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Es gibt verschiedene Methoden, ein physisches Modell zu digitalisieren. Je nach Art des verwendeten Messgerätes unterscheidet man zwischen taktiler und berührungsloser Messung, je nach Art des Messvorgangs zwischen punktweiser, linienweiser und flächenhafter Messung. [Wirt-02]

Taktile Messverfahren

Die klassische Messmethode ist die Verwendung eines Koordinatenmessgerätes. Einzelne Messpunkte auf der Oberfläche des physischen Modells werden manuell oder automatisch mit einem Messtaster angefahren. Beim Antasten werden die x-, y- und z-Koordinaten der Messtasterposition abgelesen und gespeichert. Da der Messtaster das Modell berührt, spricht man von taktiler Messung. Die Berührung des physischen Modells durch den Messtaster setzt voraus, dass es aus einem harten, nicht flexiblen Werkstoff gefertigt ist. Die einzelnen Messpunkte müssen mit relativ geringer Geschwindigkeit angefahren werden, weil sonst der Messtaster durch Kollision mit dem Werkstück beschädigt wird. Die geringe Antastgeschwindigkeit ist der Grund dafür, dass die taktilen Messverfahren sehr langsam sind. [Wirt-02]

Berührungslose Messverfahren

Um einerseits auch Modelle aus einem flexiblen Werkstoff digitalisieren zu können und andererseits die Messung zu beschleunigen, verwendet man berührungslose Messverfahren. Diese arbeiten auf Basis optischer Effekte und werden deshalb oft auch als optische Messverfahren bezeichnet. Ein Beispiel dafür ist der Einsatz sogenannter Lasertaster in einem Koordinatenmessgerät. Sie werden mit großer Genauigkeit in die Nähe des aufzunehmenden Punktes platziert. Ein Laserstrahl misst dann die Entfernung des Oberflächenpunktes von der angefahrenen Position aus. Aus der Position des Lasertasters und seinem Abstand zum Oberflächenpunkt lassen sich die genauen Koordinaten des Oberflächenpunktes berechnen. [Wirt-02]

Punktweise Messung

Wird beim Messvorgang Punkt für Punkt nacheinander erfasst, spricht man von punktweiser Messung. Durch diese sequentielle Art der Erfassung sind die Verfahren, die punktweise arbeiten, sehr langsam. Im Zusammenhang mit der Flächenrückführung, bei der CAD-Flächen auf der Grundlage von Messpunkten aufgebaut werden, hat die punktweise Messung trotzdem ihre Berechtigung: Die großen Zwischenräume zwischen den einzelnen Messpunkten können durch die einzelnen Patches1 (Bild 1) der CAD-Fläche, die in sich gekrümmt sind, gut interpoliert werden. [Wirt-02]

Bild 1: Darstellung eines Einzelpatches sowie einer Fläche aus Patches [HoLa-92]

Linienweise Messung

Beim linienweisen Messen wird nicht jeder Punkt einzeln aufgenommen, sondern während eines Messvorgangs wird eine Vielzahl von Punkten, die auf einer Linie liegen, gleichzeitig erfasst. Dadurch wird eine Beschleunigung des Messvorgangs erreicht. Zwei linienwiese Messverfahren sollen hier näher erläutert werden: [Wirt-02]

Betreibt man ein Koordinatenmessgerät im sogenannten Scanning-Modus, tastet man zunächst den Anfangspunkt der Linie an und gibt die Richtung und die Distanz zwischen Anfangs- und Endpunkt der Messung an. Der Taster wird nun vom Koordinatenmessgerät längs der vorgegebenen Richtung auf der Oberfläche des physischen Modells geführt. Während dieser Bewegung werden die Koordinaten einzelner Bahnpunkte gespeichert. Im Gegensatz zur punktweisen Messung hebt der Taster nicht nach jedem Messpunkt von der Oberfläche ab. So wird der gesamte Messvorgang kürzer. Um eine Fläche auszumessen, muss eine Schar nebeneinanderliegender Kurven erfasst werden. Die Kurven spannen die aufzunehmende Fläche auf. [Wirt-02]

Ein weiteres Beispiel für linienweise Messung ist die Verwendung eines Laserscanners. Dieser sieht einem Barcodeleser ähnlich und wird manuell oder maschinengesteuert in einem gewissen Abstand über die Oberfläche des physischen Modells geführt. An jedem Bahnpunkt dieser Bewegung nimmt der Scanner längs einer Strecke senkrecht zur Bahnkurve einzelne Messpunkte auf. Die Messung erfolgt dabei mit so großer Geschwindigkeit, dass der Eindruck entsteht, das System messe alle Punkte einer Linie gleichzeitig. Um alle gemessenen Strecken in ein gemeinsames Koordinatensystem zu überführen, muss zu jedem Zeitpunkt der genaue Ort und die genaue Orientierung des Scanners bekannt sein. Ist der Scanner maschinengeführt, kann man dazu die Positionierungsdaten der Maschine verwenden. Bei handgeführtem Scanner benötigt man ein zusätzliches Messsystem, das die Positionierdaten bestimmt. [Wirt-02]

Flächenhafte Messung

Sowohl bei punkt- als auch bei linienweise arbeitenden Messverfahren werden Oberflächen schrittweise in kleineren Abschnitten digitalisiert. Den deutlichsten Geschwindigkeitsvorteil kann man erwarten, wenn man eine zweidimensionale Anordnung von Punkten in Form einer Matrix auf einmal erfassen kann. Dies wird möglich, indem man die zu digitalisierenden Objekte mit CCD-Kameras aufnimmt (CCD steht für Charge Coupled Device). Diese Kameras liefern Bilder, die aus einzelnen Bildpunkten zusammengesetzt sind und die oben erwähnte Matrixstruktur aufweisen. Gelingt es nun, zu jedem Bildpunkt auf der Oberfläche des Modells dessen Abstand von der Kamera zu bestimmen, so erhält man während eines einzigen Messvorganges eine ganze Punktewolke. Die eben erwähnte Methode ist das Kennzeichen vieler optischer Digitalisiersysteme. [Wirt-02]

Die vorgestellten Messsysteme sind in Bild 2 und in Tabelle zusammengestellt. Berührungslose Messverfahren arbeiten schneller als taktile Messverfahren. Zugleich nimmt die Geschwindigkeit des Messvorgangs von punktweiser über linienweise nach flächenhafter Messung zu. Den Preis den man für die Schnelligkeit der Messung zahlen muss, ist eine vergleichsweise geringe Genauigkeit. Sie liegt bei flächenhaft messenden optischen Systemen im Bereich weniger zehntel Millimeter. Für den Einsatz im Formfindungsprozess und im Werkzeugbau für den Feinguss ist dies jedoch in den meisten fällen ausreichend. [Wirt-02]

Bild 2: Messverfahren für das Digitalisieren in Anlehnung an [Brem-96]


Tabelle: Klassifikation von Messverfahren mit Beispielen
nach [Wirt-02]
Messung
punktweise
linienweise
flächenhaft
taktil
Koordinatenmessgerät
Koordinatenmessgerät
-
berührungslos
Lasertaster
Laserscanner
Optisches
Messystem

1 Bei so genannten Patches handelt es sich um Flächenstücke, die in Abhängigkeit zweier Richtungsparameter mit Hilfe von Eckpunkten und Richtungsvektoren definiert werden. Es werden verschiedene Arten von Patches definiert (z. B. 3-, 4- und 5-eckige). Am weitesten verbreitet sind die viereckigen Patches. [Ovtc-03]

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