Manuelle Erzeugnisbearbeitung mit dynamischer Ergebnisprojektion

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Erzeugnisses. Bei einem manuellen Bearbeiten von Erzeugnissen, die ebenso als Bauteile bezeichnet werden können, ist eine Erfassung eines Ist- Zustandes ein wichtiger Schritt, um eine laufende Bearbeitung zu überprüfen. Manuelles Bearbeiten kann beispielsweise Form geben mittels Schleifens oder Fräsens, Abtragen oder Auftra ^¬ gen von Schichten, Richten und dergleichen sein. Ein derartiges Bearbeiten soll laufend kontrolliert werden. Weitere Bei- spiele vom manuellen Bearbeiten in der industriellen Praxis können ein sogenanntes Richten von Gussteilen sowie das Auftragen von keramischen Wärmeschutzschichten auf beispielsweise Turbinenschaufeln mit beispielsweise einem Verfahren des Flammspritzens sein. Ein Richten von Gussteilen kann aufgrund eines Verzuges infolge ungleichmäßiger Abkühlprozesse nach einem Gießprozess erforderlich sein.

Herkömmliche Verfahren verwenden in der Regel einzelne Senso ^¬ ren, beispielsweise mechanisch tastende Abstandssensoren, die die Form eines Erzeugnisses oder Objektes an ausgewählten Po ^¬ sitionen erfassen, oder Ultraschall- oder Wirbelstromsensoren zur Messung von Bauteil- beziehungsweise Schichtdicken. Herkömmlicherweise werden Messwerte auf einer Anzeigetafel oder auf einem Bildschirm angezeigt. Nach einem Messvorgang werden Bauteil und Sensoren erneut voneinander getrennt, um die Be ^¬ arbeitung weiterführen zu können. Bearbeitungs- und Prüf- schritte wechseln sich somit ab, woraus eine iterative, inef ^¬ fiziente Vorgehensweise resultiert. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur wirksamen manuellen Bearbeitung eines Erzeugnisses derart bereit zu stellen, dass Solleigenschaften des Erzeugnisses einfach, zeitsparend und effektiv bewirkt werden .

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch und eine Vorrichtung gemäß dem Nebenanspruch gelöst.

Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Bearbeitung eines Erzeugnisses, mit den folgenden Schritten bereitge ^¬ stellt: durch eine Bearbeitungsperson ausgeführtes manuelles Bearbeiten des Erzeugnisses; mittels einer Erfassungseinrichtung ausgeführtes Erfassen von Ist-Werten mindestens eines Parameters des Erzeugnisses; mittels einer Rechnereinrichtung ausgeführtes Vergleichen der erfassten Ist-Werte mit Soll- Werten des mindestens ein Parameter des Erzeugnisses; mittels einer Projektionseinheit ausgeführtes Projizieren von mittels Vergleichens berechneten visualisierten Abweichungen auf das Erzeugnis .

Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Bearbei- tung eines Erzeugnisses mit folgenden Einrichtungen bereitge ^¬ stellt: eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Ist- Werten mindestens eines Parameters des Erzeugnisses bei einem durch eine Bearbeitungsperson ausgeführten manuellen Bearbeiten des Erzeugnisses; eine Rechnereinrichtung zum Vergleichen der erfassten Ist-Werte mit Soll-Werten des mindestens einen Parameters des Erzeugnisses; eine Projektionseinheit zum Pro ^¬ jizieren von mittels des Vergleichens berechneten visuali ^¬ sierten Abweichungen auf das Erzeugnis. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Ergebnis eines manuellen Bearbeitungsschrittes unmittelbar nach diesem am Erzeugnis oder Objekt ersichtlich ist.

Mittels dynamischer Projektion von Messergebnissen auf ein Erzeugnis, das heißt insbesondere während des Mess- bezie ^¬ hungsweise Erfassungsvorgangs, können manuelle Bearbeitungs ^¬ schritte wirksamer kontrolliert werden. Es kann besonders vorteilhaft jede Art von Mess- beziehungsweise Prüftechnik verwendet werden, deren Ergebnisse sich bildhaft darstellen lassen .

Als Mess- beziehungsweise Erfassungstechnik können alle Ver- fahren und Vorrichtungen verwendet werden, die einen aktuellen Zustand einer Bauteilform beziehungsweise Erzeugnisform erfassen können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Erfassungseinrichtung dreidimensionale Oberflächenkoordinaten des Erzeugnisses erfassen. Auf diese Weise werden als Ist-Werte dreidimensionale Oberflächenkoordinaten als Parameter des Erzeugnisses erfasst.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Erfassungseinrichtung die dreidimensionalen Oberflächenkoordi- naten des Erzeugnisses mittels einer Tiefensensorkamera er ^¬ fassen. Insbesondere in industriellen Prozessen können Tie- fensensorkameras verwendet werden, die auf Streifenlichtpro ^¬ jektion oder Laserschnitt beruhende Verfahren zur Erfassung der 3D-Form des Erzeugnisses anwenden. Ebenso kann das her- kömmliche „Kinect"-System der Firma „Microsoft" verwendet werden .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Erfassungseinrichtung Schichtdicken von aufzutragenden oder ab- zutragenden Schichten des Erzeugnisses erfassen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Erfassungseinrichtung Schichtdicken des Erzeugnisses mittels Blitzthermografie erfassen. Es kann beispielsweise ein

Schichtdickenmesssystem zur ortsaufgelösten Bestimmung einer Schichtdicke insbesondere beispielsweise mittels Blitzthermo- grafie bereitgestellt werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Soll-Werte mittels einer der Rechnereinrichtung zugeordneten Speichereinrichtung als Datenwerte zu bestimmten oder allen dreidimensionalen Oberflächenkoordinaten des Erzeugnisses ge- speichert sein. Damit mittels der Rechnereinrichtung ein

Soll-Ist-Vergleich ausgeführt werden kann, können die Soll- Daten beispielsweise als CAD- beziehungsweise rechnergestütz ^¬ te Daten oder als Datenwerte zu ausgewählten Positionen oder dreidimensionalen Koordinaten des Erzeugnisses im System be- ziehungsweise in der Vorrichtung hinterlegt sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Projektionseinheit die visualisierten Abweichungen als Grau ^¬ wertbild, Farbbild, Zahlenwerte oder Pfeile auf das Erzeugnis projizieren. Eine Projektion einer Abweichung auf das Erzeugnis, Bauteil oder Prüfteil, kann auf verschiedene Arten aus ^¬ geführt werden. Als Grauwertbild, bei dem der Grauwert, der ebenso farbig kodiert sein kann, die Abweichung kontinuierlich darstellt. Als Farbbild, bei dem vorgegebene Farben eine Über- oder Unterschreitung binär darstellen, beispielsweise in den Farben Rot und Grün. Als Zahlenwerte für die Abwei ^¬ chung an vorgegebenen Stellen. Als Pfeile, an welcher Stelle beziehungsweise in welcher Richtung ein Werkzeug anzusetzen und zu bewegen ist. Dies ist beispielsweise bei einer Bear- beitung des Erzeugnisses mittels Richten sinnvoll, bei dem sowohl Position als auch Richtung der Bearbeitung vorteilhaft angezeigt werden können.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Projektionseinheit ein sogenannter „Beamer" sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können manuelle Bearbeitungen Formgeben, Abtragen, Auftragen oder Richten sein.

Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispie ^¬ len in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen : Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin ^¬ dungsgemäßen Vorrichtung; Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin ^¬ dungsgemäßen Vorrichtung;

Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfin ^¬ dungsgemäßen Vorrichtung;

Figur 4 ein erstes Ausführungsbeispiel von visuali- sierten Abweichungen;

Figur 5 ein zweites Ausführungsbeispiel von visuali- sierten Abweichungen;

Figur 6 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin ^¬ dungsgemäßen Verfahrens . Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin ^¬ dungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung weist eine Erfassungseinrichtung 3 auf, die eine dreidimensionale Form eines Erzeugnisses 1 erfasst. Der Parameter gemäß Figur 1 ist die dreidimensionale Erstreckung der Oberfläche des Erzeugnisses 1. Die Erfassungseinrichtung 3 erfasst Ist-Werte, die in ei ^¬ ner Rechnereinrichtung 9 mit Soll-Werten der dreidimensionalen Oberflächenkoordinaten des Erzeugnisses 1 verglichen werden. Entsprechende Unterschiedsdaten werden an eine Projektionseinheit 13, zu deren Steuerung, vorgeführt, sodass die Projektionseinheit 13 die mittels des Vergleichens berechne ^¬ ten visualisierten Abweichungen auf das Erzeugnis 1 projiziert. Figur 1 stellt rechts neben dem Erzeugnis 1 eine Feile dar, mit der eine Bearbeiterperson das Erzeugnis 1 manuell bearbeitet. Gemäß der vorliegenden Erfindung können ausge- wählte Messergebnisse während der manuellen Bearbeitung des

Bauteiles 1 auf selbiges projiziert werden. Im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren oder Vorrichtungen, die ein zeitintensives diskretes abwechselndes Bearbeiten und Messen erfor- dern, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Bauteilbearbeitung zeitsparend, kontinuierlich und damit effizienter ausgeführt werden. Im Unterschied zur herkömmlichen Bearbei ^¬ tung kann eine erforderliche Messzeit zur Bestimmung von Ist- Werten am Erzeugnis 1 wirksam verringert werden. Eine Bearbeitung ist nun lediglich für eine kurze Zeitdauer für eine neue Messung zu unterbrechen. Eine erforderliche Messperiode benötigt lediglich je nach geforderter Genauigkeit oder je nach Parameter des Erzeugnisses Bruchteile einer Sekunde oder maximal einige Sekunden. Beispielsweise zur Bearbeitung des Erzeugnisses 1 zur Bereitstellung einer Soll- Erzeugnisgeometrie werden bei Messungen mittels kodierter Streifenlichtprojektion lediglich Bruchteile einer Sekunde und bei einer hochgenauen dreidimensionalen Messung lediglich einige Sekunden erforderlich. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst als Erfassungseinrichtung 3 beispielsweise eine Tiefensensorkamera zur Erfassung einer 3D-Form sowie bei ^¬ spielsweise einen Beamer als Projektionseinrichtung 13. Die Soll-Ist-Abweichung der gemessenen Form wird mittels CAD- Daten, das heißt Computer-gestützte-Design-Daten, verglichen und während des Bearbeitungsvorgangs kontinuierlich auf das Bauteil projiziert. Gemäß diesem ersten Ausführungsbeispiel wird mittels einer Prüftechnik die aktuelle 3D-Form des Erzeugnisses 1 erfasst.

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin ^¬ dungsgemäßen Anordnung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist das manuelle Bearbeiten eines Erzeugnisses 1 nun ein Auftragen von Schichten auf das Erzeugnis 1. Dies ist in Figur 2 als Sprühvorrichtung rechts neben dem Erzeugnis 1 dargestellt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbei ^¬ spiel gemäß Figur 1 werden als Erfassungseinrichtung 3 für eine Schichtdickenbestimmung eine Thermografiekamera 3a und eine Blitzerzeugungseinrichtung 3b verwendet. Mittels der Mess-, Prüf- beziehungsweise Erfassungstechnik kann gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel die aktuelle Schichtdicke erfasst werden. Beispielsweise können durch eine Bearbeiterperson keramische Wärmeschutzschichten auf Turbinenschaufeln mittels Flammspritzens aufgetragen werden. Mittels des Blitz- thermografie-Schichtdickenmesssystems können gemäß dem zwei ^¬ ten Ausführungsbeispiel die Schichtdicken ortsaufgelöst be ^¬ stimmt werden. Die Erzeugnisbearbeitung kann kontinuierlich und auf diese Weise effizienter gegenüber dem Stand der Technik ausgeführt werden, auch hier ist eine Bearbeitung lediglich jeweils kurz für eine neue Messung zu unterbrechen. Eine Messperiode kann je nach geforderter Genauigkeit oder je nach geforderter Schichtdicke im Bereich von Bruchteilen einer Se- künde beispielsweise bei einer Blitzthermografie an dünnen Schichten dauern. Ebenso kann eine Blitzthermografie an di ^¬ cken Schichten oder bei einer hohen geforderten Genauigkeit eine Messperiode bis zu einigen Sekunden dauern. Die Soll- Ist-Abweichung der Schichtdicke wird mittels CAD-Daten oder vorgegebenen Daten für die Schichtdicke mittels einer Rechnereinrichtung 9 ermittelt und mittels einer Projektionseinheit 13, entsprechend Figur 1, und entsprechend allen Ausfüh ^¬ rungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, während des Bearbeitungsvorgangs kontinuierlich auf das Bauteil be- ziehungsweise Erzeugnis 1 projiziert.

Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfin ^¬ dungsgemäßen Vorrichtung. Das dritte Ausführungsbeispiel ent ^¬ spricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, mit dem Unterschied, dass das manuelle Bearbeiten nun ein soge ^¬ nanntes Richten des Erzeugnisses 1 ist und zur Visualisierung von Abweichungen als Pfeile auf dem Erzeugnis 1 projiziert sind, wobei die einzelnen Pfeile anzeigen, an welcher Stelle beziehungsweise in welcher Richtung das Werkzeug, das hier rechts neben dem Erzeugnis 1 als ein Hammer dargestellt ist, anzusetzen ist. Entsprechend können beim Richten sowohl Position als auch Richtung der Bearbeitung auf dem Erzeugnis angezeigt werden. Figur 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer auf das

Erzeugnis visualisierten Abweichungsprojektion. Auf der Oberfläche des Erzeugnisses 1 werden Abweichungen der Ist-Werte von den Soll-Werten beispielsweise hinsichtlich der Erzeug- nisform als Grauwertbild auf das Erzeugnis 1 projiziert. Beim Grauwertbild stellt der Grauwert die Abweichung kontinuier ^¬ lich dar. Alternativ kann ein Farbbild mittels vorgegebenen Farben Über- oder Unterschreitungen zu Soll-Daten binär dar- stellen, beispielsweise mittels der Farben Rot und Grün.

Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel von visuali- sierten Abweichungen. Auf einem Erzeugnis 1 geben Zahlenwerte an den vorgegebenen Stellen die entsprechenden Abweichungen zu den Soll-Daten an.

Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Erzeugnis wird wirksam mittels folgender Ver ^¬ fahrensschritte bearbeitet: eine Bearbeitungsperson bearbei- tet das Erzeugnis manuell. Bei diesem ersten Schritt Sl kann es sich beispielsweise um Feilen oder Richten handeln. Mit einem zweiten Schritt S2 erfasst eine Erfassungseinrichtung Ist-Werte eines Parameters des Erzeugnisses. Der Parameter kann beispielsweise der dreidimensionale Oberflächenverlauf des Erzeugnisses sein. Mit einem dritten Schritt S3 ver ^¬ gleicht eine Rechnereinrichtung die erfassten Ist-Werte mit Soll-Werten des Parameters des Erzeugnisses. Abschließend projiziert eine Projektionseinheit das visualisierte Ver ^¬ gleichsergebnis auf die Oberfläche des Erzeugnisses. Alle Verfahrensschritte können grundsätzlich beliebig oft und be ^¬ liebig schnell ausgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung des vorstehenden Verfahrens, sodass das manu ^¬ elle Bearbeiten kontinuierlich oder quasi kontinuierlich ausgeführt werden kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Erzeugnisses, sodass Soll- Eigenschaften des Erzeugnisses einfach, zeitsparend und wirk ^¬ sam bewirkt werden können. Mittels eines während des manuel- len Bearbeitens des Erzeugnisses (1) ausgeführten Vergleichs von Ist-Werten mit Soll-Werten hinsichtlich des Erzeugnisses (1) und Projizierens von visualisierten Abweichungen auf die Oberfläche des Erzeugnisses (1) kann eine Bearbeitungsperson auf einfache und wirksame Weise die Soll-Werte des Erzeugnis ^¬ ses bewirken.