien soll auf einfachere nderungsverfahren zur ckgegriffen werden Das HSC Fr sen Fr sen mit sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten erm glicht das Fr sen der Werkzeuge direkt in Hartmetall somit k nnen Modelle vermieden werden 5 Reverse Engineering 38 dem CAD Daten
69. en zudem viel Zeit Aus diesem Grund sollten steile Kanten beim Digitalisieren mit diesem Verfahren immer ausgespart werden In der Literatur wird diese Sensorart auch als mikrooptischer Fokussensor bezeichnet Das Verfahren hei t im Englischen Range from Focus 6 3 2 2 Triangulation Ein hnliches Verfahren ist die rotationssymmetrische Lasertriangulation hier wird auch ein Laser in einem herk mmlichen KMG mit einer besonderen Steuerung benutzt Der Unterschied liegt im Verfahren zum Einpegeln des Abstandes vom Laser bis zur Oberfl che Rein u erlich ist das Verfahren f r den Laien nicht vom Fokussierverfahren zu unterscheiden da die Me einheit fast gleich aussieht und die Steuerung die Me einheit immer auf den gleichen Abstand vom Me objekt regelt Dieses Verfahren wird ebenfalls mit einem speziellen Me kopf auf einem KMG durchgef hrt F r die Triangulation ist ein rotationsf rmiger Bildwandler notwendig Diese Technologie findet beispielsweise im Digitalisierger t scan machine laser von der Firma BCT seine Anwendung Die Laser Triangulation ist vom Prinzip her die einfachste Methode der optischen 3D Me techniken auf der Basis der Triangulation Mittels eines Lasers wird ein Lichtpunkt auf das Me objekt projiziert Das vom Objekt reflektierte Licht wird auf einem positionsempfindlichen Detektor abgebildet Aus der Geometrie des optischen Aufbaus L ngen b und d sowie dem gemessen Winkel zwischen Beleuchtungs und Betrac
70. enbereich erzeugt wird Begrenzt wird der Fl chenbereich in der L nge durch die Leitkurve selbst und in der Breite durch die Angabe der links und rechtsseitigen Begrenzung der St tzlinien Breite des Makros Die St tzlinien zeigen immer senkrecht von der Leitlinie weg Die Begrenzung der St tzlinien kann nach links und rechts unabh ngig voneinander eingestellt werden Leitkurve St tzlinien Freiformmakro Abbildung 9 4 Freiformmakro mit Leitkurve und St tzlinien Auch zu einem sp teren Zeitpunkt k nnen die maximale Obergrenze und die minimale Untergrenze der St tzkurvenausdehnung in Bezug auf Leitkurve oder Z Koordinate definiert werden 9 Software zur Fl chenr ckf hrung 83 9 5 3 Rand Makro bilden Fl chen aus vier Randkurven Mit verschiedenen Makrofunktionen k nnen auf die mit Punkten beschriebene Fl che Kurven und Geraden projiziert werden Diese k nnen mit dem Rand Makro zu einer Gruppe von Kurven zusammengefa t werden die einen viereckigen Fl chenbereich auf den Punkten umschreiben Die Funktion wird vor allem bei harmonisch verlaufenden Fl chenbereichen und kleineren Fl chenzwickeln Zwischenfl chen verwendet 9 5 4 Profil Makro Mit Hilfe dieser Funktion wird halbautomatisch in einem nur ungef hr vorzugebenden Bereich der Punktwolke ein Radienbereich begrenzt und durch ein solches Radien Makro beschrieben Die Funktion bildet an bestimmten Stellen entlang der Leitkurve St tzkurven die auf die Pun
71. enie tert etek hate heier hehe 24 4 2 3 Ablauf einer Erstbemusterung 24444400nnnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 25 4 3 Qualit tssicherung in der Serienproduktion uuuuresessnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 26 4 4 Normen Vorschriften und Vereinbarungen uuuu200000000nnnnnnnnnnnnnn nn 27 4 4 1 Daimler Benz Liefervorschrift DBL 224444444000ennnnn nennen 27 4 4 2 Mercedes Benz Norm MBN f r CAD 222222440ss0nnnnnnnnn nenn 27 4 4 3 Datenaustauschvereinbarung 444444400nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn ernennen 28 4 4 4 Daimler Benz CAD Handbuch 22222444400000n44nnnnnnnnnnnnnnnnnnennnnn 29 4 5 Allgemeines ber den ausgew hlten Werkzeuglieferanten 29 4 6 CAD Dokumentation des externen Lieferanten von Pre werkzeugen 29 4 7 bertragung der Daten 2 2 2420000022220200000000200000000002000000000000000nnBnBn 0000 30 4 7 1 SWAN System zum weltweiten Austausch von Nutzdaten 30 27 2 SCANA DAlEN aaa a a a aaaea 31 4 7 3 AUlOCAL Daten re ee ee 32 4 8 _CAD Handbuch des Lieferanten f r Pre und Schnittwerkzeuge 33 a Ee ae 57 72 E TER ER NETRLEEESUURRL EN TENFEFLTTSRRTRETENTEUFERETENTETTERTTUTREFERTFUNNETHETHERTRNTEREPR 33 5 Reverse Engineering een 35 5 1 Begriffserl uterung und Abgrenzung uuuusssnnnnssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 35 5 2 Revers
72. er Datenverarbeitung bernimmt Die ATOS Software ist wie die g ngigen CAD CAM und FEM Systeme unter der Standardumgebung einer Workstation implementiert Sie ist auf verschiedenen Betriebssystemen wie Windows NT HP UX IRIX AIX Solaris zu betreiben Die Systemfunktionen werden ber die Software gesteuert Optional steht eine programmierbare C Bibliothek zur Verf gung mit der die ATOS Funktionen in eigene Programme eingebunden werden k nnen Atos Sensoren werden mit unterschiedlichen Me bereichen und in unterschiedlichen Gr en angeboten Es kann eine Me feldbreite zwischen 10mm und 1000mm gew hlt werden wobei sich die Genauigkeit und der Me punktabstand zur Me feldbreite nahezu proportional verhalten Im folgenden sind die Daten typischer Sensoren beispielhaft aufgef hrt 6 Digitalisieren 61 Me Sensoren ATOS Typ1 ATOS Typ2 ATOS Typ3 Me volumen mm 380x230x280 190x115x140 12x7x8 Me genauigkeit um 50 25 1 5 Me punktabstand um 500 250 16 Aufnahmezeit s 10 10 10 max Me punktanzahl 439 296 439 296 439 926 Abmessungen mm 520x110x150 350x110x150 220x110x150 Gewicht g 2 500 2 300 2 200 Arbeitsabstand mm 500 250 30 Abbildung 6 18 Technische Daten der Atos Sensoren 6 3 4 Zusammenfassung Optisches Digitalisieren ist ein sehr schnelles Verfahren denn Me punkte werden um Gr enordnungen rascher aufgenommen al
73. er bei jeder Installation von scancad geo als eingeschr nkte Version mitgeliefert Das Programm scancad mill ist in diesem Fall auf die Funktion zur Tasterradienkompensation eingeschr nkt 9 2 2 Topologieerkennung Im zweiten Schritt der Topologiererkennung soll die Punktmenge in einzelne Untermengen aufgeteilt werden Hier wird die zugrundeliegende Punktmenge automatisch anhand von 9 Software zur Fl chenr ckf hrung 77 Kr mmungswerten auf Kanten und starke Kr mmungs nderungen hin untersucht Dem Benutzer wird ein sinnvoller Vorschlag f r eine Segmentierung des Datensatzes in der Punktmenge farblich markiert Der Benutzer hat nun die M glichkeit mittels Identifizieren einzelner Trennlinien Vorschl ge zu Segmentgrenzen zu machen Dar berhinaus besteht die M glichkeit mit einer Anzahl halbmanueller Funktionen zus tzliche Segmentgrenzen einzuziehen Die Topologie erkennung l uft im Programm scancad geo ab 9 2 3 Surface Im dritten Schritt der eigentlichen Fl chenr ckf hrung wird jedes von der Toplologieerkennung zusammengefa te Punktsegment je nach Verlauf seiner Berandungskurve durch eine oder mehrere Fl chen approximiert Dazu werden zun chst auf der Randkurve des Segments automatisch Ecken ermittelt Wenn die automatische Eckpunktsuche weniger als vier Punkte findet k nnen manuell zus tzliche Eckpunkte einf gt werden Wenn das Segment mehr als vier Ecken aufweist mu es durch zus tzliche manuelle Schnitte in me
74. ergeben da die Anforderungen an Reverse Engineering stark von den Anwendern abh ngen F r verschiedene Anwendungsf lle wurden m gliche Verfahren aufgezeigt Um Reverse Engineering auch in der Entwicklung einf hren zu k nnen sollten Reverse Engineering Proze ketten erst in der Instandhaltung und danach in der Konstruktion etabliert werden 10 2 Ausblick Die Analyse der zum Reverse Engineering ben tigten Technologien Digitalisierung und Fl chenr ckf hrung hat ergeben da innerhalb der einzelnen Punkte weiterer Innovationsbedarf besteht In Zukunft gilt es einfachere optische Digitalisierungseinheiten zu entwickeln die in der Genauig keit um 10 um liegen und gro e Fl chenbereiche Bauteile erfassen k nnen Die Systeme sollten Ausrei er automatisch filtern und die Punktdichte mu direkt steuerbar sein Fl chenr ckf hrung sollte wie es in CATIA schon realisiert ist ein integriertes Modul einer CAD Software sein Damit k nnen unn tige Schnittstellen vermieden werden und die M glichkeiten des CAD Programmes in der Fl chenbearbeitung gleich mitverwendet werden Statt zweier 10 Zusammenfassung 88 Programme mu dann zus tzlich zum CAD Programm nur die Fl chenr ckf hrungssoftware entwickelt und geschult werden Mehr Konvergenz der Programme zur Fl chenr ckf hrung wird sich bei einem gr eren Angebot auf dem Mark automatisch herausbilden hnlich den leistungsf higen 3D Feature Basierten CAD Modellierern
75. erkzeug bezeichnet Das Blech kommt zu diesen Werkzeugen meist direkt vom Coil Rolle mit Rohblech vergleiche Abbildung 3 12 e Alle anderen Schnittwerkzeuge schneiden bereits fertig geformte Blechbauteile nur noch nach Deren Schnittkonturen verlaufen im Raum und sind somit viel aufwendiger zu digitalisieren 3 Bauteilspektrum 20 s Schnittstempel A In Schnittkante 7 A Schnittkante Abbildung 3 12 Schnittstempel und matrize eines Platinenschnittwerkzeugs 2D ww v Schnittmatrize Wenn die Schnittkante eines Werkzeugs digitalisiert wird h ngt die geforderte Genauigkeit in erster Linie davon ab ob das Gegenst ck des Schnittwerkzeuges von der zuerst digitalisierten Kante abgeleitet wird oder ob die Schnittkante nur einseitig ver ndert werden soll Falls nur die Matrize oder der gegen berliegende Stempel vergleiche Abbildung 3 12 und Abbildung 4 4 eines Blechschnittes digitalisiert wird h ngt die geforderte Genauigkeit des Digitalisierens ab von den e Funktionskanten am Bauteil e Schwei kanten am Bauteil e Freien Kanten am Bauteil 3 8 2 Werkzeugbereiche zum Lochen oder Durchstellen Je nach Verwendung der Lochung und je nach Art des Zusammenbaus sind die Toleranzen bei diesen Bauteileigenschaften sehr unterschiedlich und k nnen nicht einheitlich zusammengefa t werden 3 8 3 Fl chen zum definierten Umformen Die Instandhaltung der PAC Pre hat bei vielen Werkzeugkonturen den Anspruch von 20 u
76. es Werkzeugs in die Produktion usssnsnsnennnnnnnnnnnnn 23 18 Abbildung 4 2 Skizzierter Ablauf einer Versandfreigabe mit Nachbesserung 25 19 Abbildung 4 3 Beteiligte am Datenaustausch 44444400snnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn anne 28 20 Abbildung 4 4 Biegestempel und dazugeh rige Matrize uuuussssssssssssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 30 21 Abbildung 4 5 Verschicken von AutoCAD Zeichnungen uuuusssssnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnannnnn nn 32 22 Abbildung 5 1 Kreislauf von Reverse Engineering s 444444444snnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 35 23 Abbildung 5 2 Vorgehensweise von nderungskonstruktionen im Schmiedegesenkbau SCG 38 24 Abbildung 5 3 nderungsbereich am Kopiermodell eines Biegestempels Bauteil Federlenker 39 25 Abbildung 5 4 Hybridmodellierung ss4444444444400HHnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 40 26 Abbildung 5 5 Ablauf einer partiellen nderung in der Draufsicht 41 27 Abbildung 5 6 Ablauf einer partiellen nderung in der Seitenansicht 41 28 Abbildung 5 7 Operation Stufe eines Presswerkzeuges uuussssssssssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 42 29 Abbildung 5 8 Aktuelle Aufgaben der Instandhaltung f r Schnitt und Pre werkzeuge 43 30 Abbildung 6 1 Aus geordneten Ei
77. es vereinbart wird sollten diese Regeln zum Standard werden Sie sollten als Norm in das CAD Handbuch f r produktbeschreibende Daten aufgenommen werden 5 Reverse Engineering 35 5 Reverse Engineering 5 1 Begriffserl uterung und Abgrenzung Von der ersten Idee eines Produktes ber Design Entwicklung Konstruktion Werkzeug und Prototypenherstellung bis hin zur Serienproduktion Instandhaltung und Reparatur wird immer wieder ein Zyklus zwischen physischen Objekten und ihrer virtuellen Beschreibung durchlaufen Dieser Kreislauf wird in Abbildung 5 1 visualisiert nderungen k nnen das Bauteil selbst oder das entsprechende Werkzeug betreffen aber auch direkt im CAD Modell durchgef hrt werden Die nderungen die sich auf physische Modelle beziehen m ssen wieder zur ck in CAD Beschreibung umgewandelt werden damit immer gleiche Informationen vorliegen Der Weg zur CAD Beschreibung f hrt ber das Digitalisieren und das Fl chenr ckf hren Wenn der aktuelle Stand des Werkzeugs oder des Bauteils nur im physischen Modell vorliegt w rde die Weiterentwicklung von Bauteilen und Werkzeugen auf einer nicht aktuellen Beschreibung beruhen und gleichzeitig einen Informationsverlust bedeuten Es gingen die Informationen verloren die das Bauteil und das entsprechende Werkzeug durch die verschiedenen direkten nderungen enthalten CAM Fertigung Reverse Engineering CAQ Messen Digitalisieren CAD Konstruktion Abbild
78. etrie einer Viertelkugel angen hert werden 8 3 Konstruktion an den Punkten Engineering Eine ganz andere Art von Fl chenr ckf hrung ist das Engineering Bei diesem Verfahren werden keine Freiformfl chen sondern nur Regelgeometriefl chen erstellt Das Konstruieren von Regelgeometrien auf der Basis digitalisierter Fl chen ist die schnellste Form des Fl chenr ckf hrens Die digitalisierten Geometrien werden in einer speziellen Software halbmanuell ausgewertet und die Fl che wird auf den Grundelementen Vierecksfl che Kegelmantelfl che Kreisfl che Kugelfl che usw aufgebaut Eine Software f r diese Vorgehensweise mu Punkte und Fl chen verarbeiten k nnen Punkte m ssen eingeladen angezeigt selektiert und analysiert werden k nnen Die Analysefunktion sollte beispielsweise aus einer Anzahl von selektierten Punkten den Radius des Kreisbogens ableiten k nnen Eine statistische Auswertung ist von Vorteil da die Information ber einen Radius aus vielen Punkten genauer ist als der Radius der nur aus drei Punkten geometrisch berechnet wird Dieses Verfahren kann nur bei einem gro en Anteil an konstruktiv erstellten Geometrien greifen Wenn die Orginalgeometrie gro e Freiformfl chen enth lt m ssen diese beim Fl chenerstellen unterteilt und mit Regelgeometriefl chen umschrieben werden Dabei kann keine sehr gute Genauigkeit mehr erreicht werden Der Nachteil des Verfahrens ist die Tatsache da die kleinen manuellen
79. euglieferanten zum Konstruieren der Umgebungskonstruktion des eigentlichen Pre werkzeuges Das eigentliche Umformwerkzeug Biegestempel wird vom Lieferanten in CATIA V4 R1 7 erstellt Ein Umformwerkzeug besteht immer aus einem Stempel und der gegen berliegenden Matrize Das Werkzeugpaar Biegestempel und Matrize unterscheidet sich also genau um die Blechst rke des dazwischenliegenden Rohteils Das Werkzeug das vom gegen berliegenden Werkzeug eingeh llt wird bezeichnet man als Stempel vergleiche Abbildung 4 4 Werkzeugoberteil Werkzeugoberteil Werkzeugunterteil Werkzeugunterteil Abbildung 4 4 Biegestempel und dazugeh rige Matrize Die Freiformanteile des Werkzeugpaares werden in CATIA von der Geometriebeschreibung des Rohteils abgeleitet Dabei werden fertigungstechnische Parameter des Blechumformens ber cksichtigt Das hei t da ein elastisches R ckfedern des Bleches bei der Auslegung des Werkzeugs mit in die Kontur der umformenden Werkzeuge eingeplant wird 4 7 bertragung der Daten Der externe Lieferant von Werkzeugen benutzt zur bertragung der CAD Daten das Odette Filetransfer Protokoll OFTP Die Daten werden ber eine ISDN Verbindung von der Konstruktionsabteilung des Lieferanten nach Untert rkheim bertragen und von dort aus weitergeleitet Diese Art der Daten bertragung hat sich bew hrt In Zukunft sollen alle Daten mit dem proze sichereren EngDat Protokoll bertragen werden Eine DB interne Richtl
80. ezeichnet Von diesem CAD Modell des Rohteils wird unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten das CAD Modell des Werkzeuges abgeleitet vergleiche Abbildung 3 1 3 Bauteilspektrum 8 Konstruktion beinhaltet z B Bearbeitungszugaben s sa entwirft een L f r spanabhebende Bearbeitung N davon wird N abgeleitet davon wird N abgeleitet e Geometrie beschreibung Konstruktiver Abgleich von Roh und Fertigteil Physisches Modell Abbildung 3 1 CAD und physische Modelle des Roh Fertigteils und des Werkzeuges Die Ur und Umformprozesse des Gie ens und des Schmiedens fertigen ein Rohteil das auf beliebige Art weiter bearbeitet oder mit anderen Fertigteilen verbunden montiert verschraubt oder verschwei t werden kann Da Blechteile nicht mehr weiter mechanisch bearbeitet werden spricht man in der Presserei nur von Fertigteilen Diese werden im Falle von Achsteilen meistens durch Schwei en stoffschl ssig mit anderen Fertigteilen verbunden Da im Anschlu an die Presserei die Blechteile meist direkt zu Baugruppen weiterverarbeitet werden spricht man hier von den Fertigteilen An das Abpressen der Bauteile schlie t sich nur selten ein spanabhebendes Bearbeitungsverfahren an In einigen F llen werden Blechbauteile entgratet eben geschliffen oder eine Bohrung wird nachtr glich auf Passung bearbeitet In diesen F llen entsteht in der Presse das Rohteil In der spanabhe
81. f das Native Format von ReniShaw Trace direkt einlesen kann Dadurch wird der Umweg ber ein gro es ASCII File vermieden Die Software liegt seit M rz 1998 in der Version 6 vor die jetzt die Open GL Bibliotheksfunktionen f r Windows NT unterst tzt Bei der Daimler Benz AG wird IntiSurf auch von Martin Cyffka im SCG Werk 010 getestet 9 4 2 Vorgehensweise mit IntiSurf Das Erstellen von CAD Fl chenbeschreibungen aus einer Punktwolke ist in verschiedene Schritte unterteilt Zuerst werden die Punkte im ASCII oder DMP Format eingelesen und wenn n tig von Tastermittelpunktskoordinaten auf Oberfl chenpunkte umgerechnet Dabei k nnen die Daten gleichzeitig gefiltert und gegl ttet werden Danach folgt das gr te Arbeitspaket die eigentliche Fl chenr ckf hrung Das hei t es werden verschiedene Bereiche der Punktwolke mit bestimmten Makrobefehlen und entsprechenden 9 Software zur Fl chenr ckf hrung 81 Parametern zur Fl chenr ckf hrung verkn pft Diese verschiedenen Makrobefehle werden im Kapitel 9 4 3 einzeln erl utert Wenn die einzelnen Beschreibungen der Fl chen festgelegt und grob erstellt wurden werden nun die Fl chen einzeln oder zusammen noch genauer an die Punktwolke angen hert um die Genauigkeit zu steigern Hierzu benutzt man den Befehl Analyse Dieser Befehl lokalisiert die Stellen auf der Fl chenbeschreibung mit einer gr eren Abweichung von der Punktwolke und korrigiert gegebenenfalls die Fl che
82. fe von photogrammetrischen Navigationsverfahren zusammengesetzt wodurch sich ein prinzipiell unbegrenztes Me volumen ergibt F r die photogrammetrische Navigation werden die Oberfl chen mit Pa marken beklebt Die Messung erfolgt mit mehreren Einzelansichten es wird dabei eine sehr gro e Anzahl von Punkten erfa t Mic97 Systemsteuerung und Auswertung der umfangreichen Datenmenge erfolgen mit dem Softwaresystem DigiMan das ebenfalls im Rahmen vom Projekt reen entwickelt wurde 6 3 3 3 ATOS ATOS Advanced Topometric Sensor ist ein optischer Sensor der Firma GOM aus Braunschweig der unter anderem im Forschungsbereich 4 FT4 TM in Ulm eingesetzt wird F r die Digitalisierung von Werkzeugen hat dieses System die gr te Kapazit t weil die Messung in k rzerer Zeit als beim ScanCAD Laser durchgef hrt werden kann und weil keine Pa marken wie bei Ganymed 97 auf die Oberfl che geklebt werden m ssen Mit dem ATOS Typ wurde im FT4 TM ein Schnittwerkzeug mit Freiformanteilen digitalisiert ATOS arbeitet mit dem Prinzip der Streifenmusterverarbeitung Es werden unterschiedliche Streifenmuster auf die Objektoberfl che projiziert und von zwei Kameras aus verschiedenen Winkeln aufgenommen Mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung werden auf Basis des Triangulationsprinzips f r die 439 296 Kamerapixel die entsprechenden 3D Koordinaten errechnet Der Sensor wird von einer speziell entwickelten Software gesteuert die auch die Aufgabe d
83. g VEM schon seit ber zwei Jahren im Einsatz ist Cyclone ist ein Digitalisierger t das speziell f r die z gige Datenaufnahme von 2D und 3D Profilen entwickelt wurde Die aufgenommen Daten k nnen in der speziellen Software Trace Cu manipuliert werden CNC Programme k nnen berechnet werden um Modelle zu reproduzieren Die Cyclone wurde in Leichtbauweise konzipiert Durch die Aluminiumstruktur ergeben sich geringe bewegte Massen Dadurch k nnen Profile bei hoher Geschwindigkeit genau gescannt werden Das Digitalisierger t verf gt ber einen Me raum von 600x500x400 mm Die maximale Abweichung an einer Me kugel Radius 50 mm betr gt laut Hersteller 50 um Kontrollmessungen haben ergeben da diese angegebene Abweichung 40 bis 50 unterschritten wird Desweiteren wurde im Rahmen der Diplomarbeit eine umfangreiche Untersuchung der Streuung der aufgenommenen Me werte durchgef hrt Dazu wurden geschliffene Endma e und normale Werkzeugoberfl chen sehr fein digitalisiert Das zu erwartende Rauschen aufgrund der Rauheit und der Oberfl chenbeschaffenheit wird in Abbildung 6 5 und der Gleichung 6 1 hergeleitet und kann aus Abbildung 6 8 abgelesen werden T qN EE Digitalisierte a8 ka Punkte Benachbarte J e Punkte Digitalisierbahn N aus der z Richtung SX e N Bahn 2 Legende am R R Tasterradius d Bahnabstand z maximale H hendifferenz theoretische Oberfl che Abbildung 6 5 Skizze z
84. ge andere Bauteile die untereinander den gleichen Namen haben auch Bei Bauteilen wie dem Seitenteill oder dem Querlenker existieren Ausnahmen in der Zusammenfa barkeit Die Form Gr e Werkstoff Blechdicke Ziehtiefe usw m ssen keine hnlichkeit mit gleichen Bauteilen aus anderen Modellen haben 4 Untersuchung der Einbindung eines externen Lieferanten in die Proze kette Blechteile 22 4 Untersuchung der Einbindung eines externen Lieferanten in die Proze kette Blechteile Am Beispiel eines externen Werkzeuglieferanten f r Pre werkzeuge soll exemplarisch die Einbindungsm glichkeit externer Werkzeugdokumentationen in die Instandhaltung der Pre und Schnittwerkzeuge genauer untersucht werden Die erste Analyse der Werkzeuge in der Instandhaltung f r Pre und Schnittwerkzeuge ergab da ein gro er Anteil der Werkzeuge die zum Pressen von Achsteilen verwendet werden von externen Werkzeuglieferanten konstruiert und geliefert werden Aufgrund des hohen Anteils von Werkzeugen die nicht vom internen Betriebsmittelbau BMB hergestellt werden soll analysiert werden inwieweit die Dokumentationen der externen Lieferanten in die Instandhaltung einbezogen werden k nnen Mit den Werkzeugdokumentationen sind hier Geometriedatenbeschreibungen Montagepl ne Zusammenbaupl ne und St cklisten gemeint die als Basis bei der computerunterst tzten Fertigung der Werkzeuge dienen wie z B Drahterodierkanten und Freiformfl chen 4 1
85. ges die Werksabnahme Das Werkzeug wird in eine Presse eingebaut und pre t nun unter Serienbedingungen einige Hundert Rohteile ab Mit diesen Vorabpressungen wird dann in der Qualit tssicherung die Erstbemusterung durchgef hrt Gleichzeitig kann ein letzter Abgleich stattfinden Oft werden noch die Handhabungseinrichtungen zwischen den einzelnen Pre operationen justiert und eventuell kleine Bereiche von Umformwerkzeugen Stempel Matrize oberfl chig nachbearbeitet Sobald die Qualit tssicherung das Werkzeug freigibt wird mit dem eingebauten Werkzeug eine bestimmte St ckzahl von Pressungen mit dem in die Presse eingebauten Werkzeug durchgef hrt Mit diesen Teilen wird in der Montage in der Regel die Vorserie eines Fahrzeuges gebaut 4 3 Qualit tssicherung in der Serienproduktion Pressen die zur Herstellung von Achsteilen verwendet werden produzieren pro Minute zwischen 10 bis 15 Rohteile Von der QS wird je nach zu pr fender Eigenschaft des Rohteils ein bestimmter Pr fzyklus festgelegt Alle Pr fmerkmale und die dazugeh rige Pr fh ufigkeit werden im Pr fauftrag festgelegt Die zu den einzelnen Pr fungen geh renden Pr fmittel stellt die Qualit tssicherung der Produktion zur Verf gung Manche Pr fmittel sind einfache Lehren und andere Standardme ger te In vielen F llen m ssen jedoch spezielle Pr fvorrichtungen zur Herstellung von Pr fmitteln in Auftrag gegeben werden Die Pr fung eines Bauteils besteht aus drei Teile
86. gs m glichkeiten von Punktdaten ist eine solche variable Schnittstelle zu begr en 9 3 5 Fl chenbeschreibungen Die Fl chenbeschreibung in scancad geo erfolgt durch jeweils einen Verband von mxn rechteckig angeordneten Fl chenpatches Jedes Fl chenpatch l t sich als zweidimensional parametrisiertes Polynom dritten Grades im Raum auffassen 9 Software zur Fl chenr ckf hrung 79 Bezier Kurven sind wie B Splines approximierend das hei t die St tzpunkte werden approximierend und nicht interpolierend angegeben B zier Kurven sind eine spezielle Form von B Splines Sie haben gegen ber allgemeinen B Splines aber den Vorteil da auf die St tzpunkte direkter zugegriffen werden kann weil die Parameter des Polynoms eine direkte geometrische Beziehung zur Lage der St tzpunkte haben 9 3 6 Ausrichten von Fl chen zueinander Das Ausrichten der Fl chen zueinander kann auf drei verschiedene Weisen erfolgen Die Fl chen k nnen CO stetig geometrisch tangential oder mit einer echten C1 Bedingung ausge richtet werden Ein CO bergang schlie t wie in Kapitel 8 2 2 erl utert nur L cken zwischen den benachbarten Fl chen Ein tangentialer oder auch knickfreier bergang kann nur mit einem geometrischen C1 oder einem mathematisch echten C1 bergang erreicht werden Ein mathematisch korrekter C1 bergang zwischen zwei Fl chen setzt voraus da auch die jeweils benachbarten Patchgrenzen tangentialstetig ineinander bergehen D
87. h bertragen Tabelle 11 1 Forschungsstandorte mit einem Schwerpunkt auf Reverse Engineering Quelle Diplomarbeit v Axel Broghammer Brog98 Seite 29ff Anhang B Forschung im Bereich Reverse Engineering 94 Anhang B Forschung im Bereich Reverse Engineering Reverse Engineering ist zu einer der vielversprechendsten Technologien geworden Da die Zahl der Hochschulen ansteigt die auf diesem Gebiet Forschung und Entwicklung betreiben belegt dies Das gr te Anwendungsfeld von Reverse Engineering befindet sich in der Informatik In der Her stellung von komplexen Softwareprodukten werden die fertigen und angepa ten Codes aus der Maschinensprache zur ck bersetzt die Software wird durch eine Disassemblierung wieder in eine Klartextsprache berf hrt Aufgrund dieser Ergebnisse kann das Produkt dann weiterentwik kelt werden wobei automatisch alle Anpassungen die nicht im Quellcode standen ber cksichtigt werden Solche Anpassungen die nicht selten nach der eigentlichen Relaise stattfinden werden ber externe Bibliotheken oder durch sogenannte Patches durchgef hrt Patches sind kleine aus f hrbare Dateien die gezielt nderungen am fertigen Programm durchf hren Institute an Hochschulen die sich mit Fl chenr ckf hrung engl surface reconstruction besch f tigen Lehstuhl Institut Hochschule WWW Adresse Lehrstuhl f r Rechneranwendung Universit t http rkk mv
88. hen sind von der Software dann auch C2 stetig ausrichtbar Die Genauigkeit sinkt bei dieser Priorit t um mehrere Zehntel beherrschbarer Bereich Ziele erreichbar CONANA 100 G 0 Stetigkeit Genauigkeit mehr Fl chenqualit t durch glatte mehr Fl chenqualit t durch und l ckenlose berg nge genauere Fl chen Abbildung 8 3 Fl chenqualit ten bei der Fl chenr ckf hrung 8 Fl chenr ckf hrung 73 kurzes Fazit Dieser Zielkonflikt kann gel st werden indem vor der Fl chenr ckf hrung eine klare Vorgabe ber die gew nschte Genauigkeit und Fl chenqualit t gegeben wird Bei dem Versuch beide Ziele zu gleichen Teilen zu verwirklichen steigt die ben tigte Zeit zur Fl chenr ckf hrung steil an 8 2 4 Gr e der verwendeten Polynome zur Kurven und Fl chenbeschreibung Die meisten Programme haben als Fl chendefinition nur kubische B Splines also B Splines drit ten Grades Daraus folgt da die Gr e eines r ckzuf hrenden Fl chenbereiches in der Ausdehnung und Topologievielfalt nach oben begrenzt ist vermeidet aber andererseits auch unerw nschte Schwingungen auf der Fl che bei berg ngen von Ebenen in Freiformfl chen Die Programme von BCT und IntiTEC verwenden ausschlie lich die obengenannten niedrigen Polynomgrade 3 Dagegen kann Surfacer auch NURBS und au erdem auch B Splines bis zum 20 Grad erzeugen Das CGO Modul in CATIA kann Fl chen aus B Splines bis zum 15 Grad erstellen Auf solchen Fl c
89. hen treten jedoch naturgem viele Schwingungen auf Fl chen mit einem solch hohen Grad sind zur R ckf hrung von Freiformfl chen ungeeignet Mit diesen Polynomgraden k nnte am ehesten analytisch ein S gezahn oder eine Rechtecksschwingung auf der Fl che erzeugt werden Solche ungeraden periodischen Funktionen Fourier k nnen mit endlichen Reihen eines hohen Polynomgrades gen hert werden Czi96 Mit der VDA FS Norm kann theoretisch jede Fl che und Kurve beschrieben werden die auf Splines beruht unabh ngig von Ihrem Grad Die Ordnung einer 3D Fl che Surface kann frei definiert werden Praktikabel f r die Fl chenbeschreibung sind aber h chstens Fl chen vierten Gerades 8 2 5 Anzahl der Patches Im allgemeinen gilt Je weniger einzelne Fl chen vorhanden sind desto glatter wird sp ter die Gesamtfl che Normalerweise wird jede Regelgeometrie soweit vorhanden mit einem Patch beschrieben Aber in manchen F llen werden aufgrund unzureichender Genauigkeit die Fl chen noch unterteilt Die Erfahrung bei der Analyse der verschiedenen Programme zur Fl chenr ckf hrung hat gezeigt da beispielsweise sogenannte Kofferecken sehr problematisch sind und in mehrere Patches aufgeteilt werden m ssen um die geforderte Genauigkeit erf llen zu k nnen Unter Kofferecken versteht man Bereiche in denen drei abgerundete Kanten xyz an einer Ecke aufeinander sto en Als Alternative k nnen Kofferecken auch mit der Oberfl che der Regelgeom
90. henr ckf hrung nennen nassen 72 53 Abbildung 9 1 Vorgehensweise der Fl chenr ckf hrung mit scancad mill geo 44444ssn ns 76 54 Abbildung 9 2 Bedingungen f r C1 Ausrichtung in scancad geo 44unnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn anne 79 55 Abbildung 9 3 Vorgehensweise einer Fl chenr ckf hrung mit dem Programm IntiSurf 81 56 Abbildung 9 4 Freiformmakro mit Leitkurve und St tzlinien nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 82 57 Abbildung 9 5 Software zur Fl chenr ckf hrung sssssssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 85 58 Abbildung 11 1 Forschungsstandorte mit Schwerpunkt auf Reverse Engineering 94 59 Abbildung 11 2 Wirkprinzip des Laser Fokusierverfahrens nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 97 Anhang D Funktionsprinzipien optischer Digitalisierverfahren 97 Anhang D Funktionsprinzipien optischer Digitalisierverfahren vordere exakt au en innen Linse I Strahlteiler Laserdiode BE EN an ee je RE E SEI S Abschattungskante Foucault sche Schneide D2 D4 g wow wow w w 4 Quadranten D1 D3 D2 D4 Empf nger Intensit tsverlust D1 D3 D2 D4 Abbildung 11 2 Wirkprinzip des Laser Fokusierverfahrens Dokumentinformation Die Diplomarbeit ist insgesamt 110 Seiten lang und enth lt 26 266 W rter Die Arbeit hat 180 062 Zeichen ohne Leerzeichen und belegt
91. henr ckf hrung verwendet Das CGO Modul wurde in Kooperation mit ImageWare entwickelt CAT97 Das CGO Modul ist nur funktionsf hig wenn schon eine Grundinstallation von CATIA existiert CATIA besitzt eine Programmierschnittstelle f r frei konfigurierbare Befehle Diese sogenannte IUA Schnittstelle erlaubt den externen Zugriff auf alle CATIA internen Funktionen File und Data Handlings Bisher sind die Funktionen des CGO Moduls von dieser Schnittstelle ausgenommen ber die Vorgehensweise der Fl chenr ckf hrung in CGO wurde im FT4 TM bereits eine Diplom arbeit verfa t Brog98 Darin findet sich ein Kochrezept zur Vorgehensweise der Fl chenr ckf hrung mit dem Modul CGO und Surfacer 7 0 9 9 bersicht Die Abbildung 9 5 bietet einen tabellarischen berblick ber die im Rahmen dieser analysierten Programme zur Fl chenr ckf hrung Name des Name der Sitz der aktuelle Zuletzt Betriebssysteme Programms Firma Firma Version erschienen IntiSurf IntiTEC Aachen 6 0 0 M rz 98 Windows NT scancad geo BTC Dortmund 2 5 M rz 98 Windows NT Surfacer Imageware USA V 8 0 Fr hjahr 98 NT diverse Unix Syst Cloud to Geometry Dassault Frankreich R4 V1 8 Mitte 97 UNIX u A Irix CGO Abbildung 9 5 Software zur Fl chenr ckf hrung Kosten f r Lizenz Updates und Wartung sind ungew hnlich hoch er Nur bei vorhandenem CATIA Grundmodul einsetzbar 9 10 Fazit Surfacer is
92. hgef hrt also entweder vom internen Betriebsmittelbau BMB oder vom externen Lieferanten des Werkzeuges nderungen die sich auf das Bauteil auswirken werden noch nicht von der Instandhaltung selbst durchgef hrt Alle anderen nderungen werden mit der Entwicklung Pkw abgestimmt oder direkt von der Entwicklung initiiert Der BMB f hrt die entsprechenden nderungen am Werkzeug schlie lich durch 5 Reverse Engineering 43 Auftrag MO aN oder externer Lieferant Bemusterung nderung Instandsetzung C P roduktion Werkzeug Reparatur Werkst ck Ersatzteil Fertigung Abbildung 5 8 Aktuelle Aufgaben der Instandhaltung f r Schnitt und Pre werkzeuge 5 5 Fazit Die Technologie Reverse Engineering ist vielf ltig einsetzbar und kann sowohl f r partielle nderungen von Bauteilen und Werkzeugen eingesetzt werden als auch bei nderungen die den gesamten Bereich eines Bauteils Werkzeugs betreffen Die Vorgehensweise Design oder Kopiermodelle in CAD Beschreibungen durch Digitalisieren und Fl chenr ckf hren umzuwandeln ist sehr zeitintensiv und darum gilt es wenn m glich handgemachte Modelle aus Holz Ton oder hnlichem zu vermeiden Werkzeuge k nnen mit HSC Technologie und simultanem F nf Achs Fr sen in Zukunft direkt in Hartmetall gefr st werden Das Generieren von NC Steuerungs Programmen ist noch problematisch Das Angebot von Software die diese Technologien unterst tzen ist noch
93. hrere Segmente aufgeteilt werden bis jedes Segment maximal vier Eckpunkte hat Wenn die vier Ecken eines Segments bestimmt sind folgt der n chste Programmschritt Die vier Ecken unterteilen die Berandungskurve in vier Teilkurven Zwischen den gegen berliegenden Teilkurven spannt das System automatisch ein regelm iges r umliches Netz von Netzlinien auf Obwohl die Anzahl und Lage der Netzlinien vom System in den meisten F llen sinnvoll vorge schlagen wird stellt scancad geo zur Bearbeitung dieser Netzlinien eine m chtige Befehlsmenge zur Verf gung L schen Verschieben Anpassen und Einf gen Die zus tzliche Bearbeitung von Linien kann notwendig sein um eventuell kompliziertere Geometrien mit einer dichteren Anordnung von Fl chenpatches genauer zu beschreiben Die automatische Verteilung der Netzlinien h ngt haupts chlich von der eingestellten vom Benutzer geforderten Genauigkeit ab Ist der Benutzer mit der Struktur des Netzes einverstanden so wird vom System eine Fl che berechnet deren Patchstruktur der Maschenstruktur des Netzes entspricht Die erstellten Fl chen besitzen nach der Berechnung noch keine gemeinsame Randkurve F r diese Problematik bietet scancad geo Funktionen an die bereits berechneten Fl chen zu modifi zieren Jede einzelne Fl che kann in sich entlang einer Patchkurve oder an einem ausgew hlten Patchknotenpunkt gegl ttet werden Dar berhinaus k nnen Fl chen zueinander C0 oder C1 stetig ausgerich
94. htungsrichtung errechnet sich anhand von Triangulation die Lage des betrachteten Objektpunktes F r den in Abbildung 6 12 dargestellten Fall der senkrechter Beobachtung gilt ob tan 9 Gleichung 6 3 Abstand d vom Sensor Abbildung 6 12 Verfahrensprinzip der Laser Triangulation Der bergang vom punktweisen zum bildgebenden 3D Me verfahren ist aus den bisherigen Ausf hrungen direkt abzuleiten Erm glicht die punktweise Beleuchtung eine punktweise 3D Vermessung so entspricht das bei der gezielten fl chenhaften Projektion einer bildhafte Triangulation der beleuchteten Me szene Breu93 Legende Lichtquelle Gitter Objektiv 2 aktueller Me punkt Objektiv 1 Bildebene CCD Kamera Triangulationsbasis za to a0 T Abbildung 6 13 Prinzip der Triangulation f r das fl chenhafte optische Digitalisieren Wei95 Ein Spezialprojektor bildet ein Gitter auf der Oberfl che des Me objektes ab welches gleichzeitig von einer CCD Kamera aufgenommen wird Abbildung 6 13 Entsprechend der Oberfl chengestalt erscheint das Gitterbild verformt Diese Deformation enth lt die f r die folgende Rechnerauswertung notwendigen Informationen zur fl chendeckenden Bestimmung der Objekttopographie Kamera und Projektor haben dabei einen festen Abstand und konstanten Winkel zueinander Mic97 Aus diesem Punkt folgt sofort der gr te Nachteil dieses Verfahrens denn die F hrung Positionierung und Aufh ngung
95. ic97 Opt98 Reim95 Rich93 Rot96 Tagungsband Fachgespr che zwischen Industrie und Hochschule Innovative Tech niken im Werkzeug Formen und Modellbau Moderne Verfahren f r die Freiform fl chenbearbeitung Institut f r Spanende Fertigung Universit t Dortmund 1996 Friedhoff J Aufbereitung von 3D Digitalisierdaten f r den Werkzeug Formen und Modellbau in Fri96 Joachim Friedhoff und Frank Weller Fl chenr ckf hrung aus ber hrender Digitali sierung Vortrag auf der Informatik 96 Workshop Produktmodellierung Klagenfurt 24 September 1996 Glocker W Optimierung der Fl chenr ckf hrung Unver ffentlichte Diplomarbeit WS1996 97 Ulm 1997 Haasis S CAP CAM Einsatz im Aggregatebereich der Daimler Benz AG Bericht aus der Verfahrensentwicklung 2 97 Daimler Benz AG Werk Untert rkheim 1997 Kaschmieder D CAD Datenaustausch mit SWAN Vortrag auf dem 3 CAD CAM Forum 1997 Kim H S Entwicklung eines ber hrungslosen Tastsystems f r den Einsatz an Koordinatenme ger ten Bericht aus dem Fraunhofer Institut f r Produktionstechnik und Automatisierung IPA Springer Verlag Stuttgart 1987 Klein M Einf hrung in die DIN Normen B G Teubner Stuttgart Beuth Verlag 1989 Krasznai A P Die Klotoide in der horizontalen Trassierungslinie Z rich 1989 Kremer W Malz R W Betrachtungen zu Fehlerquellen bei der optischen 3D Formerfassung Bildverarbeitung 97 Forschen Entwickeln
96. iche Abbildung 3 4 3 Bauteilspektrum 11 E oberer Querlenker 9 E unterer Querlenker EN Abbildung 3 5 Einzelbauteile Querlenker Unterteil links Oberschale Unterschale Der untere Querlenker ist aus f nf Bauteilen stoffschl ssig zusammengef gt Die Blechanteile sind die Oberschale und die Unterschale wie sie in der Abbildung 3 5 gezeigt werden Diese werden von einem Schwei automaten Sto an Sto geschwei t Abbildung 3 6 Querlenker Unterteil links 1 Montageschritt Schwei en von Ober Unterschale 3 Bauteilspektrum 12 3 4 Genauere Beschreibung einzelner Zusammenbauten Innerhalb der Daimler Benz AG wird oft von einem Zusammenbau gesprochen wenn der technische Begriff Baugruppe gemeint ist Im folgenden sollen die Baugruppen in denen Blechbauteile vorkommen vergleiche Abbildung 3 2 genauer aufgeschl sselt werden 3 4 1 Querlenker Die Vorderachslenkung eines Mercedes Benz Pkw folgt dem Prinzip der Querlenkung Ein starrer Querlenker bildet hierbei das Lenkdreieck das an den beiden Lenkeckpunkten elastisch aufgeh ngt ist Um die Kr fte besser zu verteilen und abst tzen zu k nnen wird hier ein doppelter Querlenker eingesetzt Ein solcher Lenkaufbau besteht aus einem Querlenker Oberteil und dem Querlenker Unterteil Das Unterteil nimmt den gr eren Teil der Lenkkr fte auf Reim95 und ist aus zwei Blechschalen aufgebaut Das Oberteil besteht nur aus einer Schale Demnach ist der Querlenker aus den fo
97. ichos H H tte Die Grundlagen der Ingenieurwissenschaften 30 Auflage Springer Verlag Heidelberg 1996 Neff H Daimler Benz Liefervorschrift 9704 Schnitt Zieh Stanz und Pre werk zeuge PPA Stuttgart 10 1994 Schulz Daimler Benz Norm f r CATIA DBN 10008 DBN 10058 DBN 10059 DBN 10103 DBN 10124 Stuttgart 08 1991 Dicke H Untersuchung von Verfahren zur Aufbereitung von Digitalisierdaten f r die Fl chenr ckf hrung Diplomarbeit an der Universit t Dortmund Fachbereich Infor matik durchgef hrt am ISF 1995 Martin Daimler Benz CAD Handbuch f r produktionsbeschreibende Daten Daimler Benz AG Abteilung EP QDS Stuttgart 1998 Enselmann A Friedhoff J Digitalisierdatenverarbeitung in einer nutzerorientierten Steuerung In Konferenzbericht zum Workshop Werkstattgerechte Nutzerunter st tzung bei der Freiformfl chenbearbeitung Dresden S 31 44 1996 Erhardt M Untersuchung und Abgrenzung von Sensoren zur Fl chenr ckf hrung Diplomarbeit an der Fachhochschule Aalen Fachbereich Fertigungstechnik Winter semester 1995 96 Fischer H Grode H P Harz G Noppen G Anwendung der Normen ber Form und Lagetoleranzen in der Praxis Din Normenheft 7 DIN Deutsches Institut f r Normung e V Beuth Verlag Berlin 1987 11 Literaturverzeichnis 90 Fri96 Fri96a FrWe96 Glo97 Haa97 Kas97 Kim87 Klei89 Kra89 KrMa97 Lis97 Mal97a Mal97b M
98. ie Firma BCT bietet KMGs zum Digitalisieren mit taktilen und optischen Me k pfen an Optische Me k pfe sind mit einem Laser ausgestattet der die Oberfl che nach dem Prinzip der rotationssymmetrischen Triangulation vermi t Der Laser funktioniert als Abstandssensor Das Digitalisieren geht genauso wie das taktile Digitalisieren vonstatten Die Me genauigkeit h ngt in erster Linie vom KMG und dessen F hrungsmechanik ab BCT gibt f r seine 3D Digitalisierger te scan machine eine Abweichung von 6 um an der Me kugel an Die Steuerung der Digitalisierger te bernimmt eine eigens daf r entwickelte Software die von der Firma BCT entwickelt wurde 6 3 3 2 Ganymed 97 Im Rahmen des Innovationsprojekts reen Reverse Engineering werden vom Arbeitsbereich FT4 TM im Forschungszentrtum Ulm modular aufgebaute fabriktaugliche Systeme zur dreidimensionalen Formbestimmung und Auswertung entwickelt Bei dieser Anwendung der Streifenprojektion wird ein Bild in 30 Sekunden erfa t und es werden 20 000 Punkte pro Minute aufgenommen Kernst ck des Ganymed 97 ist ein Streifenprojektions Sensor mit einem Me volumen von 500x500x500 mm und einer Me unsicherheit von 0 1 mm Der Sensorkopf wiegt rund 7 kg und besteht im wesentlichen aus einer Pulnix 1010 Kamera und einem im Rahmen des Projekts entwickelten Streifen Projektor Die Positionierung des Sensorkopfes erfolgt mit einem fahrbaren flexiblen Stativsystem Die einzelnen Ansichten werden mit Hil
99. ie Sturzstrebe kraftschl ssig an Seitenteil En Links Rechts Seitenteil Links Oberschale Lagerbock Schubstrebe Symmetrie Lagerbock Sturzstrebe Seitenteil Links Unterschale G Lagerbock Zugstrebe Abbildung 3 8 Aufbau von Seitenteil links und rechts 3 4 5 Raumlenkung Die Raumlenkung wird durch einen geschmiedeten Radtr ger realisiert der an den Blechbauteilen Zug Schub und Sturzstrebe aufgeh ngt ist vergleiche Abbildung 3 3 rechts und somit Anfahr und Bremsmoment aufnehmen kann Zur Herstellung der Streben vergleiche Kapitel 3 7 Parallel zu Zugstrebe befindet sich das Bauteil Federlenker vergleiche Abbildung 5 3 Der Federlenker tr gt des Feder D mpfer Paar und koppelt Radtr ger und Karosserie 3 4 6 Einzelbauteile des automatischen Getriebes Die Blechbauteile der verschiedenen automatischen Getriebe die in Hedelfingen montiert werden sind haupts chlich Bauteile zum Einbau also Bauteile die direkte mechanische Aufgaben erf llen sollen F r das Planetengetriebe im automatischen Getriebe werden die Blechbauteile Planetentr ger und Hohlradtr ger ben tigt 3 Bauteilspektrum 14 F r die vier bis f nf Lamellenkupplungen je nach Bauart im automatischen Getriebe werden in der PACG Pre Blechbauteile zur radialen Fixierung der Lamellen hergestellt Au en und Innenlamellentr ger sind sehr komplexe Blech
100. ie des taktilen Digitalisiereens beruht auf einer Weiterentwicklung von Koordinatenmessung auf Koordinatenme ger ten Es wird eine andere Steuerung ein angepa ter analoger Me kopf und eine spezielle Auswertsoftware benutzt Durch den Einsatz bew hrter Technologien ist das Digitalisieren mit taktilen Mitteln gut beherschbar und sehr st rungssicher Man spricht hierbei auch von einem proze sicheren Verfahren Steil abfallende Bereiche wie sie bei Gesenken oder prismatischen Objekten vorkommen k nnen problemlos digitalisiert werden Der Markt bietet mehrere Spezialsysteme f r diese Anwendung deren Preis in erster Linie von der jeweils angegebenen Genauigkeit und den Abmessungen des Me raums abh ngig ist Die Hersteller bieten verschiedene Me volumina an so da je nach gefordertem Digitalisiervolumen eine andere Ausf hrung eines Digitalisierger ts beschafft werden kann Wenn ein Digitalisierger t nur zur Aufnahme von Werkzeuggeometrien Fl chen und Kanten benutzt wird die nachtr glich gefr st oder r ckgef hrt werden m ssen h ngt die erforderliche Genauigkeit von der Aufgabe des digitalisierten Werkzeugs ab Bei den meisten Freiformfl chen ist eine Genauigkeit im Bereich 5 Hundertstel Millimeter ausreichend genaueres hierzu in Kapitel 3 6 Die Digitalisierungsdaten der Cyclone haben diese Genauigkeit erf llt obwohl die Genauigkeit mit 50 um angegeben ist Die anwendungsbezogenen Tests haben ergeben da die Streuung Gen
101. iese Bedingung hat zur Pr misse da die Patchlinien im selben Punkt enden Fl chenrand Patchgrenze E Fl che A Fl che C1 Ausrichtung nicht m glich Abbildung 9 2 Bedingungen f r C1 Ausrichtung in scancad geo Die Abbildung 9 2 zeigt links ein Beispiel zweier Fl chen A B die aufgrund der Lage ihrer Patchlinien nicht mit der Software scancad geo tangential ausgerichtet werden k nnen An den ersten beiden markierten Punkte hat auf einer der beiden Fl chen jeweils eine Patchline keine gegen berliegende Patchlinie Im dritten Fall liegen die Patchlinien einander nicht genau gegen ber In der gleichen Abbildung wird rechts dargestellt wie der Benutzer sich in einem solchen Fall behelfen kann Es werden zus tzlich Patchlinien eingef gt und vorhandene Patchlinien m ssen aneinander ausgerichtet werden Die Fl chen m ssen aber nicht im ganzen Bereich die gleiche 9 Software zur Fl chenr ckf hrung 80 Randkurve besitzen Es d rfen an einer Fl chenbegrenzung Randbereiche vorkommen die nicht an die benachbarte Fl che grenzen wie es in der Abbildung 9 2 rechts gezeigt wird 9 3 7 Analysefunktion Der Soll Ist Vergleich in der Software scancad geo vergleicht einen bestimmten Anteil der Punkte mit der jeweils benachbarten Fl che Dabei wird wie im Kapitel 8 2 3 beschrieben wurde ein Lot zur Fl che gef llt Da dies nur n herungsweise mit einem iterativen Verfahren bewerkstelligt wer den kann ist dies die zeit
102. igitalisierger te von BCT Genauigkeiten die auch zum Messen geeignet w ren 5 um 6 2 6 Vergleich Hersteller ReniShaw System Cyclone scan 500 scan 700 scan 1000 Windows 95 seit 12 97 DOS Windows NT Windows NT seit 2 Jahren ab 04 98 ab 03 98 Betriebssystem Me volumenl 600 x 500 x 400 500 x 400 x 400 700 x 550 x 400 1000 x 550 x 400 Me gewicht RSS KOSIEL 650 kg 700 kg 3 um 3 5 x 1 1000 3 um 4 x 1 1000 Genauigkeit technische Daten Aufl sung Regelgeometrie messung Digitalisieren 1 Tag Schulungs dp 2 D aufwand incl NC Programmi 3 Tage Inbetriebnahme und Schulung 2 erstellen 2 Tage 9p Z Erfahrung im 17 Daimler Benz rn ne nur Prospektwissen Werk oro 9 Abbildung 6 9 Vergleich zweier Hersteller von Digitalisierger ten Die Genauigkeit G der Ger te von der Firma BCT wird mit der Formel beschrieben mit der auch die Genauigkeiten von Me ger ten beschrieben werden Gleichung 6 2 Genauigkeit von Me ger ten Parametererkl rung Einheit G Maximaler Fehler des gemessenen Abstandes zwischen zwei Punkten um a Das konstante maximale Fehlerglied das bei jeder Messung auftritt um Ergebnis einflie t b Der relative Fehler der bei einer Messung eines zweiten Punktes in das Der Abstand der beiden Werte die aufgenommen wurden mm 6 2 7 Zusammenfassung Die Technolog
103. ildung 7 1 zeigt in einer bersicht die m glichen Wege der Daten vom Originalteil bis hin zum Produkt der Datenr ckf hrung Es gibt grunds tzlich vier verschiedene M glichkeiten Digitalisier daten weiter zu bearbeiten diese schlie en sich gegenseitig aber nicht aus Orginalteil digitalisieren optisch oder taktil Fl chenr ckf hrung Bauteil im CAD ndern verbess fr sen auf der 3 e kopiertes kopiertes kopiertes ge ndertes Teil Teil Teil Teil 1 2 3 4 Abtastdaten B Reverse verarbeitung Engineering Abbildung 7 1 Abtastdatenverarbeitung und Reverse Engineering Abtastdatenverarbeitung ist nur mit geordneten Punktwolken m glich Solche Daten entstehen beim taktilen Digitalisieren aber auch bei einigen optischen Verfahren die die Oberfl che Punkt f r Punkt erfassen punktweise vergleiche Kapitel 6 3 1 7 Abtastdatenverarbeitung 66 7 3 Elektronisches Kopierfr sen 7 3 1 Erl uterung Die direkte Abtastdatenverarbeitung ist die einfachste Methode die Tastermittelpunkte direkt in NC Daten umzusetzen Dieses als elektronisches Kopierfr sen bekannte Verfahren ist weit verbreitet EnFr96 Voraussetzung ist da das Fr swerkzeug in seiner geometrischen Gestalt mit dem Taster identisch ist Die 3D Koordinaten der zu fr senden Oberfl che werden direkt in NC Steuercodes umgesetzt Die Fr smaschine verf hrt entlang der Verbindungslinien zwischen den einzelnen aufgenommen Punkten Dieses Verfahre
104. in endlich vielen Ereignispunkten Das Sweep Verfahren berstreicht die Ereignispunkte in der Reihenfolge ihres Abstands zur Mittelpunktfl che Ist die Mittelpunktfl che in Z Richtung eindeutig projizierbar dann weist die Offsetfl che zu keiner Zeit Selbst berschneidungen auf Diese Tatsache erm glicht eine lokale und damit effiziente Betrachtung bei der Suche nach potentiellen Ereignispunkten nderungs punkten Der Hauptvorteil der exakten Offsetberechnung liegt darin da sie eine vollst ndige Beschreibung der digitalisierten Fl che liefert Dar berhinaus l t sich diese Beschreibung relativ kompakt gestalten Neben der triangulierten Mittelpunktfl che mu lediglich die Struktur der Offsetfl che gespeichert werden Nachteilig f llt ein hoher Implementierungsaufwand ins Gewicht Ein charakteristisches Merkmal f r Offset Sweeps von Mittelpunktfl chen aus ist da degenerierte F lle geh uft auftreten und daher im Algorithmus sorgf ltig behandelt werden m ssen Die Kopierfr ssimulation Verschiedene Programme zur Abtastdatenverarbeitung nutzen eine Kopierfr ssimulation zur Tasterradiuskompensation Dabei wird eine neue Menge von Punkten in der X Y Ebene mit einem definierten Rasterabstand verteilt und auf die H he Z Max gesetzt Der simulierte Fr ser z B Kugelfr ser f hrt die Digitalisierungsdaten virtuell nacheinander an Gleichzeitig werden die Z Werte der gerasterten Punkte auf eine maximale H he beschr nkt
105. ine schreibt dies schon f r den Beginn des Jahres 1998 vor 4 7 1 SWAN System zum weltweiten Austausch von Nutzdaten SWAN ist ein System zum weltweiten Austausch von Nutzdaten Die Software wurde von der debis AG einem Dienstleistungs Unternehmen der Daimler Benz AG entwickelt um den Austausch von Nutzdaten zu erleichtern und innerhalb des Konzerns und gegebenenfalls dar ber hinaus zu vereinheitlichen Die Funktionsweise dieses Programmes soll im folgenden exemplarisch f r Programme zum Nutzdatenaustausch vorgestellt werden 4 Untersuchung der Einbindung eines externen Lieferanten in die Proze kette Blechteile 31 Swan unterst tzt das alte Odette Protokoll VDA 4914 2 und den neuen EngDat Standard VDA 4951 Das Odette Filetransfer Protokoll OFTP ist mittlerweile zum Standard in der Automobilindustrie geworden Wenn technische Zeichnungen 3D CAD Modelle NC Programme oder andere Informationen in Dateiform bertragen werden sollen f hrt kein Weg mehr an OFTP vorbei Der Datenaustausch ohne Papier oder Datentr ger minimiert den Zeitaufwand er wird zur Bedingung f r die Auftragsvergabe und sichert damit die Wettbewerbsf higkeit der Lieferanten Gem Vereinbarung zwischen der Daimler Benz AG Gesch ftsfelder PKW und Nfz und den externen Partnern im Rahmen der TANDEM Veranstaltungen werden CAD Daten grunds tzlich mittels ISDN Datenfern bertragung DF auf Basis der oben genannten VDA Empfehlungen ausgetauscht Der Austausch
106. inem Verlust an Information verbunden Beurteilung DigiMan bietet eine gro e Auswahl an Filterfunktionen die aber zum gr ten Teil auf die Verarbeitung von optischen Daten ausgelegt sind Da zur Zeit in den Vorbetrieben des Werks 010 nur taktile Daten verarbeitet werden bringen diese Filter wenig Vorteile Optische Daten bestehen oft aus vielen einzelnen Aufnahmen die in ein globales Koordinatensystem gebracht werden m ssen Dieses Problem entf llt bei taktil gemessenen Punktdaten meist weil die meisten Objekte in einer Aufspannung digitalisiert werden k nnen vergleiche hierzu Kapitel 6 2 6 5 Fazit Beim Digitalisieren mit optischen Mitteln gibt es Fehlereinfl sse die wegen ihrer Situationsabh ngigkeit prinzipiell nicht oder nur unzureichend mit Kalibrierverfahren erfa t und kompensiert werden k nnen KrMa97 Das punktweise optische Digitalisieren bietet gegen ber den taktilen Verfahren keine ausschlaggebenden Vorteile Digitalisieren in Streifen kann den Anforderungen die von den zu verarbeitenden Geometrien Werkzeuge gestellt werden nicht gerecht werden Es ist mehr f r Designmodelle geeignet Brem97 Die meisten optischen Digitalisierverfahren die ihre Daten fl chig aufnehmen besitzen noch experimentellen Charakter und sind wegen des hohen Aufwandes nicht direkt in der Produktion einsetzbar Hinzu kommt die Tatsache da die zu digitalisierenden Werkzeuge in den Bereichen der Instandhaltung zu viele verschiedene Gr
107. intensivste Funktion des Programms Die Punkte die au erhalb der vor gegebenen Toleranz liegen werden markiert Au erdem wird eine durchschnittliche Abweichung und die maximale Abweichung numerisch angegeben Der Benutzer erf hrt aber nicht in welchen Bereichen der Fl che gro e Abweichungen von der Toleranz aufgetreten sind und ob die Abweichungen ber oder unter den Punkten liegen Genauere Informationen kann der Benutzer zu jedem einzelnen Punkt bekommen den er sich manuell selektiert Solch eine Einzelabfrage ist zwar schnell bringt aber keine Information ber die gesamte Genauigkeit der Fl che Eine farbliche Auswertung der automatisch berechneten Genauigkeiten einzelner Punkte w re von gro em Vorteil und sehr benutzerfreundlich ist aber mit der aktuellen Version noch nicht m glich 9 4 IntiSurf 9 4 1 Allgemein Das Programm IntiSurf von der Firma IntiTEC aus Aachen wird seit drei Jahren vertrieben Zu Beginn der Entwicklung wurden auch PC fremde Betriebssysteme HP UX und IRIX unterst tzt Die neueste Version ist aber nur noch f r Windows NT erh ltlich Es ist unwahrscheinlich da die neusten Entwicklungen neuer als Version 5 f r Unix Plattformen erscheinen Die Firma IntiTEC f hrt Digitalisierung und Fl chenr ckf hrung auch in Auftragsarbeit durch Die Punkte werden von der Firma IntiTEC meist selber taktil mit einer Cyclone von der Firma ReniShaw Kapitel 6 2 4 aufgenommen Dies ist der Grund warum IntiSur
108. irekte M glichkeiten aus Punktwolken Fl chen zu machen SiSe96 Surfacer besitzt zwei freie Programmierschnittstellen ber die neue selbstprogrammierte Funktionen eingebunden werden k nnen Die Surfacer eigene SCOLL Sprache und die Open Architecture Schnittstelle Zu der offenen Programmierf higkeit geh rt auch da man eigene Macrobefehlsketten in die Menues von Surfacer einbauen kann die dann jeweils ausschlie lich oder teilweise auf die vorhandenen Funktionen und Befehle von Surfacer zugreifen hnlich der IUA Schnittstelle in CATIA Die Programmierung neuer Funktionen wird im Forschungsbereich F4T TM der Daimler Benz AG in Ulm intensiv vorangetrieben getestet und bewertet Unter anderem wurde eine Direktschnittstelle f r das Punktdatenformat PGK von DigiMan entwickelt und erfolgreich implementiert Die Ladezeit von Punktwolken wurde ann hernd halbiert und in Zukunft kann damit das speicherintensive ASCII Format zum bertragen von Punktwolken umgangen werden Glo97 9 8 Cloud to Geometry CGO Das CAE System CATIA ist eine Entwicklung des Flugzeugherstellers Dassault aus Frankreich und wurde zu Beginn der 80er Jahre speziell zur computerunterst tzten Konstruktion im Flugzeugbau entwickelt Brog98 9 Software zur Fl chenr ckf hrung 85 Der Softwarehersteller aus Paris bietet seit der Version 1 7 der Release 4 optional das Modul Cloud to Geometry kurz CGO an Dieses Modul wird zur Punktbearbeitung und zur Fl c
109. ktion funktioniert aber nicht immer funktioniert immer Einlesen von Fremdfl chen m glich nicht m glich Anzahl der Ent 1 3 wickler des Programms Nachtr gliche Korrerktur der m glich m glich sehr einfach Patchaufteilung und vielf ltig Soll Ist Vergleich mit Farbspektrum aber sehr d rftige grafische Aufbereitung langsam der Ergebnisse Fl chenbeschreibung Kubische B Spline Fl chen Kubische Bezier Fl chen Online Hilfe Liegt noch nicht vor sehr gut Benutzer Handbuch Liegt noch nicht vor gut aber ohne Inhaltsver zeichnis und ohne Index Tabelle 9 1 Tabellarischer Vergleich von IntiSurf amp scancad geo IntiSurf bietet mehr Funktionen zum Fl chenr ckf hren als scancad geo ist aber wegen dieses Vorteils komplizierter zu bedienen als scancad geo 9 7 Surfacer Der Surfacer ist ein Produkt der nordamerikanischen Firma Imageware Die Firma wurde 1991 gegr ndet und hat sich zum Ziel gesetzt der weltweit f hrende Hersteller von Reverse Engineering Software zu werden Surfacer gibt es seit Anfang April 1998 in der Version 8 0 Die Weiterentwicklung geschieht sehr schnell Die Version 6 0 wurde im Oktober 1996 ver ffentlicht die Version 7 0 kam im M rz 1997 auf den Markt An der Entwicklung von Surfacer arbeiteten 1997 ca 65 Personen Vom Surfacer Gesamtpaket gab es 1997 weltweit ca 700 Installationen wobei diese Zahl laut der Firma Imageware sehr schnell ansteigt Der Surfacer bietet ber 60 verschiedene direkte oder ind
110. ktwolke projiziert werden Die somit gebildeten Konturen werden wie mit der Loft Funktion aus der CAD Welt verbunden Die Lage und Anzahl der St tzkurven an der Leitlinie wird automatisch gesucht und gefunden Diese Funktion ist zwar wegen des geringen Aufwandes Nachzeichnen des Konturverlaufs sehr komfortabel ben tigt aber zur Berechnung sehr sehr viel Rechenleistung und Zeit 9 5 5 Zus tzliche Funktionen mit Fl chen und Kurven Makros Einmal gebildete Makros k nnen samt ihrer zus tzlich eingestellten Parameter kopiert verschoben und gel scht werden Au erdem ist f r symmetrische Bauteile eine Spiegelungsfunktion vorgesehen Die M glichkeit Makros zu spiegeln ist in Ihrer Wirkung bei spiegelbildliichen Bauteilen sehr m chtig Denn bei der Spiegelung werden nicht die Fl chen kopiert sondern nur die Definitionen ber Aufbau und Begrenzung der Fl chen Die Fl chen selbst werden dann in Abh ngigkeit von den berspannten Punkten berechnet Eine Funktion um vollzogene Bearbeitungen r ckg ngig zu machen UnDo fehlt Im Vergleich IntiSurf speichert wie scancad geo_auch alle Daten st ndig ab kann aber nicht auf alte Daten zur ckgreifen 9 6 Vergleich zwischen IntiSurf und scancad geo Einige vergleichbare Eigenschaften der beiden bisher beschriebenen Programmen k nnen tabellarisch gegen bergestellt werden 9 Software zur Fl chenr ckf hrung 84 IntiSurf scancad geo Stoppfun
111. le Gie en Schmieden en E gt Fertigteilbeschreibung Produkt konstruktion i i i i7 u Vorrichtungs Rohteilauslegung gt gt auslegung y y y v SE Betriebsmittelkonstruktion Produktionsmittel konstruktion Rohteilbeschreibung Vorrichtungs auslegung NC Programierung Betriebsmittel Arbeitsvorberei NC Pro tung Planung 9 grammierung Serienteile Serien u A J fortigung Betriebsmittelfertigung Rohteilbeschreibung Abbildung 2 2 Abl ufe innerhalb der Proze ketten Haa97 Der Serienfertigungen sind Abteilungen angegliedert die f r die Wartung und Pflege der eingesetzten Betriebsmittel zust ndig sind die Instandhaltungen vergleiche Abbildung 4 1 und Abbildung 5 8 Die normale Proze kette sieht nicht vor da die tats chlichen Geometriedaten aus der Serienteilfertigung zur ck in die Entwicklung Konstruktion oder Betriebsmittelplanung geleitet werden Durch diesen nicht vorhandenen Informationsflu fehlt der Konstruktionsabteilung der Entwicklung Konstruktion Entwicklung die aktuelle Geometrie des zu fertigenden Bauteils und der Konstruktion der Betriebsmittel fehlt die Information ber die Geometrie des Werkzeuges 2 Untersuchung des Ist Zustandes 6 2 3 Die Proze kette Blechteile Im folgenden soll eine einzelne Proze kette am Beispiel der Proze kette Blechteile im Werk 010 noch genauer
112. leistungsf hig und einfach zu bedienen sein soll DigiMan Digitalisier Manager ist ein Softwarepaket das der Erfassung Verarbeitung und Auswertung von 3D Me daten dient Es erm glicht dem Anwender die typischen T tigkeiten beginnend bei der Digitalisierung ber die Auswertung bis hin zur CAD gerechten Datenaufbereitung in einer homogenen grafischen Softwareumgebung durchzuf hren DigiMan wird f r verschiedene grafische Betriebssysteme entwickelt wie z B IRIX HP UX oder Windows NT Mal97a Die grafische Benutzeroberfl che erlaubt eine Visualisierung der Me daten und interaktive Techniken zur Datenauswertung und Weiterverarbeitung Spezielle Verfahren erm glichen die Verarbeitung besonders umfangreicher Datenmengen Es stehen Schnittstellen zu externen Softwaresystemen zur Verf gung DigiMan kann 3D Daten visualisieren drehen und verarbeiten Eine effiziente Datenhaltung von 100 Millionen Punkten ist m glich Mal97a Neben der Steuerung von externen Softwarepaketen wurden in diesem Programmpaket auch viele Bearbeitungs und Auswertungsfunktionen implementiert die nicht nur bei der Verarbeitung von 3D Daten ben tigt werden e Erfassen Strukturieren und Visualisieren gro er Datenmengen e Konvertieren in verschiedene Datenformate e Ausd nnen der Me daten Die Software DigiMan bietet f nf verschiedene Algorithmen zur Reduktion des Umfanges einer Punkteschar an Die Reduktion von Punktwolken ist in den meisten F llen mit e
113. lgenden einzelnen Blechbauteilen zusammengebaut Querlenker Links Rechts Oberteil Unterteil Oberteil Unterteil Querlenker Links OT Querlenker Links UT Oberschale E QL R OT QL R UT OS Querlenker Links UT Unterschale QL R UT US Abbildung 3 7 Blechbauteile der Baugruppe Querlenker In der Abbildung 3 7 sind nur die Blechbauteile ber cksichtigt Beim Querlenker des Mercedes Benz Transporters wird noch zus tzlich das Blechbauteil Abdeckplatte oder auch Konsole auf den Hohlraum vergleiche Abbildung 3 6 der Oberschale des Querlenker Unterteils aufgeschwei t Zu einem montierf higen Querlenker geh ren auch verschiedene Normteile aus Elastomer zur elastischen Aufh ngung des Lenkers ein Schmiedeteil und diverse Halbzeuge aus Blech z B zwei Rohrst cke 3 4 2 Feststellbremse Die Feststellbremse wirkt bei einem Mercedes Benz Pkw auf die Hinterachse Diese Trommelbremse die mit dem Fu bet tigt wird sitzt direkt neben der Scheibenbremse nach innen versetzt Folgende Blechteile werden an dieser Bremse verbaut eine Zuglasche zwei spiegelbildliche Drucklaschen ein Bremsbackenband und zwei verschiedene Bremsbackenstege 3 4 3 Querbr cken Im allgemeinen besteht die Hinterachse eines Mercedes Benz Pkws aus einer vorderen und einer hinteren Querbr cke Die
114. m Toleranz bei der Reproduktion von Biegewerkzeugen Die Genauigkeitsanforderungen bei den entsprechenden Bauteilen liegt viel niedriger Diese hohe Genauigkeit wird mit fertigungstechnischen Aspekten begr ndet Jede kleine Fl chenkr mmung kann je nach Auspr gung beim Ziehen als Flie bremse wirken Fehlt eine solche Fl chenkr mmung oder ist sie durch ungenaue Rekonstruktion anders gestaltet k nnte es vorkommen da ein Bauteil nicht auf die vorgesehene Weise gefertigt wird Das Fertigteil w rde von der gew nschten Form und Mindestblechdicke abweichen Das Werkzeug w re unbrauchbar 3 9 Fazit Alle Bauteile in der PAC Pre sind eindeutig und schnell nach ihrer Verwendung Motor Getriebe Achse vorn hinten links rechts klassifizierbar Eine stukturelle hnlichkeit l t sich aber nur bei sehr wenigen Bauteilarten ausmachen 3 Bauteilspektrum 21 Die PAC Pre produziert ber 30 verschiedene Bauteile die als Halter bezeichnet werden Der Verwendungszweck der Bauteile ist in vielen F llen nicht eindeutig Am Motor am Getriebe und an den Achsen werden diese kleinen Blechbauteile f r verschiedenste Zwecke verwendet An Halter k nnen beispielsweise Kabelb ume Kraftstoffleitungen Hydraulikleitungen und Sensorenleitungen befestigt werden Halter k nnen als Zwischenst cke f r Anbauteile am Motor oder am Getriebe funktionieren Halter k nnen in ihrer Struktur oder in ihrem Verwendungszweck nicht zusammengefa t werden so wie eini
115. m ob sie f r die Hinter oder Vorderachse das Getriebe oder den Motor eines Pkws ben tigt werden Die gefertigten Bauteile lassen sich auch nach ihren fertigungstechnischen Eigenschaften wie Gr e Umformungsgrad Werkstoff Blechdicke etc unterscheiden Doch alle diese Unterscheidungsmerkmale eignen sich nicht f r eine Klassifizierung aus der Sicht des Projekts f r die Einf hrung von Reverse Engineering in die Instandhaltung Aus der Sicht der Instandhaltung ist es wichtig relativ umfassende Informationen ber die Genauigkeitsanforderungen zu erhalten Beim Digitalisieren kann viel effizienter vorgegangen werden wenn die Genauigkeitsanforderungen in allen Bereichen des zu erfassenden Objekts bekannt sind Die einzigen Bauteile die in struktureller Auspr gung zusammengefa t werden k nnen sind Querlenker Oberteil und Unterteil Streben Federlenker Seitenteile Querbr cken und Lamellentr ger Davon eignen sich einige Bauteile wiederum nur bedingt da sie zwischen den einzelnen Modellen zu wenig Gemeinsamkeiten haben Als Beispiel hierf r ist die L ngslenkerhinterachse des Modells A168 A Klasse abgebildet Abbildung 3 9 L ngslenkerhinterachse des Modells A168 A Klasse In der Abbildung 3 9 erkennt man deutlich da die L ngslenkerhinterachse nur eine Querbr cke hat Die Seitenteile sind einschalig und haben keine strukturelle hnlichkeit mit Seitenteilen Seitenteilen anderer Mercedes Benz Pkws Streben Hinterach
116. men mehrere einfache Scheiben und Mitnehmerscheiben zum Einsatz sowie die beiden Bauteile Ring Anla zahnkranz und Segmentring 3 4 9 Sonstige Bauteile des Motors Jeder Motor in einem Mercedes Benz Pkw verf gt ber angeschraubte Aufh nge und Umbau sen aus Blech An diesen sen wird der Motor bei der Demontage aus dem Motorraum gehoben Im Motor selbst werden an der Kurbelwelle Ausgleichsgewichte aus Blech befestigt Am Kraftstoffverteiler werden Kraftstoffleitungen mit zwei Haltern und eine Klemme aus Blech verbaut Weitere Bauteile aus Blech sind unterschiedliche Mitnehmerscheiben und das Anschlu st ck an der Einspritzung 3 5 Unterscheidungsmerkmale von Bauteilen Alle Bauteile die in der PAC Pre gefertigt werden k nnen anhand bestimmter Kriterien in Gruppen unterteilt werden Die Anforderungen an die Genauigkeit k nnen innerhalb der Merkmale eines Bauteils sehr stark differieren So werden manche Bauteilkanten denen bei der Montage eine bestimmte Funktion zukommt sehr genau toleriert dagegen werden Durchstellungen f r Stifte oder Schrauben in der Lage und Gr e nur sehr grob toleriert 3 Bauteilspektrum 15 vergleiche hierzu Kapitel 4 2 und 4 3 An vielen Stellen des Bauteils gilt die mittlere Allgemeintoleranz nach DIN 6930m diese Toleranz gibt f r die Schnittkanten des Bauteils die Toleranz an Alle Blechbauteile die in der Presserei hergestellt werden lassen sich nach ihrem Verwendungszweck ordnen je nach de
117. mengen k nnen einfach unterteilt und wieder zusammengefa t werden In manchen Funktionen von CATIA ist es notwendig einzelne Punkte zu selektieren Eine Umwandlung von der Wolke zu Einzelpunkten ist daf r notwendig Koordinaten systeme Nur ein Koordinatensystem m glich Es kann in mehreren relativen Koordinatensystemen gearbeitet werden Anpassung der Arbeits Oberfl che In eine Toolbox k nnen oft benutzte Befehle eingef gt werden Die Icon Menueleiste ist frei definierbar und kann mit ausgew hlten Befehlen gef llt werden Anhang A Tabellarischer Vergleich zwischen CATIA CGO und Surfacer 7 0 93 Software Sufacer 7 0 CATIA V4 R1 8 CGO Regelgeome Eingeschr nkte M glichkeit von Durch gro es CAD Programm sind trien Verwendung von RG alle M glichkeiten zur Erzeugung und Einbindung von RG m glich bersicht Der unge bte Anwender kann den CATIA ist aufwendiges CAD Pro Surfacer leicht erlernen wegen der gramm Neue Benutzer m ssen sich klaren Struktur der Befehle immer erst mit dem gesamten Wasser kopf zurechtfinden Dann kann man erst Fl chenr ckf hrung betreiben 2D Konstruktion Kein direktes und einfaches Arbeiten Auch das Konstruieren im 2D m glich in einer 2D Ebene m glich CATIA 2D Export Exportieren von r ckgef hrten Beim Exportieren werden getrimmte Fl chen war bisher ohne Probleme Fl chen und Fl chennormale oft IGES und VDA FS falsc
118. n 1 Bei der Sichtpr fung wird die Oberfl che auf Risse Ziehriefen und andere Sch digungen hin berpr ft 2 Die Funktionspr fung kommt bei Blechteilen die gerade von der Presse umgeformt wurden nicht h ufig vor da die Rohteile nur selten sofort eine Funktion besitzen 3 Die Ma pr fung kann alle der Gr e nach erfa baren Eigenschaften wie Durchmesser und Blechdicke pr fen Zur Ma pr fung Abstand von Bohrungen Durchstellungen zu anderen Kanten werden gepr ft Dabei werden nur Abst nde von Bohrungen und Kanten gepr ft die nicht in einer Pre operation entstanden sind Schnitte die in zwei aufeinanderfolgenden Stufen durchgef hrt wurden unterliegen einer gewissen Streuung da die genaue Lage des Rohteils zu den jeweiligen Werkzeugen nicht definiert ist Blechdicken an bestimmten Stellen die einem sehr starken Umformungsgrad unterliegen werden meist mit Hilfe von B gelme schrauben auf eine Mindestblechdicke hin untersucht 4 Untersuchung der Einbindung eines externen Lieferanten in die Proze kette Blechteile 27 Bereiche in denen die Blechdicke unterhalb einer von der Entwicklung vorgegebenen Toleranz liegen nennt man D nnzug Ein solcher Pr fauftrag kann sehr aufschlu reich sein wenn vor einer eventuellen Fl chenr ckf hrung die geforderten Genauigkeiten der Oberfl chen analysiert und festgelegt werden m ssen Der Pr fauftrag enth lt hierzu genaue montage und sicherheitsrelevante Toleranzangab
119. n Es treten keine Knicke mehr auf nderungen in der Kr mmung k nnen sprunghaft sein Eine solche Fl chen grenze k nnte der bergang von einer Ebene in einen Radius sein wie er in Abbildung 8 1 gezeigt wird und in der Konstruktion sehr h ufig anzutreffen ist Ein Cz stetiger bergang ist kr ummungsstetig Klotoide Kra89 Evolventen und Splines sind mathematische beziehungsweise geometrische Beispiele f r solche Kurven Bei der Fl chenr ckf hrung sollte immer eine C Stetigkeit Tangentialit t angestrebt werden Die h chsten Anforderungen an den Verlauf der Kr mmung der Fl che haben Class A Fl chen Bei der Karosserieau enhaut werden diese hohen Anforderungen gestellt Die Lichtleitlinien so nennt man die Spiegelungen von linienf rmigen Lichtquellen werden in speziellen Testr umen aufgenommen und ausgewertet Solche Fl chen k nnen nur mit speziellen Tools erstellt und bearbeitet werden wie z B ICEM Surf sie bietet Die aufgez hlten Stetigkeitsdefinitionen zwischen zwei Fl chen sind rein mathematischer Natur und sind nur in der symbolischen Beschreibung einer Fl che erreichbar Es treten aber aufgrund der numerischen Beschreibung kleine L cken und Unstetigkeiten zwischen den Fl chen auf Hier gibt die Norm VDA4955 eine L sung an Sie schreibt anwendbare Kriterien der Datenqualit t vor die gleichzeitig mit Toleranzen versehen sind das hei t Die Fl chen m ssen nicht genau tangential sein um die Anforder
120. n Pre operation zu Pre operation gezogen 3 7 3 Werkzeuge zum Feinschneiden Das Feinschneiden engl Fineblanking z hlt zu den Scherschneidverfahren Es wird angewandt um einbaufertige metallische Blechteile mit besonderer Pr zision herzustellen Die Schnittfl chen der Werkst cke werden aufgrund ihrer hohen Oberfl cheng te und dem gro en Traganteil ohne Nacharbeit als Funktionsfl chen verwendet Diese wirtschaftlichen Vorteile haben zu einer raschen Verbreitung des Feinschneidverfahrens gef hrt vor allem bei Zulieferbetrieben f r die Gro industrie Automobil Elektro Feinschneiden ist ein Metallumformproze bei welchem Werkst cke mit hoher Genauigkeit aus einem Materialstreifen gestanzt werden H chste Wiederholgenauigkeit zeichnet den automatisierten Proze aus 1 Hohe Genauigkeit von Dimensionen und Rechtwinkligkeit am Werkst ck 2 Nahezu 100 Glattschnittanteil 3 Verbesserte Ebenheit gegen ber Grobstanzen 4 Spezialprofiie und L cher k nnen auch bei au ergew hnlichen Verh ltnissen der Durchmesser zur Materialdicke erreicht werden 3 Bauteilspektrum 19 5 Aush rtung des Werkst ckes an der Schnittkante Gem der Abbildung 3 11 wird ersichtlich weshalb eine dreifach wirkende Presse f r den Proze ben tigt wird Ringzacken Pre kraft platte en Ringzacke a Stempel Werkst ck Material Gegen vom Band i halter Abbildung 3 11 Vorgang beim Feinschneiden
121. n Digitalisieren ist sehr verbreitet und soll aus diesem Grund kurz erl utert werden Auf ein Objekt wird ein Liniengitter projiziert Dieses wird hnlich wie bei der Photogrammetrie von einer Videokamera unter einem bestimmten Winkel aufgezeichnet Hinzu kommt die gleichzeitige oder nachtr gliche Verkn pfung mit der Projektion eines Referenzgitters Durch das berlagern des Projektionsstrahlb ndels mit dem Beobachtungsstrahlb ndel bilden sich sogenannte Moire Linien Jede Linie stellt eine Isotrope Linien gleichen Abstands vom optischen Sensor dar so da die Linien die R nder der Ebenen sind mit denen das Objekt senkrecht zur Blickrichtung geschnitten wird Dadurch wird ein direktes Berechnen von 3D Koordinaten m glich Wei95 Dieses Verfahren engl Moire Method wird vom Sensor COMET 100 eingesetzt Abbildung 6 16 berlagerung von deformierten Streifen ergeben Mori6 Linien AN Abbildung 6 17 Morie Linien entsprechen H henlinien Isotrope Eine h ufig angewandte Streifenauswertung ist die hierarchische Phasenshift Methode F r die L sung der Gleichungen dieser Methode sind vier Phasenverschiebungen notwendig Es m ssen demzufolge vier verschiedene Aufnahmen von einem Objekt gemacht werden wobei nur das projizierte Gitter definiert verschoben wird H ufig werden piezoelektrische Translatoren zur exakten Verschiebung eines Gitters im Referenzstrahlengang verwendet 6 3 3 Drei optische Sensoren 6 3 3 1 scancad laser D
122. n Fl chen berg ngen berg nge zwischen zwei oder mehreren benachbarten Fl chen k nnen mit Hilfe von solchen Programmen zur Fl chenr ckf hrung nachtr glich bearbeitet werden Bei dieser Ver nderung der Fl chenauslaufbereiche zueinander verschlechtert sich wie schon im Kapitel 8 2 1 erw hnt wurde die Genauigkeit der Fl chen Die Mathematik bietet f r die verschieden Arten von berg ngen zwischen Fl chen Definitions m glichkeiten an Diese werden im folgenden noch einmal kurz erl utert Der Grad der Stetigkeit zwischen den Fl chen wird mit folgenden Angaben beschrieben Co C4 Ca C3 sprich C Null Der C Grad gibt damit die Anzahl der zul ssigen Differenzierungen an Abbildung 8 1 zeigt hierzu vier Beispiele Die erste Grafik stellt eine L cke oder einen Sprung zwischen den Fl chen dar Es liegt keine beschreibbare Form der Stetigkeit vor Man spricht in der CAD Welt von einer Klaffung 8 Fl chenr ckf hrung 71 nicht stetig C stetig C stetig C stetig Abbildung 8 1 Klassifizierung von Fl chen berg ngen Ein C stetiger bergang zwischen zwei benachbarten Fl chen ist ein Bereich ohne Stufen oder Spr nge am bergang der Fl chen Knicke sind dadurch nicht ausgeschlossen Die zwei Fl chen besitzen an ihrem jeweiligen Rand ein und dieselbe Berandungskurve Fl chenrand auf Fl chen rand Ein C stetiger bergang ist ein tangentialer bergang zwischen zwei Fl che
123. n kann sinnvoll eingesetzt werden um aus einem in Ton geformten Modell ein Klopfmodell als Ureol zu fr sen Solche Klopfmodelle dienen als Grundk rper zur manuellen Blechbearbeitung im Prototypenbau Der Kunststoff Ureol ist hierf r besonders geeignet weil er mit sehr gro en Vorsch ben schnell fr sbar ist und beim Klopfen von Blech nicht zur Ri bildung das hei t zum Splittern neigt 7 3 2 Kritik Problematisch ist da die Fr sstrategie starr mit der Digitalisierstrategie gekoppelt ist Da in der Regel zeilenf rmig abgetastet wird ergeben sich auch zeilenf rmige Fr sbahnen die unter technologischen Aspekten nicht optimal sind Daneben bereitet auch die Schruppbearbeitung also das Entfernen gr erer Materialvolumina Probleme Die am Markt verf gbaren Systeme die direkt auf Digitalisierdaten rechnen erzeugen hier unter Aspekten der Wirtschaftlichkeit sehr ung nstige Fr sbahnen die einen extrem hohen Anteil von Abhebe und berlaufbewegungen enthalten Die Fr sergeometrie mu identisch mit der Tastergeometrie sein Daraus folgt da das Objekt mit mehreren Tastern digitalisiert werden mu wenn beim Fr sen verschiedene Werkzeuggeometrien benutzt werden sollen Fri96 7 4 Polyederfl chen Die einfachste Fl chenbeschreibung die aus Punktdaten abgeleitet werden kann ist eine Polyederfl che Bei der Polyederfl che sind die jeweils benachbarte Punkte verbunden und beschreiben somit die dazwischenliegende Dreiecksfl
124. nachbarten Punkten gebildet Bei Daten die durch bildgebende Digitalisierver fahren erfa t wurden gestaltet sich dies softwaretechnisch etwas aufwendiger da die Punkte ungeordnet im Raum liegen und besondere Algorithmen verwendet werden m ssen um m glichst schnell die benachbarten Punkte im Datensatz zu lokalisieren Taktil aufgenommene Daten dagegen sind meist sehr gleichm ig und zeilenweise geordnet Triangulieren Polyederfl bilden Facettierung Punktwolke Polyederfl che im ASCII Format im STL Format Abbildung 7 2 Triangulieren von Punktwolken Punktwolken sind zum Triangulieren Facettieren besser geeignet wenn sie eine geringe Streu ung aufweisen und wenn die digitalisierte Fl che in z Richtung projizierbar ist Projizierbare Datens tze sind Datens tze ohne Hinterschneidungen und ohne in z Richtung abfallende Fl chen Solche Fl chen sind bei Umformwerkzeugen Pressen und Schmieden blich 7 4 3 Beispiel Das Programm Surfacer genaueres im Kapitel 9 7 ist in der Grundinstallation in der Lage automatisch Polyederfl chen zu erstellen Ein interaktiver Eingriff ist dabei nicht vorgesehen Beim automatischen Vernetzen von Punkten treten aber h ufig Probleme wegen zweideutiger Punkte in der Punktwolke auf Diese Problematik ist nicht auf den Surfacer beschr nkt Diese uneindeutigen Punkte in den Punktwolken f hren zu einer Art Laufmaschen in der Vernetzung die sich bis an den Rand der Punktwolke fortsetzen Die
125. neuen Technologie nachzuweisen Mit den Methoden der Fl chenr ckf hrung k nnen mit einem gr eren Zeitaufwand CAD Darstellungen von komplexen Modellen mit einer begrenzten Genauigkeit erzeugt werden deren analytischer Aufbau in einem CAD System zu zeitintensiv oder noch zeitintensiver als die R ckf hrung w re Fl chenr ckf hrung wird hier als sinnvolle Erg nzung zum CAD System verstanden Weiterbearbeitung von den r ckgef hrten Fl chen kann viele Ziele haben wobei man hier klar trennen mu zwischen der R ckf hrung der Fl chen von fertigen Bauteilen oder der entsprechenden Werkzeuge 1 Die Entwicklung kann die r ckgef hrten Fl chen von Bauteilen als Grundlage f r die Konstruktion eines neuen Bauteils oder einer Bauteilvariante verwenden Es k nnen auch Objekte fremder Hersteller analysiert werden und als Ausgangsdaten f r eigene Weiterentwicklungen dienen 2 Es kommt vor da an einem vorhanden Bauteil nderungen vorgenommen werden m ssen das entsprechende Werkzeug wird zu diesem Zweck digitalisiert da die exakte Geometriebeschreibung in vielen F llen nicht als CAD Modell vorliegt Die nderungen werden an den r ckgef hrten Fl chen vorgenommen und aus den ge nderten Daten k nnen neue Werkzeuge gefertigt werden Die vorhandenen CAD Modelle k nnen mit den r ckgef hrten Fl chen auf den neuesten Stand gebracht werden 3 Am vorhanden Produkt k nnen einzelne lokal begrenzte nderungen durchgef hrt werd
126. ngsf higer Digitalisierungssysteme Einzug in die Begriffswelt der CAD Technologie gehalten Die Fl chenr ckf hrung ist ein Unterproze der neuen Technologie des Reverse Engineerings 8 2 Parameter der Fl chenr ckf hrung Die Fl chenr ckf hrung einer gegebenen Punktwolke l t sich mit relativ wenig Parametern beschreiben Diese Parameter beeinflussen den notwendigen Einsatz von Personal Hard und Software 8 2 1 Gr e der Punktwolke Derzeit liegen die H chstgrenzen der Punktwolken die von den Herstellern angegeben macht zwischen 200 000 und 5 000 000 Punkten Die Gr enordnung der Spannweite macht die Leistungsunterschiede in der Punkteverwaltung der angebotenen Programme deutlich Bei einigen Programmen h ngt laut Herstellerangaben die verarbeitbare Punktanzahl in erster Linie vom Arbeitsspeicher des Rechners ab dazu z hlen Surfacer und ScanCAD GEO Alle getesteten Programme stellen Tools zum Filtern der Punktwolken in unterschiedlicher Vielfalt zur Verf gung Das Ausd nnen von Punkten hat das Ziel die zu verarbeitende Datenmenge zu minimieren ohne einen signifikanten Verlust an Information zu verursachen Die Mathematik stellt hierzu verschiedene meist numerische Algorithmen zur Verf gung die in den Programmen zur Fl chenr ckf hrung zum Einsatz kommen Die Software DigiMan bietet eine sehr gro e Auswahl an Methoden zur Datenreduktionen die aber meist auf optische Daten spezialisiert sind 8 2 2 Stetigkeit vo
127. niert werden gilt es zwei wichtige Bezeichnung an dieser Stelle vorab f r den Rahmen dieser Diplomarbeit einheitlich zu definieren Diese Begriffe sind Fertigteif beziehungsweise Rohtei und das jeweilige fertigungsspezifisch abgeleitete Werkzeug das das Rohteil w hrend des Fertigungsprozesses bearbeitet In der technischen Terminologie werden diese beiden Begriffe wie folgt definiert Ein Rohteil ist ein mit fertigungstechnischen Mitteln zu ver nderndes physische Objekt Es beinhaltet die Bearbeitungszugaben die fertigungsbedingt notwendig sind Ein Fertigteil ist ein spanabhebend Bohren Fr sen Drehen Schleifen Hohnen usw bearbeitetes Rohteil Werkzeuge sind Fertigungsmittel die durch Relativbewegungen gegen ber dem Rohteil unter Energie bertragung die Bildung oder nderung seiner Form und Lage bisweilen auch seiner Stoffeigenschaften bewirken Czi96 Rohteil und Werkzeug bilden zusammen ein Wirkpaar Die Relatirbewegungen zwischen Rohteil und Werkzeug nennt man auch Wirkbewegungen Wirkbewegungen setzen sich aus den Komponenten Schnittbewegung Zustellbewegung und Vorschubbewegung zusammen Je nach Fertigungsverfahren sind sie translatorisch oder rotatorisch stetig oder unstetig BeGr97 Im Bereich der Planung ist ein Fertigteil oder ein Rohteil meist nur als CAD Beschreibung vorhanden Im Rahmen dieser Arbeit werden solche Geometriedaten Beschreibungen der Bauteils als CAD Modell des Roh Fertigteils b
128. nnnnnnnnnnnn 55 41 Abbildung 6 12 Verfahrensprinzip der Laser Triangulation 44uusssnssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 56 42 Abbildung 6 13 Prinzip der Triangulation f r das fl chenhafte optische Digitalisieren Wei95 57 43 Abbildung 6 14 passive Stereographie uussnnssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 58 44 Abbildung 6 15 aktive Stereographie 4444sss444ssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 58 45 Abbildung 6 16 berlagerung von deformierten Streifen ergeben Morie Linien uuuneasseseeneneenennenennn 59 46 Abbildung 6 17 Morie Linien entsprechen H henlinien Isotrope uussnnnnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 59 47 Abbildung 6 18 Technische Daten der Atos Sensoren ssssssssssssnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 61 48 Abbildung 7 1 Abtastdatenverarbeitung und Reverse Engineering 44444snennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 65 49 Abbildung 7 2 Triangulieren von Punktwolken 44444440snnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 67 50 Abbildung 8 1 Klassifizierung von Fl chen berg ngen 2224444ssnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 71 51 Abbildung 8 2 Abweichung eines Punktes x2 von einer Fl che 224444snnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 72 52 Abbildung 8 3 Fl chenqualit ten bei der Fl c
129. nnnnnnnnnnnn nn 5 5 Abbildung 3 1 CAD und physische Modelle des Roh Fertigteils und des Werkzeuges 8 6 Abbildung 3 2 Bauteilspektrum in der PAC Presserei unseeennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 9 7 Abbildung 3 3 Raumlenkerhinterachse eines Mercedes Benz Pkw nnsnssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 10 8 Abbildung 3 4 Vorderachse links eines Mercedes Benz Pkw mit doppelter Querlenkung 11 9 Abbildung 3 5 Einzelbauteile Querlenker Unterteil links Oberschale Unterschale 11 10 Abbildung 3 6 Querlenker Unterteil links 1 Montageschritt Schwei en von Ober Unterschale 11 11 Abbildung 3 7 Blechbauteile der Baugruppe Querlenker 44444400nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 12 12 Abbildung 3 8 Aufbau von Seitenteil links und rechts 44444400snnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn ann 13 13 Abbildung 3 9 L ngslenkerhinterachse des Modells A168 A Klasse 4444uennnnnnnnnnnnnnnnnnn 15 14 Abbildung 3 10 7 stufige Presse mit 6 Operationen Werkzeug 444444ssnnnssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 18 15 Abbildung 3 11 Vorgang beim Feinschneiden 44444ssnnnnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 19 16 Abbildung 3 12 Schnittstempel und matrize eines Platinenschnittwerkzeugs 2D 0 20 17 Abbildung 4 1 Zwei m gliche Wege ein
130. nzelaufnahmen wird eine ungeordnete Punktwolke e 44 31 Abbildung 6 2 Digitalisieren mit analogem und digitalem Taster 44444nnnnnnnnnnnnnnnnnnn nennen 45 32 Abbildung 6 3 Taktiles Digitalisieren ss 4444444444nnnnnnnannnannnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnannnnnnnn 46 33 Abbildung 6 4 Verschiedene Tasterarten 4444444444HHnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 47 34 Abbildung 6 5 Skizze zur Berechnung der maximalen H hendifferenz 442444440nnenn nenn 49 35 Abbildung 6 6 Parameter der Digitalisierung 44440ssnnnsssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 50 Anhang C Abbildungsverzeichnis 96 36 Abbildung 6 7 Ergebnisse des Punktwolken Fl chen Vergleichs 22222222200000000000000000nn nennen 50 37 Abbildung 6 8 Schaubild der maximal zu erwartenden H hendifferenz in mm zweier benachbarter Digitalisierungspunkte bei vorgegebem Bahnabstand in mm und Tasterradius in MN een ataa atatia aat aata euere 51 38 Abbildung 6 9 Vergleich zweier Hersteller von Digitalisierger ten 4444ssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 52 39 Abbildung 6 10 Me verfahren f r das 3D Digitalisieren Brem96 ssn4s4ssnnnnnnnenn een 54 40 Abbildung 6 11 Laserfokusierverfahren ss 444444444nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn
131. ologieerkennung und Fl chenr ckf hrung ist ausf hrlich gestalltet Aufgrund der Aktualit t des Handbuches und der Software ist zum Zeitpunkt der ersten Analyse der Dokumentation noch kein Inhaltsverzeichnis und kein Index enthalten 9 3 2 UnDo Funktion Die Software scancad geo speichert jede nderung des Stands der Fl chenr ckf hrung auto matisch als Datei ab Dadurch ist es m glich einen Befehl r ckg ngig zu machen Hierf r stehen ein UnDo Icon und ein UnDo Befehl in einem Pulldown Men zur Verf gung 9 3 3 Berechnungen abbrechen Alle Vorg nge und Subprozesse innerhalb von scancad geo k nnen per Maulklick abgebrochen werden Dazu z hlen alle grafischen Aufbau Vorg nge sowie komplexe Berechnungen wie der Soll Ist Vergleich die l ngere Zeit in Anspruch nehmen k nnen 9 3 4 Importschnittstelle f r Digitalisierungsdaten Scancad geo bietet drei Standardschnittstellen f r Digitalisierungsdaten ASCII Digitalisierungs Standard VDA FS Punktwolken P Set und IGES Punktmengen Zus tzlich kann eine variable Schnittstelle f r Punkte frei konfiguriert werden Die Erfahrung im Umgang mit Punktdaten hat gezeigt da kein ASCIl Format dem n chsten gleicht Manche Digitalisierungs Standards haben vor den Koordinaten die Achsbezeichnung X Y und Z Andere weisen bestimmte Zwischen Informationen auf wenn beispielsweise der Taster beim Digitalisieren vom Objekt r ckgezogen wurde Wegen der vielen verschiedenen Beschreibun
132. on Fl chen betraut Die Software bietet nur eine einzige Funktion zum Erstellen von Fl chen aus einem Bereich einer Punktwolke 9 2 Vorgehensweise bei der Fl chenr ckf hrung mit scancad geo Die Vorgehensweise mit dem geo Modulen ist relativ einfach und wie bei IntiSurf in verschiedene Einzelschritte unterteilt vergleiche Abbildung 9 1 9 Software zur Fl chenr ckf hrung 76 J Fl 1 Tasterradienkompensation R ckrechnen von Tastermittelpunkte auf die Oberfl che des Objekts Konturdaten Oberfl chenpunkte 2 Topologieerkennung halbautomatisch Aufteilen der Punkte in Segmente Segmentierte Punktmenge und Boundary Digitalisierungsdaten internes Format 3 Surface BCT Fl chen SUR 5 R ckf hren Gl tten und Anpassen Fl chenbeschreibungen Abbildung 9 1 Vorgehensweise der Fl chenr ckf hrung mit scancad mill geo 9 2 1 Tasterradienkompensation Ein Digitalisierger t erfa t blicherweise Tastermittelpunkte oder Tasterspitzenpunkte Diese liegen nicht auf der Oberfl che der digitalisierten Geometrie vergleiche Abbildung 6 4 Die notwendige R ckrechnung auf die Oberfl che des digitalsierten Objekts wird mit dem Verfahren der Kopierfr ssimulation erreicht vergleiche hierzu Kapitel 6 2 2 Diese Berechnung wird im Programm scancad mill durchgef hrt Das Programmodul mill wird eigentlich zur Abtastdatenverarbeitung und Fr sprogramm Generierung auf Punktmengen benutzt Es wird ab
133. onsplanung Achsen IV Abk rzungsverzeichnis IX PRE QS reen RP SCG SGC STL SWAN VDA VDA FS VEC VE M VOB Presserei der Daimler Benz AG in Mettingen Werk 010 Qualit tssicherung Reverse Engineering Arbeitskreis innerhalb der DB Forschung hat aber nichts mit dem Projekt im Werk 010 zu tun Rapid Prototyping Verfahren zur schnellen Erzeugung von Bauteilen SchmiedeGesenkbau Solid Ground Curing sehr schnelles und kosteng nstiges RP Verfahren STereoLithography System zum weltweiten Austausch von Nutzdaten entwickelt von DB Sindelfingen Verband der Automobilindustrie e V Verband der Automobilindustrie Fl chenschnittstelle VerfahrensEntwicklung Computerintegrierte Steuerung und Leittechnik Abteilung der DB AG im Werk 010 DB Abteilung Verfahrensentwicklung Mechanik Mechanische Bearbeitung Vorbetriebe z B Schmiede Presserei Gie erei V Glossar V Glossar Euklid BCT Scancad scan amp laser Scancad mill Scancad geo CCD Coil COMET 100 Cyclone DigiMan DNC Rechner FIDIA Fliegender Sensor Freiformfl che Ganymed 97 Hybridmodell ICEM DDN INITISURF Nativedaten OptoForm Optoshape Patch CAD Software im SCG bei DB von Str ssle BCT GmbH aus Dortmund sc 1986 liefert in der Produktreihe scancad drei Programme Digitalisieren taktil Laser CCD Fr sprogramme Fl chenr ckf hrung Charge Coupled Device ladungsgekoppeltes Bauelement CCD Sensoren
134. r die Produktion Achsen Sax98 uuuuuunnnnnnnnnnnnnnnnnnn 6 Bautellspektrum uu 0uuu000000 aa 7 3 1 Begriffsdefinition ee ee ee Vantage leuten Nenegen 7 3 2 Bauteilspektrum des Werkes 010 uuuuuunnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 8 3 3 Bauteilspektrum im Produktionscenter Achsen Blechteile uu un 9 CES Pa Hinterachse ers AE A A E 9 82 2 Vorderachse eenia a aa a a at aan 10 3 4 Genauere Beschreibung einzelner Zusammenbauten uusuussnnnnnnnnnnnnnnnnnn 12 34 1 ZQUETIENKER rasanten 12 3 4 2 Feststellbremse esesens sn a a a a 12 3 4 3 NOllerbr cken rirni E 12 3 4 4 Seitenteile 0444444444HRRRnRnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnen 13 34 5 RaumlenkuUNg niare seele 13 3 4 6 Einzelbauteile des automatischen Getriebes n 13 3 4 7 Einzelbauteile des schaltbaren Getriebes ee 14 3 4 8 Olpumpe und Anlasser uuuu 4444444444B0nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 14 3 4 9 Sonstige Bauteile des Motors 22444400un4nnssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 14 3 5 Unterscheidungsmerkmale von Bauteilen unuuuuuunnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 14 3 5 1 Querlenker Oberteil ns 16 3 5 2 v O erlenkerUnterlelusassssssstssshssitssnneiineriauslsunn 16 3 5 9 SOENT ae eure REES 16 3 5 4 Querbr cken vorne und hinten ssssssessesesssessnnrnrrrnnseerrnrnnnnnnsseernne 16 Ill Inhaltsve
135. re Sublieferanten f r Konstruktionen 4 4 3 Datenaustauschvereinbarung Um den Verkehr von CAD Daten von den Firmen die CAD Daten liefern regeln zu k nnen m ssen Vereinbarungen f r den einheitlichen Datenaustausch getroffen werden sogenannte Datenaustauschvereinbarungen DAV Eine Datenaustauschvereinbarung DAV ist eine schriftlich fixierte Vereinbarung ber Vorgehensweise Inhalte Qualit t und Eigenschaften von CAD Daten die zwischen den Beteiligten ausgetauscht werden An einem Datenaustausch nehmen drei Parteien teil vergleiche hierzu Abbildung 4 3 Moderator des Datenaustauschs Datennutzer Datenerzeuger Auftraggeber einer Durchf hrender einer Konstruktion Konstruktion Abbildung 4 3 Beteiligte am Datenaustausch Der Datenaustausch kann im einfachsten Fall unidirektional gerichtet sein z B Daten laufen von dem DNC Rechner zum CNC Bearbeitungszentrum Ein solcher einseitiger Datenflu ist aber u erst selten Daten aus der Entwicklung werden beispielsweise in die Planung gegeben dort bearbeitet und laufen teilweise aufgrund von nderungsvorschl gen wieder zur ck Und auch neuere CNC Bearbeitungszentren melden an den DNC Rechner den Erhalt oder den Bearbeitungsstatus wieder zur ck Somit ist der Datenaustausch bidirektional Die DAV wird zwischen dem Auftraggeber der die Daten sp ter nutzen m chte und dem Durchf hrenden der die Daten erzeugt unter Aufsicht eines Moderators abgeschlossen Das
136. rt rkheim zur Herstellung von Aggregaten Achsen Motoren und Getriebe Abk rzung W010 1 Einleitung 1 1 Einleitung 1 1 Hintergrund Im Werk 010 der Daimler Benz AG in Stuttgart werden in den Bereichen der Vorbetriebe VOB Schmiede Gu sowie Blechteile f r Motoren Getriebe und Achsen hergestellt PGS Gie erei Schmiede PGE Produktion Getriebe PAC Produktion Achsen PMO Produktion Motoren Produktions leistungs zentren Proze Serienteile Vorrichtungen Blechteile Gie en Schmieden ketten gt Zn IR i n S si A NVV gt Se o u u De IT INT ITN INT TI NI Fr p i f f Fr Abbildung 1 1 Heutige Produktionsleistungszentren und Hauptproze ketten im Aggregatebe reich Werk 010 Haa97 Der Proze ablauf der Konstruktion Fertigung von Bauteilen und den dazugeh rigen Werkzeugen wird von der CAD CAM Technik unterst tzt Innerhalb dieser Proze kette werden CAD Datenmodelle erstellt beziehungsweise ver ndert und weitergegeben W hrend der Serienvorbereitung und innerhalb der Serienproduktion selbst werden fertigungsbedingte nderungen am Werkzeug vorgenommen um einen proze sichereren Verlauf der Produktion zu gew hrleisten Desweiteren werden aufgrund von Weiterentwicklungen partielle nderungen an den produzierten Roh Fertigteilen durchgef hrt Das bedeutet da die dazugeh rigen Werkzeuge partiell ge ndert werden m ssen Die
137. rzeichnis IV 3 6 Genauigkeitsanforderungen an Bauteilkanten uuuuuunnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 17 3 6 1 Bauteilkanten ohne Funktion uuur s4444444444nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 17 3 6 2 Bauteilkanten mit Funktion uuuuusessssssenennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnennnn nn 17 3 7 Unterscheidung nach Werkzeugtypen uuusuuuuunnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 18 3 7 1 Verbundwerkzeuge Stufenwerkzeuge uuuusunnnssnnnnnnennnnnnnennnnnnn ee 18 3 7 2 Folgeverbundwerkzeuge Automatenwerkzeuge uuusenensnnnnnn 18 3 7 3 Werkzeuge zum Feinschneiden 444444444400HHnnnnnnnnn nn nenn 18 3 8 Genauigkeitsanforderungen verschiedener Werkzeugbereiche 19 3 8 1 Werkzeug Schnittkanten uuuss444444nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 19 3 8 2 Werkzeugbereiche zum Lochen oder Durchstellen 20 3 8 3 Fl chen zum definierten Umformen 2224444444400nnnnnnnnnnnnn nenn 20 3 9 Fazit 20 4 Untersuchung der Einbindung eines externen Lieferanten in die Proze kette BIECHTEIIE 0 22 4 1 Die Entwicklung eines Pre werkzeuges unnunssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 22 4 2 Ablauf der Freigabe eines Werkzeuges uuuuunnssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 23 4 2 1 Qualit tspr fung vor der Serienteils 2444444nnennnnnnnneeennnnnn 23 4 2 2 VEersandabhahme i ti
138. s Rohteil identisch mit dem Ferrtigteil Dieser Vorgang wird im allgemeinen auch als Erstbemusterung vergleiche Kapitel 4 2 3 bezeichnet Nach erfolgreicher Pr fung durch die Qualit tssicherung QS wird das Werkzeug freigegeben Danach kann die Serienproduktion anlaufen 4 2 1 Qualit tspr fung vor der Serienteils Die Abteilung f r Qualit tssicherung QS legt in Zusammenarbeit mit der Entwicklung die Pr fmerkmale am Bauteil fest Diese Merkmale sind meist Ma angaben von der Konstruktionszeichnung des Bauteils Aber nicht alle Kenngr en der Konstruktion werden in den Me auftrag f r das Me protokoll aufgenommen Nur produktions und sicherheitsrelevante Eigenschaften sollen gepr ft werden Produktionsrelevant sind Kanten entlang derer im Laufe der Weiterverarbeitung geschwei t wird alle Kanten und Fl chen die mit einem anderen Bauteilen auf stoff oder formschl ssige Weise verbunden werden Bohrungen durch die Stifte oder Schrauben durchgef hrt werden etc siehe Kap 3 6 Der von der Qualit tssicherung festgelegte Pr fauftrag enth lt deutlich mehr Einzelpr fungen als der Pr fauftrag der sp ter f r die Serienproduktion erstellt wird Dies ist sinnvoll da manche geometrische Auspr gungen sich im Laufe der Produktion nicht mehr ndern k nnen 4 Untersuchung der Einbindung eines externen Lieferanten in die Proze kette Blechteile 24 Zum Beispiel m ssen Durchstellungen Bohrungen im Blech die in ein und dersel
139. s beim taktilen Digitalisieren Die Ausnahme bildet das punktweise Laser Triangulieren bei dem kein nennenswerter Unterschied in der Digitalisierungsrate zu verzeichnen ist Brem97 Das optische Digitalisieren ist ber hrungslos und dadurch k nnen auch nachgiebige oder hei e Teile erfa t werden Durch die direkte Aufnahme der Oberfl che entf llt eine Kompensation des Tasterradius was eine gro e Zeitersparnis bedeutet Viele optische Verfahren werden durch sehr glatte gl nzende oder sehr rauhe Oberfl chen gest rt Die Streuung der Me werte liegt weit ber der Varianz von taktilen Digitalisierungsergeb nissen Bereiche die nicht im Sichtbereich der Aufnahme liegen k nnen nicht digitalisiert werden Hierzu m ssen mehrere Aufnahmen gemacht werden Wenn die Ergebnisse aus zwei Aufnahmen zusammengelegt werden mu ein gemeinsames Koordinatensystem Lage und Orientierung festgelegt werden Die Kalibrierung der einzelnen Ansichten zueinander mu meist noch manuell durchgef hrt werden und erzeugt durch die Koordinatenverschiebung einen zus tzlichen Fehler In diesem Bereich wird zur Zeit viel Forschung und Entwicklung betrieben um den Fehler und den Aufwand der durch das Verschieben und Verdrehen der Koordinatensysteme entsteht so gering wie m glich zu machen 6 4 Be und Verarbeiten von Digitalisierdaten Ebenso wichtig wie das anwendungsgerechte Aufnehmen der 3D Digitalisierungsdaten ist deren Aufbereitung Punktwolken sind
140. se nderungen werden in den meisten F llen von den Geometriedatenbeschreibungen der Werkzeuge nicht erfa t Serienproduktionswerkzeuge m ssen gewartet gepflegt und im Falle eines technischen Versagens wieder instandgesetzt werden Die Basis der Instandsetzung sind die Geometriedatenbeschreibungen CAD Modelle Zeichnungen Kopiermodelle der Werkzeuge die aus den oben genannten Gr nden nicht aktuell sind 1 Einleitung 2 1 2 Allgemeine Darstellung der Produktentstehung Design Entwicklung Konstruktion Fertigungs Fertigung Vorbereitun Qualit tssicherung Simulation N CAM CAD CATIA ICEM SYRKO Virtual Reality Digital Mockup Geometriedatenbeschreibung Modelle Prototypen Muster Werkzeuge Produkte Rapid Prototyping Schnelle 3D Form wichtig weniger wichtig Rapid Tooling erfassung vor Ort Abbildung 1 2 Proze der Produktentstehung Mal97b Die gesamte Proze kette der Produktentstehung kann effizienter gestaltet werden damit beispielsweise die Time to Market verk rzt wird und die Entwicklungskosten gesenkt werden Bie97 Daf r m ssen Systeme zur schnellen 3D Formerfassung in die einzelnen Iterationsprozesse der Gesamtproze kette integriert werden Aus Abbildung 1 2 wird deutlich da in jeder Phase des gesamten Prozesses der Produktentstehung Geometriedatenbeschreibungen zu physischen Objekten verarbeitet werden
141. ses Problem kann in der Grundinstallation von Surfacer nur relativ aufwendig und manuell gel st werden Mit dem Rapid Prototyping Modul RP Modul f r den Surfacer von ImageWare kann hier schnell und einfach interaktiv eingegriffen werden Dieses Spezialmodul ist im normalen Lieferumfang des Programms nicht enthalten und mu f r jede Installation von Surfacer gesondert beschafft werden Die Anschaffung dieses Moduls der besseren Erzeugung von STL Daten wegen lohnt sich nicht da die vielf ltigen M glichkeiten der Software im RP Bereich ungenutzt blieben 7 Abtastdatenverarbeitung 68 Die Leistungsf higkeit der eingesetzten Software wird letztlich ber die Einsatzm glichkeiten des Digitalisierens bei der Fertigung von Modell Formen und Werkzeugen definiert 7 4 4 L sungsans tze STL Daten als Grundlage zum Fr sen zu benutzen ist sehr aufwendig Verschiedene Firmen die Software zur Abtastdatenverarbeitung entwickeln erstellen innerhalb der Programme eine eigene Beschreibung der Polyederfl che Diese internen Formate sind bin r und direkter anzusprechen Der Zugriff auf die Fl chenbeschreibung die von den Punkten abgeleitet wurde ist dadurch schneller Die Fl chenbeschreibung ben tigt weniger Arbeitsspeicher Programme mit einem eigenen internen Format f r die Polyederfl chen sind beispielsweise HyperDigit von der Firma Openmind TraceCut von ReniShaw und Tebis von der Tebis AG 7 5 Fazit Das elektronische Kopierfr sen i
142. sich in Fis87 Wie solche Fl chen gepr ft werden kann in Abe83 nachgelesen werden Die Angaben beziehen sich auf ISO 1660 Beiblatt zu DIN 7184 Teil 1 NORM ISO 1660 und VSM 10 205 Je nach Anwendung der Fl chenr ckf hrung liegt der Schwerpunkt auf der ma getreuen Erstellung der Fl chen oder deren Stetigkeit Dies sind zwei Ziele die niemals zugleich ver wirklicht werden k nnen Je gr er der Anspruch auf Fl chenqualit t ist desto geringer m ssen die Anforderungen an die Genauigkeit sein Jedes Ausrichten von Fl chen zueinander zugunsten eines stetigeren berganges bedeutet einen Verlust an Genauigkeit Die unvereinbaren Ziele lauten also 1 Man m chte die gemessenen Punkte so genau wie m glich zu Fl chen r ckf hren Das hei t es sind viele Fl chen notwendig um dieses Kriterium zu erf llen Im Extremfall bedeutet das zwischen den Punkten Polyederfl chen aufzuspannen Wenn viele Fl chen entstehen dann bedeutet das aber auch da viel Speicherplatz ben tigt wird und da viele berg nge Seams zwischen Fl chen bearbeitet werden m ssen Meist kann dann nicht mehr berall eine C1 Stetigkeit vergleiche Kapitel 8 2 2 verwirklicht werden 2 Andererseits kann das Ziel einer Fl chenr ckf hrung aber auch sein m glichst wenig Fl chen zu erstellen Relativ gro e Fl chen k nnen dann auch leichter stetig aneinander angeschlossen werden Die wenigen berg nge und Klaffungen zwischen den erstellten Fl c
143. st durchaus geeignet schnell einen Prototypen eines digitali sierten Objekts in Kunststoff z B in Ureol zu fr sen aber zum in Stahl Fr sen ist es wegen der technologiebezogenen Probleme beim Schruppen eher ungeeignet Die Polyederbildung aus Punktwolken kann mit einer geeigneten Software beherrschbar sein und relativ z gig durchgef hrt werden Voraussetzung ist immer da anhand geeigneter und ein stellbarer Parameter das automatische Vernetzen indirekt kontrolliert werden kann und da durch direkten Eingriff in den Vorgang eventuell aufgetretene Zweideutigkeiten in der Punktwolke interaktiv bestimmt werden k nnen Mittels einer Polyederbildung der digitalisierten Punkte kann man relativ z gig zu einer gefr sten Kopie des digitalisierten Objekts gelangen Die Fr sprogramme k nnen auf der Basis verschiede ner frei definierbarer Strategien erstellt werden und f r jede beliebige Fr swerkzeug Geometrie ausgelegt werden Dagegen ist man bei der reinen Abtastdatenverarbeitung von der benutzten Digitalisierstrategie und der verwenden Form des Tastk rpers abh ngig Wegen der vielen Fl chen einer Polyederdatei im STL Format entstehen aber andererseits sehr gro e Dateien die je nach Punktdichte mehrere Hundert Megabyte 2 6 10 Byte gro sein k nnen Somit bersteigen sie die urspr ngliche Punktwolke im Datenumfang um zwei bis drei Gr enordnungen Abhilfe verschafft hier nur eine gr bere Vernetzung was gleichbedeutend mit
144. stark eingeschr nkt Hier besteht noch Handlungsbedarf seitens der Ent wicklung von IntiTEC das Programm schneller sicherer und unkomplizierter zu gestalten Bei einer vorhandenen Installation von CATIA R4 V1 7 oder h her ist die Verwendung des Moduls CGA Cloud to Geometry m glich Zu bedenken ist allerdings da dieses Modul nur auf der CAD Software CATIA aufbaut und viele Funktionen von CATIA mitbenutzt werden m ssen Der Benutzer mu demnach immer einige Grundkenntnisse von CATIA und der Fl chenbearbeitung in CATIA mitbringen um effizient mit dem Fl chenr ckf hrungsmodul arbeiten zu k nnen Dar berhinaus existieren weitere Produkte auf dem Markt die Fl chen nicht analytisch getrennt nach ihren Eigenschaften interaktiv r ckzuf hren sondern fast vollautomatisch in ein schachbrettartiges Geflecht von Freiformfl chen umzuwandeln Mit solchen Fl chenbeschrei bungen k nnen zwar kaum CAD nderungen gemacht werden aber der gro e Speicherbedarf von Punktwolken soll durch die ersetzende Fl chenbeschreibungen vermieden werden 10 Zusammenfassung 87 10 Zusammenfassung 10 1 Erkenntnisse Reverse Engineering ist eine zukunftsweisende Technologie Die vorliegende Arbeit hat gezeigt da Reverse Engineering innerhalb der Prozesse der Entwicklung Konstruktion und Planung viele Anwendungsm glichkeiten gibt Die Technologie erm glicht beziehungsweise verbessert den r ckw rts gerichteten Informationsflu in den Proze ketten
145. sverl ngerungen und Federlenker kommen hier nicht vor Die Achseteile der A Klasse Vorder und Hinterachse k nnen nicht mit den korrespondierenden Bauteilen anderer Modelle verglichen werden Sie werden deswegen in der hnlichkeitsanlyse nicht mit erfa t 3 Bauteilspektrum 16 Die oben genannten Bauteile sind in Ihrem Aufbau und ihrer Struktur jeweils zusammenfa bar Angaben ber die Blechdicke oder die Werkstoffe bei der hnlichkeitsanalyse k nnen nicht gemacht werden da diese Parameter zwischen den unterschiedlichen Modellen stark streuen Viele Blechbauteile werden in neun Stufen hergestellt da die g ngigsten Pressen auf neun Stufen ausgelegt sind und den Platinenschnitt beinhalten Aber nicht alle Werkzeuge die auf neun Stufen verteilt sind haben neun Operationen in denen das Werkst ck in der Form ver ndert wird Stufen k nnen leer sein oder eine 180 Wendung des Werkst cks ausf hren Leere Stufen sind ber das Werkzeug gleichm ig verteilt um die Presse nicht asymmetrisch zu belasten G ngige Pre operationen sind Platineschneiden Grundformen Vorziehen Weiterziehen Fertigziehen Lochen Nachschlagen Pr gen Rollen Beschneiden Rest Beschneiden Durchstellen Schneiden Je nach Art Umfang und Gr e der Operation sind die Pre werkzeuge mehr oder weniger segmentiert Im allgemeinen kann festgestellt werden da der Trend bei neueren Werkzeugen zur feineren Segmentierung geht Werkzeugbereiche die versagen k
146. t 73 8 2 9 Anzahl der Patches An nnenekeennekeneneniekeneheredenenreer 73 8 3 Konstruktion an den Punkten Engineering 4HHH0000000n000nn 73 BAR yA A AAE ATTAT TTA ETTET 74 9 Software zur Fl chenr ckf hrung u00000000nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 75 9 1 scancad geo von Firma BTEC wsssesseuunneusunennnninnnnnneennn nennen 75 9 2 Vorgehensweise bei der Fl chenr ckf hrung mit scancad geo 75 9 2 1 Tasterradienkompensation 2244444000nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 76 9 2 2 Top6l gleerkennungyzanseiizeieneeesee 76 972 3 Ola Een A T E T E T T 77 9 2 4 Zusammentassungs sens isn 77 9 3 Weitere Informationen zu scancad geo uuussuuunnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 78 9 3 1 Online Hilfe und Benutzerhandbuch nennen 78 9 3 2 UNDE FUNKlIONee een kino E RE EREEREER 78 9 3 3 Berechnungen abbrechen nern aa 78 9 3 4 Importschnittstelle f r Digitalisierungsdaten 224 444400 78 9 3 5 Fl chenbeschreibungen u 444444444000nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 78 9 3 6 Ausrichten von Fl chen zueinander unussssssssnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 79 9 3 7 Analysefunkti Mis Zee nel E EAEE E AEE AEE E AAEE Aaaa 80 94 Taie a A A a T 80 9 4 1 Allgemeines 80 9 4 2 Vorgehensweise mit IntiSurf 244440s00snnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 80 9 4 3 Dokumenta
147. t ein Produkt das hohe Kenntnisse ber Fl chenmodellierung seitens des Benutzers voraussetzt high sophisticated system F r Speziallsten in der CAD m igen Oberfl chenbearbeitung bietet die Software alles was ben tigt wird wobei der Schwerpunkt mehr auf dem Produkt Design liegt als auf der Re Konstruktion von Werkzeuggeometrien Wegen seiner Vielzahl von Funktionen ist Surfacer ein komplexes hochtechnisiertes und nicht billiges Programm f r Anwender die sich ausschlie lich mit der CAD RE Konstruktion beliebiger Objekte besch ftigen Wenn eine Planstelle nur f r Fl chenr ckf hrung vorgesehen ist kommt Surfacer als dazugeh rige Software durchaus in Frage Im Einsatz von Fl chenr ckf hrung in der Produktion ist aber ein einfacheres Programm vorzuziehen Es sollte eine eingeschr nkte Anzahl von Befehlen haben um nicht zu komplex zu sein Auch gro e Punktmengen sollten z gig genau und in wenigen Schritten in CAD Beschreibungen umgewandelt werden k nnen Dabei sollte das Programm schnell sein und stabil laufen Diese Vorteile bietet scancad geo Im Punkt des Soll Ist Vergleichs bestehen bei dieser 9 Software zur Fl chenr ckf hrung 86 Software zwar noch leichte Defizite doch die vorhandene Funktion des Vergleichs zwischen Punkten und Fl chen reicht f r eine Beurteilung der Fl chengenauigkeit aus Die Praxistauglichkeit von IntiSurf ist durch die hohen Anforderungen an die Hardware und die gelegentlichen Abst rze
148. te Werkzeug gefr st werden das NC Programm wird auf der Basis des im dritten Schritt entstandenen Hybridmodells generiert Problematisch hierbei ist das Einpassen der CAD Fl che in die Punktwolke Weil der CAD Fl chenverband nicht die Ausma e des Einsatzes hat kann auf die Punktwolke nicht verzichtet werden Diese Problematik tritt in der im Kapitel 5 3 3 geschilderten Anwendung von Reverse Engineering an Werkzeugen nicht auf 5 3 3 Lokale partielle nderungen In der Industrie tritt oft das folgende Problem auf Auf der Basis eines schon vorhandenen Werkzeugs oder Bauteils sollen nderungen durchgef hrt werden Wenn im gesamten Bereich Ver nderungen notwendig sind wie beispielsweise bei einer Ver nderung der Gr e mu erst der gesamte Bereich digitalisiert und fl chenr ckgef hrt werden um danach konstruktive nderungen im CAD vornehmen zu k nnen nderungen in kleinen Bereichen die nicht das gesamte Objekt Bauteil Werkzeug betreffen k nnen im CAD durchgef hrt werden nachdem ein etwas gr erer Bereich der Oberfl che fl chenr ckgef hrt wurde Der Rand der dabei entstandenen Fl che darf nicht ver ndert werden um einen stufenlosen bergang zu nderungen zu realisieren 5 Reverse Engineering 41 Gesamte Oberfl che des Umformwerkzeugs
149. tet werden Nachteilig hierbei ist da nur Fl chen mit einer zusammenpassenden Aufteilung von Patchlinien ausgerichtet werden k nnen 9 2 4 Zusammenfassung Tests haben gezeigt da die G te Genauigkeit und Glattheit der r ckgef hrten Fl chen entscheidend von der Topologieerkennung abh ngt Bei der Segmentierung wird ber die sp tere Aufteilung der Fl chen entschieden Es sollte daher darauf geachtet werden da bereits in der Topologieerkennung sehr sorgf ltig vorgegangen wird da eine schlechte oder ung nstige Aufteilung des Modells sp ter in der Fl chengenerierung zu Problemen f hren kann die dort nur schwer oder gar nicht mehr behoben werden k nnen 9 Software zur Fl chenr ckf hrung 78 9 3 Weitere Informationen zu scancad geo Beim Test der Software scancad geo fielen noch einige Dinge auf die im folgenden kurz erw hnt werden sollen 9 3 1 Online Hilfe und Benutzerhandbuch Die Online Hilfe ist voll funktionst chtig und man findet f r jeden Befehl eine ausf hrliche Erl uterung Au erdem wird dem Benutzer mit einem kleinen beschrifteten gelben F hnchen die n here Bezeichnung eines Befehls angezeigt so wie es andere Programme f r Windows auch machen Das Benutzerhandbuch bietet eine bersicht ber die Vorgehensweise mit scancad geo und genaue Erl uterungen zu jedem Befehl Abgesehen von den grafischen Kn pfen werden keine zus tzlichen Abbildungen verwendet Das gesamte Benutzerhandbuch f r Top
150. tion von Inlisunts ssessseshnsseneneeiun 81 9 5 Makros Funktionen zur Fl chenr ckf hrung von IntiSurf uuusseennennnnnn 81 9 5 1 Allgemeines ber Makros 2244444440nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 82 9 5 2 Fl chenmakro f r Freiformfl chenbereiche nn 82 9 5 3 Rand Makro bilden Fl chen aus vier Randkurven 83 9 5 4 Prolil Makid unss5 anerkennen 83 9 5 5 Zus tzliche Funktionen mit Fl chen und Kurven Makros 83 9 6 Vergleich zwischen IntiSurf und scancad geo uuunuuuun00n0000000nnnnnnnnnnnn 83 97 SSUNaCER nenne 84 9 8 Cloud to Geometry CGd u 0u0uinenn nne 84 9 9 bersicht n a a T 85 ee a Ko S e E E A A AE 85 10 Zusammenfassung nen 87 II Inhaltsverzeichnis VII 10 7 Erkenninisse nenne ah 87 10 2 Ausblicke Ran 87 11 Eilerat fverzeichnis aa EEE 89 Anhang A Tabellarischer Vergleich zwischen CATIA CGO und Surfacer 7 0 92 Anhang B Forschung im Bereich Reverse Engineering uuurnenssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 94 Anhang C Abbildungsverzeichnis uununnssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 95 Anhang D Funktionsprinzipien optischer Digitalisierverfahren uussrusur00000 97 IV Abk rzungsverzeichnis VIII IV Abk rzungsverzeichnis ATOS PMK c CAx CCD CNC DAV DB DBL MBN DNC EP F4 Ulm FDM GOM GWB HSC IG
151. ung 5 1 Kreislauf von Reverse Engineering 5 2 Reverse Engineering in der Instandhaltung In der Instandhaltung f r Pre und Schnittwerkzeuge werden Werkzeuge benutzt deren Geometrie nicht als CAD Beschreibung vorliegt Dies liegt daran da die Werkzeuge zum einen von externen Zulieferern von Werkzeugen kommen die die Dokumentation nur in Papierform liefern m ssen und zum anderen werden Werkzeuge benutzt zu denen nie eine CAD 5 Reverse Engineering 36 Beschreibung der Biegestempel existierte Diese Werkzeugoberfl chen referenzieren dann immer nur auf ein Kopiermodell Im Falle eines Drift oder Spontanversagens des Werkzeugs mu die alte Geometrie wieder hergestellt oder reproduziert werden Wenn die entsprechenden Bauteile ge ndert werden sollen m ssen die jeweiligen Werkzeuge ge ndert werden Gr ere nderungen von denen mehrere Operationen Werkzeugstufen betroffen sind k nnen nur mit CAD effizient und genau geplant und realisiert werden Hierzu mu die Werkzeuggeometrie digitalisiert und in eine CAD Beschreibung umgewandelt werden 5 3 Einsatzgebiete und Anwendungsbeispiele von Reverse Engineering Zur Zeit der Diplomarbeit wird die neue Technologie Reverse Engineering in der Instandhaltungen der Proze ketten des Werks 010 zwar noch nicht angewendet Es wurden aber bereits Voruntersuchungen mit der Instandhaltung f r Pre und Schnittwerkzeuge durchgef hrt deren Ziel es war die Machbarkeit einer solchen
152. ung 6 6 Parameter der Digitalisierung Die Analyse der Abweichung der gefitteten Ebene von den Punkten lieferte folgende Ergebnisse Analyse Ergebnis Anzahl der Punkte insgesamt 6947 Anzahl der Punktwolken 1 Maximale positive Abweichung von der Ebene 13 2 um Maximale negative Abweichung von der Ebene 16 8 um Punkte au erhalb einer Toleranz von 10 um Insgesamt 47 Punkte Entspricht 0 6748 aller Punkte Abbildung 6 7 Ergebnisse des Punktwolken Fl chen Vergleichs 6 Digitalisieren 51 Maximale H hendifferenz 0 2 0 3 0 4 Zeilenabstand beim Digitalisieren Abbildung 6 8 Schaubild der maximal zu erwartenden H hendifferenz in mm zweier benach barter Digitalisierungspunkte bei vorgegebem Bahnabstand in mm und Tasterradius in mm 6 2 5 scan machine Digitalisierger te von der Baureihe scan machine sind bewu t robust gehalten um den Einsatz in der Werkstatt zu erm glichen Es werden von der Firma BCT verschiedene Baugr en angeboten die f r alle Objektgr en geeignet sind Wie auch bei der Cyclone von ReniShaw siehe Kapitel 6 2 4 wird beim Aufbau mit Aluminium gearbeitet dadurch m ssen beim Digitalisieren weniger Massen bewegt werden Die Steuerungssoftware wird wie bei ReniShaw auch f r Windows NT und Windows 95 angeboten so da ein werkstattorientierter Einsatz m glich ist Au erdem erreichen die D
153. ung C stetig zu erf llen 8 2 3 Zul ssige Fl chentoleranz Eine Formtoleranz ist eine geometrische Toleranz Sie bezeichnet den H chstwert f r die Weite des zugelassenen Bereiches f r eine Formabweichung Formabweichungen sind Abweichungen eines Formelementes von seiner geometrisch idealen oder vorbestimmten Form Die Form toleranz bestimmt die Toleranzzone innerhalb der das geometrische Objekt liegen mu und beliebige Form haben darf Klei89 Die Formtoleranz umfa t die Geradheit Glattheit Rundheit Kreisform Zylinderform und das Profil einer beliebigen Linie beziehungsweise Fl che DIN ISO 1101 enth lt Begriffe Symbole und Eintragungsarten f r Form und Lagetoleranzen an einzelnen Bauteilen die sinngem auch f r Baugruppen Zusammenbauten gelten Wenn nun die Abweichung eines Me punktes zu einer Fl che bestimmt werden soll kann man sich an den Festlegungen in DIN ISO 1101 E orientieren und analog neu definieren 8 Fl chenr ckf hrung 72 Die Abweichung eines Punktes zu einer Fl che ist definiert durch den k rzesten Betrag einer Normalenstrecke auf der Fl che Die Normalenstrecke auch das Lot schneidet am Startpunkt die Fl che und am Endpunkt den gemessenen Punkt g g Normalengerade s Normalenstrecke X1 Schnittpkt auf der Fl che x2 digitalisierter Punkt Abbildung 8 2 Abweichung eines Punktes x2 von einer Fl che Die exakte Definition der Fl chenformtoleranz einer beliebigen Fl che findet
154. ung ist der Absperriegel in einem automatischen Getriebe Dieser mu mit seiner Form in einen Innenlamellentr ger eingreifen Durchstellungen f r Verschraubungen sind normalerweise 10 bis 20 gr er als die durchgef hrte Schraube Hier sind wieder entsprechend grobe Toleranzen m glich Die Toleranz einer Bauteilkante kann relativ einfach der Konstruktionszeichnung des Bauteils entnommen werden 3 Bauteilspektrum 18 3 7 Unterscheidung nach Werkzeugtypen 3 7 1 Verbundwerkzeuge Stufenwerkzeuge Verbundwerkzeuge verbinden verschiedene Fertigungsarten Schneiden und Umformen die in einer Presse durchf hrbar sind innerhalb eines Werkzeugsatzes In einer einzelnen Pre operation kann gleichzeitig gestanzt und gepr gt werden Dieser Fall ist selten Zwischen den Stufen bewegen Greife die Werkst cke zum n chsten Ort der Bearbeitung ap 9 Stufei Stufe2 Stufe3 Stufe4 Stufe5 Stufe6 Stufe Rohblech a D Operation 1 2 3 4 5 6 F N Abbildung 3 10 7 stufige Presse mit 6 Operationen Werkzeug Die Abbildung 3 10 zeigt eine 7 stufige Presse mit einem 6 Operationen Werkzeug Die Stufe 4 ist nicht belegt 3 7 2 Folgeverbundwerkzeuge Automatenwerkzeuge Beim Folgewerkzeug existieren keine separaten Stufen in denen bestimmte Operationen stattfinden Das Material kommt vom Coil und die Werkst cke werden am Blechband vo
155. ur Berechnung der maximalen H hendifferenz Mit einem vorgegebenen Bahnabstand beim Digitalisieren xy Grid k nnen zwei benachbarte Punkte in zwei Digitalisierungsbahnen einen maximalen Abstand in z Richtung haben der vom Tasterradius R und dem Bahnabstand d bestimmt wird Unabh ngig von der Rauheit und der Topologie der Oberfl che betr gt diese maximale H hendifferenz z R JR d Gleichung 6 1 Maximale H hendifferenz Damit ist die maximal zu erwartende Streuung von Me werten aufgrund der Ist Geometrie definiert Die analysierten Datenreihen lieferten keine Streuungen die die zu erwartenden Werte berschritten Die Lage der einzelnen Oberfl chenpunkte der geschliffenen Endma e lagen sehr nah an den theoretischen Werten Es ergab sich eine Abweichung unter 10 um Ein zweites Experiment untersuchte die Genauigkeit an einer ebenen Fl che Ein geschliffenes Endma wurde windschief im Me raum der Maschine positioniert und mit hoher Punktdichte digitalisiert Mit dem der Fl chenr ckf hr und Analyse Surfacer wurde in die erfa ten Punktwolke eine Regelgeometrie Ebene gefittet Die Digitalisierung wies die folgenden Parameter auf Eigenschaft Wert Bahnabstand 105 mm Digitalisierrichtung 30 zur x Achse Digitalisiergeschwindigkeit 6000 mm min Digitalisierstrategie bidirektional Digitalisierk rper Kugel R 1 5 mm Me volumen ca 40x30x15 mm Abbild
156. urteilt Hierzu war eine genaue Analyse des Planungs und Entstehungs prozesses vom Bauteil notwendig um die Anforderungen an die neue Technologie differenziert festlegen zu k nnen Desweiteren wurde in diesem Rahmen das Bauteilspektrum der Presserei f r Achsteile analysiert Bei der Erl uterung von Reverse Engineering werden praktisch einsetzbare Vorgehensweisen aufgef hrt um an einer Freiformgeometrie deren CAD Beschreibung nicht vorliegt nderungen vorzunehmen Schl sselworte Reverse Engineering Rev Eng Fl chenr ckf hrung Surface Reconstruction Digitalisieren optisch taktil Surfacer IntiSurf IntiTEC scancad BCT Proze kette CAQ CAD CAM Instandhaltung Presserei Vorwort I Vorwort Die vorliegende Diplomarbeit wurde bei der Daimler Benz AG Werk Stuttgart Untert rkheim in der Zeit vom 3 November 1997 bis 30 April 1998 in der Abteilung Verfahrensentwicklung f r Computerintegrierte Produktions und Leittechnik VEC erstellt An dieser Stelle m chte ich mich ganz herzlich bei allen Mitarbeitern der Abteilungen VEC VEM sowie den Mitarbeitern der Instandhaltung der PAC Pre f r die freundliche Unterst tzung w hrend der Forschung f r die Diplomarbeit bedanken Besonderer Dank gilt meinen Betreuern bei der Daimler Benz AG Stefan Michels und J rg Pfeiffle die mir stets hilfreich zur Seite standen Beim Institut f r Rechneranwendung und Konstruktion m chte ich mich bei Herrn Prof Dr Ing Dr h c
157. uschvereinbarungen Vortrag auf dem 3 CAD CAM Forum 1997 Sinha S Seneviratne P Part to Art in Hoschek J Dankwort W Reverse Engineering B G Teubner Stuttgart 1996 Stark M Fl chenr ckf hrung mehr als nur eine Schnittstelle zwischen Modell und CAD in Fri96 K A SWAN System zum weltweiten Austausch von Nutzdaten Prospekt von Nov 1996 Weigert H Vom Designentwurf zum 3D CAD Modell Werkstatt und Betrieb Carl Hanser Verlag M nchen 1995 Wollenberg R Fertigung komplexer Werkst cke durch Digitalisierung r umlicher Modelle Ein Beitrag zu CIM Forschungsberichte VDI Reihe 20 Nr 7 VDI Verlag D sseldorf 1988 Erschienen in Dieter Roller Hrsg Produktmodellierung Proceedings Reihe der Informatik 96 Klagenfurt 1996 Anhang A Tabellarischer Vergleich zwischen CATIA CGO und Surfacer 7 0 92 Anhang A Tabellarischer Vergleich zwischen CATIA CGO und Surfacer 7 0 kurven und der darin enthalte nen Punkte nehmen Die erstellte Fl che liegt sehr genau an der Punktwolke Einschr nkung Es m ssen immer vier Kurven sein dies ist aber durch den Algorithmus vorgegeben mit dem die neue Fl che erzeugt wird Dreieckige Fl chen sind nicht mit den Standard beschreibungen definierbar Es mu immer eine viereckige Fl che als Aus gangsmodell erstellt werden die dann nachtr glich getrimmt wird Software Sufacer 7 0 CATIA V4 R1 8 CGO Punkte Bis ca 4 Mio Punkte
158. werden wie z B Achsensysteme oder K rperkanten Die Layers mit der Endziffer 2 und 7 sind f r Fl chengeometrien reserviert Face Surface Plane Skin K rper Solids geh ren nur auf Layers mit den EndZiffern 3 und 8 und alle Formen von Beschriftungen Bema ungen Die Layers 5 und 0 werden nur f r seltener ben tigte Spezialelemente verwendet Kinematik Robitic Simulation Der Werkzeuglieferant benutzt noch seine eigenen Vorgaben zur Layerbelegung die intern bei ihm auch einheitlich geregelt ist Eine Anpassung an die CAD Norm f r CATIA Modelle ist in Vorbereitung 4 Untersuchung der Einbindung eines externen Lieferanten in die Proze kette Blechteile 32 4 7 3 AutoCAD Daten Die Abteilung Kleinwerkzeugbau des externen Lieferanten konstruiert mit AutoCAD R13 den Bereich des Pre oder Schnittwerkzeuges der keine Freiformanteile beinhaltet Daraus ergibt sich da ca 80 bis 90 des gesamten Werkzeugs in AutoCAD erstellt werden Der Lieferant von Pre werkzeugen benutzt eine f r den Bereich Maschinenbau spezifische Erweiterung f r AutoCAD GENIUS Drawings die mit Hilfe dieser Zusatzapplikation erstellt wurden unterscheiden sich nicht von anderen Zeichnungen Die Hilfe besteht nur aus unterst tzenden Befehlen wie z B parametrisierte Normteile automatische St ckliste Federberechnungen Formeleditor und vieles andere mehr Die AutoCAD Zeichnung enth lt die genaue und sehr detaillierte St ckliste aller verwen
159. werden heute als Fotozellen bei Scannern und digitalen Kameras eingesetzt Sie k nnen das eintreffende Licht in elektrische Signale unterschiedlicher St rke umwandeln Rolle mit Rohblech Ausgangsprodukt in der Presserei Optischer Me sensor von Firma Steinbichler Taktiles Digitalisierger t von Renishaw Digitalisierungsmanager Software zur Weiterverarbeitung gro er Punktmengen Ein Rechner an den umliegende CNC Maschinen netzwerktech nisch angeschlossen sind Auf diesem Rechner werden mit Hilfe von DNC Software NC relevante Daten verwaltet Italienischer Hersteller von HSC Maschinen Bauart eines optischen Sensors der frei in der Hand gehalten werden kann und um das Objekt herum bewegt wird Das Modell mu nicht gedreht werden Mathematisch nicht trivial beschreibbare Fl che meist definiert durch NURBS B Splines oder B amp zierkurven Fliegendes optisches Digitalisierungssystem vom Forschungs bereich 4 in Ulm Nachfolger des Ganymed 5 DV gest tzte Geometriebeschreibung aus einer Mischung von Punktmengen CAD Fl chen und oder Solids CAD K rper CAD Software die neben CATIA bei DB in der Konstruktion verwendet wird Design Drafting Numerical Software der Firma INTITEC zur Fl chenr ckf hrung Daten im speziellen Format der jeweils verwendeten Software Zusammenschlu von Anwendern Forschern und Entwicklern auf den Gebieten der optischen Me technik und Datenauswertung im Daimler Benz Konzern Optischer Sensor der
160. ystem von sehr unterschiedlicher Qualit t Brem96 kontinuierlich Y ber hrend e TAKTIL l laseroptisch 7 e punktweise laseroptisch streifenweise OPTISCH bildgebend fl chenweise Abbildung 6 10 Me verfahren f r das 3D Digitalisieren Brem96 Die unter dem Begriff optoelektronische Verfahren zusammengefa ten optisch scannenden und bildgebenden Digitalisiersysteme zeichnen sich durch eine sehr hohe Digitalisiergeschwindigkeit aus Bei den bildgebenden Verfahren sind Abtastraten im Bereich 5000 bis 10000 Punkte pro Sekunde m glich Fri96 6 3 2 Allgemeine Me prinzipien Die G te der Me ergebnisse optischer Verfahren ist stark von der Oberfl che des zu scannenden Objektes abh ngig Gl nzende oder gar spiegelnde Oberfl chen lassen sich nur schwer optisch vermessen Abhilfe kann ein Spray zum Wei en Wei machen der Oberfl che schaffen Sehr steile Fl chen nahezu parallel zur Me linie verursachen Teilreflektionen und f hren zu Me fehlern Eine nderung der Lage des Objekts relativ zum Me strahl f hrt oft zur Abschattung von Bereichen des Digitalisierungsobjektes Im folgenden sollen die g ngigsten Verfahren zum optischen Erfassen von Oberfl chen vorgestellt werden 6 3 2 1 Punktweise Laserverfahren In den meisten handels blichen Koordinatenme ger ten KMGs k nnen nicht nur taktile Me einheiten benutzt werden Der taktile M

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