Abb.: Flächenrückführung für ein Warmformwerkzeug
Flächenrückführung kann als Sammelbegriff für die Gewinnung von Informationen und Daten hauptsächlich aus Punktwolken gesehen werden. Die wichtigsten Funktionen sind im folgenden beschrieben.
Für die Ermittelung der Abweichungen zwischen einer vorgegebnen Geometrie (CAD-Modell) und einem danach gefertigten Gegenstand (Bauteil) können diese in einem «Differenz-Plot« zwischen den CAD-Flächen und einer digitalisierten Punktewolke (s. z.B. Flächenhafte Digitalisierung) dargestellt werden. Dabei repräsentiert jeder Farbwert auf der Fläche einen bestimmten Abstand der gemessenen Punkte und der gegebenen Fläche.
Für die CAD-Modellierung eines vorgegebenen Gegenstandes können aus einer digitalisierten Punktewolke Maße für die Modellierung bestimmt werden, wenn der Gegenstand nicht mehr zur Verfügung steht oder die Maße nur mit einem hohen meßtechnischen Aufwand ermittelt werden können.
Bei einfachen Formen genügt es die signifikanten Punkte herauszufiltern. Dieses «minimierte« Punktemodell kann als «gedachtes Drahtgittermodell« für die weitere Modellierung in ein CAD-System überführt werden.
Dies stellt sicher die bekannteste und wichtigste Anwendung der Flächenrückführung dar. Diese Geometrieelemente müssen nicht zwangsläufig Flächen sein. Möglich sind auch Punkte, Kurven (2D und 3D), Ebenen.
Rotationssymmetrische Bereiche können einfach durch Hüllkurven beschrieben werden. In einem CAD-System kann durch die Rotation dieser Kurven um eine Achse ein Volumenmodell erzeugt werden.
Für bestimmte Aufgaben sind reine Flächenmodelle völlig ausreichend. Zum Beispiel lassen sich direkt aus diesen Daten CNC-Programme generieren.
Ein Volumen vollständig mit Flächen zu beschreiben, ist sehr aufwendig, so daß i.d.R. nur die komplizierteren Bereiche über die Digitalisierung erfaßt werden. Je nach Aufgabenstellung entsteht dann ein kurven- und flächenbasiertes Geometriemodell.
Weil entsprechende Programme auf die Berechnung von Kurven und Flächen aus Punktdaten spezialisiert sind entsteht eine rein geometrische Repräsentation. Weitere Zusammenhänge wie z.B. die Parametrik einzelner Elemente können nicht modelliert werden. Dies ermöglicht zwar ein sehr flexibles Vorgehen zusätzliche Änderungen am Modell sind mit diesen Programmen aber aufwendig.
Die FR stellt die Brücke zwischen der 3D-Digitalisierung und der CAD-Modellierung her. Die meisten CAD-Systeme können nicht mit großen Punktewolken umgehen (Datenmenge, fehlende Funktionen). Zur weiteren Bearbeitung werden die Modelle über Standard-Schnittstellen in CAD-Systeme wie I-DEAS oder ProEngineer überführt. Dies macht erforderlich, daß das anschließend verwendete CAD-System über entsprechende B-Rep-Funktionen zum Erstellen eines Volumens verfügt (B-Rep- oder Hybrid-Modellierer).
Im CAD-System bleiben die Geometrieelemente meist unveränderbar, so daß die Vorteile des CAD-Systems (CSG-Operationen, Parametrik) oft nur mit Einschränkungen genutzt werden können. Änderungen an diesen Modellen sind oft mit einer erneuten Digitalisierung verbunden.
Eine andere Strategie benutzt die importierten Geometrieelemente nur als Hilfskonstuktionen für das Aufspannen von Kurven oder Flächen. Das eigentliche Modell wird dabei vollständig im CAD-System aufgebaut.
Eine Trennung zwischen der eigentlichen CAD-Modellierung und der Flächenrückführung ist nur wegen fehlender Funktionen, bzw. anderer Ansätze in üblichen CAD-Systemen erforderlich. Die Grundfunktionen der Geometriemodellierung sind ähnlich und die Trennung bedingt außerdem das Problem der Schnittstellen.
Um diesen Nachteil zu überwinden, werden CAD-Systeme mit Modulen zur Flächenrückführung ausgerüstet (I-DEAS mit Surfacer). Damit wird es möglich, die Flächenrückführung im CAD-System selbst als speziellen Modus durchzuführen.
Im Gegensatz zur Polygonisierung werden bei der Flächenrückführung nicht einzelne Segmente sondern großflächige, stetige Bereiche überspannt. Die unstetigen Bereiche (Kanten) begrenzen die Flächen.
sehr flexible Modellierung
Kombinationen verschiedener Eingangsdaten möglich (z.B. Punkte-Modell mit vorliegendem Flächen-Modell verbinden)
keine Volumenmodellierung möglich
i.d.R. werden die Daten über neutrale Schnittstellenformate (IGES, VDA-FS usw.) übertragen
Punkte-Wolke (evtl. Referenzpunkte erforderlich)
Punkte-Wolke (evtl. Referenzpunkte erforderlich)
Flächenrückführung nach 3D-CAD-Modellierung meist nur in Iterationsschleifen sinnvoll
Wannemacher, B.; Hull, S.: Ist die Genauigkeit genau richtig? In: CAD-CAM Report (1999), Nr. 11, S. 90 - 97
Guo, B.: Surface reconstruction: from points to splines. In: Computer-Aided Design 29 (1997), April, Nr. 4, S. 269
Friedhoff, J.: Aufbereitung von 3D-Digitalisierdaten für den Werkzeug-, Formen- und Modellbau, Universität Dortmund, Dissertation, 1996. - auch
Weinert, K.; Friedhoff, J.: Intelligente Verfahren zur Berechnung von Flächeninformationen aus 3D-Digitalisierdaten für die Flächenrekonstruktion und HSC-Bearbeitung. In: Proceedings of International Conference on Rapid Product Development. Stuttgart, Juni 1996, S. 143-152
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