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Punktbasierte, hochflexible Landmarkregistrierung für die (CAD)-Daten-Transformation


Kurzfassung

Bei der Übergabe und Weiterbearbeitung von CAD-Daten ist die Daten-Transformation entscheidend für den später verfügbaren Bearbeitungsspielraum. Mit diesem Transformationsalgorithmus werden Objekte erstmals punktbasiert transformiert, was eine flexible und effektive Datenverarbeitung, insbesondere auch für die additive Fertigung und das Reverse Engineering ermöglicht.


Hintergrund

Geschwindigkeit und Exaktheit sind bei der Erfassung von Geometrie- und Raumdaten für die Übertragung in ein CAD-Modell im Hinblick auf flexible und kreative Produkt­entwicklungsprozesse limitierend. Zur Weiterverarbeitung ist aber nicht nur die möglichst exakte Erfassung ent­scheidend. In der CAD-Entwicklung gibt es den Trend zum Freiform-Design, welches die freie Modellierung von Flächen und Kanten, oder anders ge­sagt, das Greifen und Verzerren eines Modells an prak­tisch beliebigen Punkten der Geometrie ermöglicht. Dadurch wird das Design von organischen Formen und spannungs- oder strömungsoptimierten Bauteilen (z. B. in Kombinationen mit FEM-Simulationen bzw. Optimie­rungsverfahren) ein­facher möglich. Additive Fertigungs­verfahren unter­stützen diesen Trend, da praktisch belie­bige Formen realisierbar sind. Daher ist speziell die Bear­beitbarkeit von Daten zukünftig ausschlaggebend für die Prozessqualität.


Problemstellung

Der Transformationsprozess legt fest, nach welchem Raster bzw. in welcher Auflösung die später zur Bearbeitung genutzten Punkte zur Verfügung stehen. Bisher sind diese Transformationsalgorithmen, wie Free-Form-Deformationsmethoden (FFD), Raster-basiert und daher bzgl. non-linearer Geometrieanpassungen stark eingeschränkt. Die individuelle Anpassung eines solchen Rasters an das Objekt ist häufig kompliziert und extrem zeitaufwändig sowie nur in gesteckten Grenzen überhaupt möglich. Insbesondere ist die gewählte Auflösung in den meisten Fällen global gültig und wichtige Details können nicht ohne Weiteres mit einer lokal höheren Auflösung versehen werden.


Lösung

Der an der Universität Stuttgart entwickelte, neuartige Transformationsalgorithmus bietet erstmals die Möglich­keit, ein Objekt punktbasiert zu transformieren. Dabei wird neben zwei Referenzpunkten eine frei wählbare Anzahl sog. Landmark-Punkte strategisch und unabhängig von einem Raster auf dem Objekt positioniert. Die Möglichkeit zur positionsabhängigen Steuerung der Punkte-Dichte erlaubt dabei eine lokal höhere Auflösung an strategisch zentralen Bereichen. Das anschließende Verschieben der Punkte erlaubt eine gleichmäßige Transformation der darunter liegenden Geometrie. Neben dem Algorithmus an sich ist auch dessen Steuerung mittels unterschiedli­cher Geometrieobjekte neuartig.
Die Methode kann neben der digitalen Formerzeugung auch zur Formanalyse eingesetzt werden. So ist es durch eine Landmarkregistrierung bspw. auch möglich, Propor­tionen zu quantifizieren und so eine datenbankgestützte, vollautomatisierte Analyse und ggf. Anpassungen im Abgleich mit bereits in der Datenbank vorhandenen Refe­renzdaten durchzuführen.
Darüber hinaus ist die Methode auch für n-dimensionale, theoretische Modelle anwendbar. So bietet das System eine bisher unerreichte Nutzungseffektivität bei der Ver­arbeitung von Geometrie- und Raumdaten und findet Anwendungsmöglichkeiten in unterschiedlichsten Berei­chen – vom individuellen Prototypen-Design bis hin zur Automatisierung von Formerzeugungsprozessen.

Der flexiblen und effektiven Verarbeitung von hochauflö­senden, digitalen Daten steht so zukünftig nichts mehr im Wege.


Vorteile

  • Hoch-flexible Geometrie-Transformation
  • Höhere Nutzungseffektivität
  • Keine geometrische oder topologische Einschränkung
  • Rasterunabhängige Punktpositionierung
  • Lokale Auflösung manipulierbar
  • Auf n-dimensionale Modelle erweiterbar
  • Zur Formerzeugung und Formanalyse geeignet

Anwendungsbereiche

Eine punktbasierte Transformation bei der Formerzeugung und Verarbeitung von Geometrie- und Raumdaten optimiert Prozesse in der Prototypenentwicklung sowie der additiven Fertigung und unterstützt die Automatisierung von Formerzeugungsprozessen sowie dem Reverse Engineering.


Service

Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwer­tung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.


Technologie-Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

Dr.-Ing. Hubert Siller
+ 49 721 790 040
hsiller@tlb.de
www.tlb.de
Adresse
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe



Entwicklungsstand

Funktionsnachweis


Patentsituation

  • EP 3444735 A1 anhängig
  • US 2019/0057167 anhängig

Stichworte

Landmarkregistrierung, Datentransformation, Bearbeitungsspielraum, additive Fertigung, Reverse Engineering, CAD-Modell, Freiform-Bearbeitung, warping, morphing, lokal-globaler Einfluss, minimale geometrische Verzerrung

Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr