Erfassen und Verarbeiten komplexer Geometrie in Meßtechnik und Flächenrückführung

Die vorliegende Arbeit entstand w1ihrend meiner Tiitigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung, Stuttgart. Mein Dank gilt Herm Prof. Dr. -Ing. Dr. h. c. E. Westkamper fUr die groBziigige Unterstiitzung und Forderung meiner Arbeit. Herm Prof. Dr. phil. habil. Dipl. -Ing. H. 1. Tiziani danke ich fUr die eingehende Durchsicht meiner Arbeit und die wertvollen Hinweise, die sich daraus ergaben. Dariiber hinaus danke ich allen Mitarbeitem des Instituts, die mich durch ihre anregende Diskussion und Kritik unterstiitzt haben. Mein besonderer Dank gilt den Herren Dr. K. Melchior, Dr. W. Rauh, Frau Dr. S. Roth-Koch, Herm Dipl. -Phys. Ralph Knorpp, Frau Dipl. -Math. K. Winkler und Herm Dipl. -Ing. R. Winkler. AbschlieBend mochte ich meiner Frau, Dipl. -Ing. X. Haller, sehr herzlich fUr ihre Unterstiitzung und immerwahrende Geduld wahrend der Erstellung meiner Arbeit danken. Stuttgart, 1998 Thomas Haller Inhaltsverzeichnis o Verwendete Abkiirzungen und Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2 Anforderung an Systeme zur Gewinnung und Verarbeitung von Geometrie-Informationen . . . . . . . . . . . . 17 2. 1 Geriitetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2. 2 Informationsverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2. 2. 1 Anforderungen flir das Reverse Engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2. 2. 2 Anforderungen fiir die Qualitiitssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3 Stand der Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3. 1 Geriite zur schnell en Erfassung komplexer Oberfliichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3. 1. 1 Taktile Scanning-Einrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3. 1. 2 Optische 3D-Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3. 2 Informationsverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3. 2. 1 Reverse Engineering als Hilfsmittel der Produktentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3. 2. 2 Systeme zur Qualitiitspriifung mittels optischer 3D-Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4 Komponenten eines durchgiingigen Systems zur informationstechnischen Behandlung von Geometrieinforma