Visualisierung von Fräsfehlern auf Basis von CAD-Daten

Abstract

Bei der Erstellung von Werkstücken in der Industrie greift man häufig auf CAD-Programme (Computer Aided Design) zurück, mit deren Hilfe man die Geometrie der Flächen in mathematischer Form beschreiben kann. Mittels eines CAM-Systems (Computer Aided Modelling) wird eine Ausgabe generiert, wie das Werkstück hergestellt wird. Bei diesem Prozess kann es an verschiedenen Stellen zu Fehlern kommen, die man meist erst am Ende der Fertigung sieht. In dieser Arbeit soll der Frage nachgegangen werden, ob sich solche Fehler berechnen und an einem Computer darstellen lassen, ohne dass man das Werkstück fertigen muss.Die Verarbeitung der CAM-Daten wird dafür in einem bestimmten Programm simuliert, wobei aber nicht auf physikalische Eigenschaften einer echten Werkzeugmaschine eingegangen wird. Als Ergebnis der Frässimulation erhält man eine dreidimensionale, triangulierte Punktewolke. Für eine Fehlerdarstellung sollen diese simulierten Punktedaten mit den ursprünglichen CAD-Daten verglichen werden. Es gibt bereits viele allgemeine Verfahren für die Segmentierung von Punktewolken und deren Parametrierung, keine nutzt hierfür aber vorhandene Flächendaten aus. In dem hier vorgestellten Verfahren werden daher zuerst die Kurven und Flächen aus der CAD-Datei extrahiert und in eine Splinegestalt konvertiert. Danach wird jeder Punkt aus der Punktewolke genau einer Fläche zugeordnet. Hierbei greift man auf eine minimale Abstandseigenschaft zurück, um sie korrekt zu verbinden. Der Abstand von jedem Punkt zur zugehörigen Fläche kann zum Schluss ausgegeben oder farblich visualisiert werden.

In the industrial construction of work pieces you usually use CAD programs (Computer Aided Design) with whose help you can describe the geometry of the surfaces mathematically. This data will be transferred to a CAM system (Computer Aided Modelling) and an output will be generated that describes the way the work piece will be constructed. Several erros can occur in this process that only will be visible at the end of the production cycle. In this thesis we will see how such errors can be calculated and visualized without producing the work piece.The construction of the CAM data can be simulated in a special program without using any physical restrictions of a real machine tool. The result is a three dimensionial point cloud which will be compared with the original CAD data for the error visualization. There are several methods for segmentation and parametrization of this point cloud but none that uses given surface data. In this thesis first all curves and surfaces of the CAD file will be converted to spline representation. Then each point of the point cloud will be assigned to exactly one surface (minimal distance property). At the end you can calculated the distance of each point to its assigned surface (= error) and visualize it.