Im Ramen der immer mächtiger werdenden Konstruktions- und Visualisierungs-systeme, in denen entweder 3-dimensional konstruiert wird und/oder große Mengen von 3D-Geometrie in schattierter Darstellung dargestellt werden (z.B. Digital MockUp - digitales Anschauungsmodell), existiert ein großer Bedarf an Aufarbeitung von Altinformationen, um auch bei der Modifikation von Altgeräten (z.B. konventionell konstruierte Flugzeuge) mit modernsten Konstruktionssystemen arbeiten zu können.

NC-Messmaschinen, Videotechnik und verschiedenartige Lasertechniken ermöglichen die 3D-Digitalisierung. Im Moment sucht man nach Möglichkeiten, aus den dabei entstehenden Punktwolken möglichst hochwertige Geometrie (z.B. CATIA-Solid-E mit CSG (Construktive Solid Geometry) - Baum, STEP-advanced-boundary-representation) zu generieren.

Aus den Erfahrungen, die der Autor im Rahmen eines CAD-Projektes mit der sogenannten ”intelligenten Digitalisierung” im 2D-Bereich gemacht hat, wird ein Vorschlag gemacht, wie durch interaktives Zusammenschalten von 3D-Digitalisierung, Regelflächenerkennung und Konstruktionssystem ein optimaler Arbeitsprozess für die Geometrierekonstruktion (”reverse engineering”) zusammengestellt werden kann.
 

2. Intelligentes 2D-Digitalisieren

Die anstehende Aufgabe bestand darin, daß einige tausend ”Uberfrässchablonen”, die zur Herstellung von Flugzeug-Blechbiegeteilen bei der Erzeugung der dabei benötigten 2D-Blechrohlinge verwendet wurden, in einer für die NC (Numerical Control) - notwendige analytische Geometrie zu wandeln war.

Beim ”Intelligenten 2D-Digitalisieren” wurde bewußt auf das automatische Punktwolken-Erzeugen durch automatisches Konturverfolgen verzichtet.

Vielmehr wurde ein graphisch interaktives 2D-NC-Programmiersystem, das mittels eines Bilschirmsystems ADAGE 4250 auf einem IBM-MVS-Rechner betrieben wurde wie folgt mit einem Nestler-Digitalisiertisch verkoppelt:

• Am Nestler-Digitalisiertisch wurde an Stelle der Digitalisierlupe eine drehbare Meßschneide angebracht, mit der die Außenkontur der zu digitalisierenden Kopierschablone angetastet werden konnte.
• Der ladbare Microcode des Nestler-Digitalisiertisches wurde so programmiert, daß er eine 6 Byte lange Information an einer seriellen Schnittstelle abgegeben werden konnte, wenn eine der Bedientasten gedrückt wurden.
• Die 6 Byte lange Information enthielt neben je 2 Byte x- und y-Koordinaten auch Angaben über die gedrückte Taste, womit zusätzlich zu den Standard-Funktionstasten der Programmablauf des 2D-NC-Programmiersystem beeinflußt werden konnte.
• Über ein in den internen Datenbus der ADAGE 4250 hineinwirkendes Interface-Geräte und einen veränderten Microcode der ADAGE 4250 konnten die 6 Byte dem 2D-NC-Programmiersystem zur Verfügung gestellt werden. (Beim Übergang zum IBM 5086 wurde das gleiche mittels eines seriellen Ports, der rechnerseitig als zusätzliche graphische Adresse betrieben wurde, verwirklicht).

• Die zu digitalisierend Schablone wurde beliebig auf dem Nestler-Digitalisiertisch fixiert.
• Durch Messung von 3 Punkten wurde die Lage der X-Achse und des Koordinaten-Nullpunktes bestimmt.
• Zur Geometridefinition im 2D-NC-Programmiersystem wurden fallweise Punktdaten vom Nestler-Digitalisiertisch herangezogen, wobei die wichtigsten Funktionstasten (POINT, LINE, ARC, CIRCLE) von Nestler-Digitalisiertisch aus betätigt werden konnten.
• Zur Nachprüfung konnten zusätzliche Punkte gemessen, in das 2D-NC-Programmiersystem eingelesen und mit der vorher erzeugten Geometrie verglichen werden.

• eine echte Rekonstruktion der Geometrie durchgeführt werden konnte,
• vergleichsweise wenig Aufwand betrieben werden mußte und
• augenscheinlich durch den Gebrauch entstandene Verletzungen der Schablonen sich nicht im Rekonstruktionsergebnis wiederfanden.

3. Interaktives 3D-Digitalisieren

Analog zum ”Intelligenten 2D-Digitalisieren” soll das ”Interaktive 3D-Digitalisieren” eine Art des ”reverse engineering” -- d. h. das Ermitteln von möglichst hochwertiger Geometrie (CSG - Constructed Solid Geometry, Volumen, Fläche, Kurve, Punkt) aus 3D-Messpunkten -- sein, das an einem Arbeitsplatz folgende Komponenten vereinigt:

• 3D-Konstruktionssystem (z.B. CATIA)
• 3D-Digitalisierer (z.B. Koordinaten-Messmaschine, 3D-Laser-Scanner, 3D-Bildauswertung, ...)
• Steuerungsfenster für den 3D-Digitalisierer
• Video-Bild vom zu digitalisierenden Objekt

Die gezeigte Anordnung soll die Digitalisierung und Umwandlung der abgegriffenen Geometrie (Punkte, Polygone, Punktmuster) in höherwertige Geometrie (Kurven, Flächen, begrenzte Flächen) und den anschließenden Zusammenbau zu strukturierten Volumen in einem Arbeitsgang ermöglichen.

Vorteile:

• Die zu messende Punktemenge kann drastisch reduziert werden.
• Die Flächenzuordnung von Messpunkten ist problemlos, da die Messpunkte jeweils sofort weiterverarbeitet werden.
• Im 3D-Digitalisierer kann höhere Funktionalität (z.B. Regelgeometrie-Erkennung) verwirklicht werden.
• Fertigungs- oder Gebrauchs-bedingte Unregelmäßigkeiten des Digitalisierobjektes können eliminiert werden.
• Rationelle Zusammenfassung von Digitalisierung und Rekonstruktion von Bauteilgeometrie.