Extraktion fertigungsrelevanter Haupt- und Nebenformelemente aus 3-Daten von Blechbauteilen zur featurebasierten Methodenplanung
Final Report Abstract
Das Ziel des Forschungsprojekts war die automatische Extraktion fertigungsrelevanter Merkmale aus Oberflächennetzen von Massivumform-, Blech- und IHU-Bauteilen zur featurebasierten Fertigungsprozessgestaltung. Hierzu mussten diese Merkmale zunächst identifiziert, klassifiziert und nach geometrischen Merkmalen spezifiziert werden. Der Beitrag dieses Projektes gegenüber existierenden Verfahren zur Merkmalsextraktion liegt besonders in der automatischen Erkennung, die nicht auf Ähnlichkeit basiert, sondern Merkmale anhand konkreter geometrischer Eigenschaften findet. Der Grundgedanke dieser Verarbeitung ist die Abstraktion der Geometrie als Kurvenskelett sowie als Flächengraph mit Elementeigenschaften und die Analyse und Attributierung der Netzgeometrie mithilfe dieser Struktur. Die Ergebnisse der Erkennung sollten in einer Softwarebibliothek verfügbar gemacht und exemplarisch für IHU- und Blechbauteile zur automatisierten Methodenplanung eingesetzt werden. Im ersten Arbeitsschritt wurden bestehende Formenordnungen hinsichtlich ihrer geometrischen Klassifizierungsmerkmale analysiert, sowie bekannte fertigungsrelevante Merkmale erfasst. Bei der anschließenden Erstellung von CAD-Bauteilen dienten bestehende Formenordnungen als Grundlage. Anhand der erstellten Netz-Geometrien konnten erste Algorithmen zur automatischen Merkmalsextraktion getestet und bewertet werden. Aus den so erlangten Erkenntnissen wurde ein Anforderungsbild für die Verbesserung bestehender Algorithmen sowie für die Erstellung neuer Algorithmen erarbeitet. Die Grundlage für die Analyse der Bauteile bilden das Kurvenskelett und der Flächengraph. Deren Struktur erlaubt sowohl eine Beschreibung der Hauptform des Bauteils, als auch eine Identifikation von Nebenformen. Zur Berechnung dieses Kurvenskeletts wurde ein Algorithmus implementiert, der die Geometrie zunächst aus dem Oberflächenmodell in ein Volumenmodell überführt und dieses dann abträgt. Hierbei lag ein Schwerpunkt der Forschung auf der robusten Extraktion des Skeletts. Bei flachen Bauteilen wie Blechen wurde ein krümmungsbasierter Analysealgorithmus entwickelt, der das Bauteil in zusammenhängende Einzelflächen zerlegt. Ein wesentlicher Schlüssel ist dabei die Qualität der Oberflächennetze. Die Verarbeitung der rein netzbasierten Geometrie ist sowohl für die Merkmalserkennung mithilfe des Skeletts, als auch für die Merkmalserkennung an Blechbauteilen notwendig. Hier wurden zunächst Algorithmen erstellt, die eine Oberflächengeometrie für die weitere Verarbeitung optimieren. So konnte die Robustheit der Skelettierung durch das Schliessen von Löchern und durch die Entfernung erkannter Nebenformelemente erhöht werden. Neben dieser Veränderung des Netzes beschäftigte sich das Projekt schwerpunktmäßig mit der Analyse der Geometrie zur Erkennung von Elementen auf der Hauptform. In der Forschung zur krümmungsbasierten Analyse wurden sog. Feature Lines automatisiert gefunden, vervollständigt und zur Merkmalserkennung genutzt. Bei der skelettgesteuerten Analyse konnten einzelnen Abschnitten des Skeletts zudem geometrische Eigenschaften des umgebenden Netzes zugeordnet werden. Die Abbildung der Methodenplanung erfolgte zweistufig. Im ersten Schritt wurden Schmiede-, Blech- und IHU-Bauteile anhand der aus ihnen extrahierten geometrischen Merkmale automatisch anhand bestehender Formenordungen klassifiziert. Für die genannten Bauteilklassen wurden die Methoden zur Extraktion der Merkmale so gestaltet, dass vom Groben zum Feinen analysiert wird. Mit der so realisierten Vorselektion konnte die weitere Geometrieanalyse auf die entsprechenden Belange der Teilklasse spezifiziert werden. Somit wurde eine selektive und damit effiziente Analyse erreicht. Im Zweiten Schritt wurde auf den Zwischenschritt der Klassifikation verzichtet. Die Methodenplanung erfolgte hier direkt und automatisiert auf Basis der extrahierten geometrischen und fertigungsrelevanten Merkmale. Die so entwickelten Software-Prototypen können als Basis für die Entwicklung kundenspezifischer Softwaretools dienen.
Publications
- Geometrie für optimierte IHU-Prozesse. In: Blech Rohre Profile 57 (2010), Nr. 3, S. 14 – 15
Werner, Markus
- Wenn die Geometrie entscheidet. In: Konstruktion (2010), Nr. 4, S. 71 – 72
Werner, Markus ; Stein, Hans
- Betrachtungen zur Skelettextraktion umformtechnischer Bauteile. Faculty of Computer Science, Chemnitz University of Technology, 2011. – Forschungsbericht. – 66 S.. – ISSN 0947–5125
Kuehnert, Tom ; Brunner, David ; Brunnett, Guido
- Closing Feature Regions. Faculty of Computer Science, Chemnitz University of Technology, 2011. – Forschungsbericht. – 14 S. – ISSN 0947–5125
Brunner, David ; Brunnett, Guido
- Wissensbasierte Erzeugung von Geometriedaten. In: ATZ Produktion 4 (2011), März, Nr. 1, S. 48 – 53
Werner, Markus ; Stein, Hans
- Wirtschaftlich fertigen bei sinkenden Stückzahlen. In: ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 108 (2013), Mai, Nr. 5, S. 323 ff.
Pröhl, Marco ; Werner, Markus ; Raubach, Gerd ; Kaupp, Peter
