DE102015110656A1

DE102015110656A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Quantifizieren von Freimaßtoleranzen und der Prozessfähigkeit unabhängig von Bezugspunkten

Info

Publication number: DE102015110656A1
Application number: DE102015110656.6A
Authority: DE
Inventors: Hua-Tzu Fan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2016-01-07
Also published as: CN105387826A; US20160004983A1

Abstract

Ein Messsystem empfängt die Entwurfswerte, die die Messpunkte eines ersten Entwurfs spezifizieren, und die Werte, die den Messpunkten eines ersten Teils entsprechen, das gemäß dem ersten Entwurf unter Verwendung eines ersten Prozesses hergestellt wird. Das System berechnet einen Referenzpunkt des ersten Teils und verschiebt die empfangenen Werte basierend auf einem Unterschied zwischen dem Referenzpunkt des ersten Teils des ersten Entwurfs. Das System enthält ein Drehmodul, das eine Drehtransformation mit einem ersten Winkel auf die verschobenen Werte anwendet. Das System enthält ein Fehlerminimierungsmodul, das einen ersten Wert für den ersten Winkel bestimmt, der die Abweichungen zwischen den transformierten Werten und den spezifizierten Entwurfswerten minimiert. Das System enthält ein Fehlerbestimmungsmodul, das die Abweichungen zwischen den transformierten Werten und den spezifizierten Entwurfswerten berechnet. Das System enthält ein Analysemodul, das eine Prozessmetrik des ersten Prozesses basierend auf den berechneten Abweichungen berechnet.

Description

QUERVERWEIS AUF IN BEZIEHUNG STEHENDE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/021,582, eingereicht am 7. Juli 2014. Die gesamte Offenbarung der Anmeldung, auf die oben verwiesen wurde, ist hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Bestimmen von Freimaßtoleranzen hergestellter Teile und insbesondere auf das Quantifizieren von Freimaßtoleranzen und der Prozessfähigkeit unabhängig von Bezugspunkten.
HINTERGRUND
Wenn Teile, wie z. B. Fahrzeugkomponenten, entworfen werden, können den verschiedenen Freimaßen und Merkmalen der entworfenen Teile Herstellungstoleranzen zugewiesen werden. In Vorbereitung der Herstellung eines Teils in Großserie können ein oder mehrere Probeläufe des Teils hergestellt werden. Die hergestellten Testteile werden gemessen, um zu bestimmen, wie genau sie den definierten Spezifikationen für das entworfene Teil entsprechen. Diese Vergleiche können verwendet werden, um die Herstellungsprozessfähigkeit zu berechnen und um zu bestimmen, ob Änderungen an dem Teil oder an dem Prozess ausgeführt werden müssen, um die Herstellungsprozessfähigkeit zu verbessern.
1A zeigt lediglich beispielhaft einen Entwurf eines einfachen dreieckigen Teils, der die Referenzpunkte A₀, B₀ und P₀ aufweist. Das Dreieck kann einem dünnen, planaren Dreieck entsprechen oder kann eine Stirnfläche oder einen Querschnitt eines Teils repräsentieren. In der Größe und der Richtung können für die Punkte A₀, B₀ und P₀ annehmbare Toleranzen definiert werden.
In 1B ist ein beispielhaftes hergestelltes Teil gemäß dem Entwurf nach 1A gezeigt. Die Referenzpunkte an dem hergestellten Teil sind als A_m, B_m und P_m beschriftet. Das hergestellte Teil nach 1B kann z. B. durch eine Koordinatenmessmaschine oder manuell unter Verwendung einer Spannvorrichtung und einer Lehre gemessen werden. Wenn das hergestellte Teil in der Spannvorrichtung oder in einem Haltemechanismus für die Koordinatenmessmaschine angeordnet wird, wird der hergestellte Teil basierend auf einem ausgewählten Merkmal des hergestellten Teils ausgerichtet.
In 2A ist der hergestellte Teil in der Spannvorrichtung z. B. so orientiert, dass sich der Punkt A_m in einer Nullposition befindet, die dem Entwurfspunkt A₀ entspricht. Von dort kann der Unterschied zwischen dem Entwurfspunkt B₀ und dem Punkt B_m des hergestellten Teils gesehen werden. Außerdem kann der Unterschied zwischen dem Entwurfspunkt P₀ und dem Punkt P_m des hergestellten Teils gesehen werden, wobei er mit einem Fehlerpfeil e₁ beschriftet ist.
In 2B wird ein anderer Bezugspunkt verwendet, um das hergestellte Teil zu befestigen. In diesem Fall ist der Punkt B_m des hergestellten Teils an einem Nullpunkt in der Spannvorrichtung befestigt, um dem Entwurfspunkt B₀ zu entsprechen. Der (mit e₂ beschriftete) Fehler zwischen dem Entwurfspunkt P₀ und dem Punkt P_m des hergestellten Teils hat sich bezüglich 2A sowohl in der Größe als auch in der Richtung geändert. Außerdem gibt es nun keinen gemessenen Fehler im Punkt B_m des hergestellten Teils, wobei aber ein gemessener Fehler im Entwurfspunkt A_m erschienen ist. Wie aus diesem einfachen Beispiel gesehen werden kann, kann die Wahl des Bezugspunkts den gemessenen Fehler für die Entwurfspunkte ändern. Dies kann eine Unbestimmtheit und einen Fehler erzeugen, wenn die Prozessfähigkeit für ein Teil bestimmt wird, und es schwierig machen zu bestimmen, welche Punkte eines Teils Herstellungsprobleme erzeugen.
Die hier bereitgestellte Beschreibung des Hintergrunds dient dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Sowohl die Arbeit der gegenwärtig benannten Erfinder bis zu dem Ausmaß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, als auch die Aspekte der Beschreibung, die nicht anderweitig als Stand der Technik zum Zeitpunkt des Einreichens in Frage kommen können, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung anerkannt.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren enthält das Empfangen mehrerer Werte entsprechend den Messpunkten eines ersten Teils, das gemäß einem ersten Entwurf unter Verwendung eines ersten Herstellungsprozesses hergestellt wird. Der erste Entwurf spezifiziert die Entwurfswerte für die Messpunkte. Das Verfahren enthält ferner das Berechnen eines Referenzpunkts des ersten Teils basierend auf den empfangenen Werten. Das Verfahren enthält ferner das Verschieben der empfangenen Werte basierend auf einem Unterschied zwischen dem Referenzpunkt des ersten Teils und einem Referenzpunkt des ersten Entwurfs. Das Verfahren enthält ferner das Anwenden einer Drehtransformation auf die verschobenen Werte, um transformierte Werte zu erzeugen. Die Drehtransformation enthält einen ersten Winkel. Das Verfahren enthält ferner das Bestimmen eines ersten Wertes für den ersten Winkel, der die Abweichungen zwischen den transformierten Werten und den spezifizierten Entwurfswerten minimiert. Das Verfahren enthält ferner das Berechnen von Abweichungen zwischen (i) den transformierten Werten, die dem ersten Wert entsprechen, und (ii) den spezifizierten Entwurfswerten. Das Verfahren enthält ferner das Berechnen einer Prozessmetrik des ersten Herstellungsprozesses basierend auf den berechneten Abweichungen für das erste Teil und den berechneten Abweichungen für mehrere zusätzliche Teile. Das Verfahren enthält ferner basierend auf der Prozessmetrik das selektive Ausführen (i) des Einstellens des ersten Herstellungsprozesses und/oder (ii) des Wählens eines anderen Prozesses zum Herstellen des ersten Entwurfs.
In anderen Merkmalen ist die Prozessmetrik entweder eine Prozessfähigkeit oder ein Prozessfähigkeitsindex. In anderen Merkmalen enthalten die mehreren Werte für jeden Punkt der Messpunkte einen Satz von Koordinaten. Das Verschieben der empfangenen Werte enthält das Bestimmen der Verschiebungskoordinaten durch das Subtrahieren der Koordinaten des Referenzpunkts des ersten Entwurfs von den Koordinaten des Referenzpunkts des ersten Teils und für jeden Punkt der Messpunkte das Erzeugen der verschobenen Werte durch das Subtrahieren der Verschiebungskoordinaten von dem Satz von Koordinaten für den Punkt.
In anderen Merkmalen enthalten die mehreren Werte für jeden Punkt der Messpunkte einen Satz von Koordinaten. Die Koordinaten für den Referenzpunkt des ersten Entwurfs sind null. Das Verschieben der empfangenen Werte enthält für jeden Punkt der Messpunkte das Erzeugen der verschobenen Werte durch das Subtrahieren der Koordinaten des Referenzpunkts für das erste Teil von dem Satz von Koordinaten für den Punkt. Das Anwenden der Drehtransformation dreht die verschobenen Werte um einen Nullpunkt.
In anderen Merkmalen ist der Referenzpunkt des ersten Entwurfs ein Schwerpunkt des ersten Entwurfs. Der Referenzpunkt des ersten Teils ist ein Schwerpunkt des ersten Teils. In anderen Merkmalen enthält das Verfahren ferner das Berechnen des Referenzpunkts des ersten Entwurfs, wobei der Referenzpunkt des ersten Entwurfs ein Schwerpunkt des ersten Entwurfs ist. In anderen Merkmalen enthält das Bestimmen des ersten Wertes das Minimieren einer Fehlermetrik basierend auf einer Summe eines Quadrats jeder einzelnen Abweichung zwischen jedem der transformierten Werte und den jeweiligen spezifizierten Entwurfswerten. In anderen Merkmalen enthält das Verfahren ferner das Messen der Werte, die den Messpunkten des ersten Teils entsprechen.
In anderen Merkmalen enthält das Verfahren ferner das Herstellen des ersten Teils unter Verwendung des ersten Herstellungsprozesses. In anderen Merkmalen wird die Prozessmetrik des ersten Herstellungsprozesses basierend auf den berechneten Abweichungen für das erste Teil und den berechneten Abweichungen für mehrere zusätzliche Teile berechnet. In anderen Merkmalen enthält das Verfahren ferner das Vergleichen des ersten Herstellungsprozesses mit einem zweiten Herstellungsprozess basierend auf der Prozessmetrik und einer Prozessmetrik des zweiten Herstellungsprozesses. In anderen Merkmalen enthält das Verfahren ferner das Bestimmen mehrerer Prozessmetriken einschließlich der Prozessmetrik, wobei jede der mehreren Prozessmetriken einem jeweiligen Messpunkt der Messpunkte des ersten Entwurfs entspricht.
In anderen Merkmalen enthält das Verfahren ferner in Reaktion auf die Prozessmetrik (i) das Modifizieren des ersten Entwurfs und/oder (ii) das Modifizieren der Toleranzen eines oder mehrerer der Messpunkte des ersten Entwurfs. In anderen Merkmalen enthält die Drehtransformation einen zweiten Winkel und einen dritten Winkel. Die Drehtransformation enthält das Drehen um den ersten Winkel um eine z-Achse eines ersten Koordinatensystems des ersten Teils, was zu einem zweiten Koordinatensystem führt; das Drehen um den zweiten [Winkel] um eine x-Achse des zweiten Koordinatensystems, was zu einem dritten Koordinatensystem führt; und das Drehen um den dritten Winkel um eine z-Achse des dritten Koordinatensystems.
Ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium speichert durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, wobei die Anweisungen konfiguriert sind, das Empfangen mehrerer Werte, die den Messpunkten eines ersten Teils, das gemäß einem ersten Entwurf unter Verwendung eines ersten Herstellungsprozesses hergestellt wird, entsprechen, auszuführen. Der erste Entwurf spezifiziert die Entwurfswerte für die Messpunkte. Die Anweisungen sind ferner konfiguriert, das Berechnen eines Referenzpunkts des ersten Teils basierend auf den empfangenen Werten auszuführen. Die Anweisungen sind ferner konfiguriert, das Verschieben der empfangenen Werte basierend auf einem Unterschied zwischen dem Referenzpunkt des ersten Teils und einem Referenzpunkt des ersten Entwurfs auszuführen. Die Anweisungen sind ferner konfiguriert, das Anwenden einer Drehtransformation auf die verschobenen Werte auszuführen, um transformierte Werte zu erzeugen. Die Drehtransformation enthält einen ersten Winkel. Die Anweisungen sind ferner konfiguriert, das Bestimmen eines ersten Wertes für den ersten Winkel auszuführen, der die Abweichungen zwischen den transformierten Werten und den spezifizierten Entwurfswerten minimiert. Die Anweisungen sind ferner konfiguriert, das Berechnen der Abweichungen zwischen (i) den transformierten Werten, die dem ersten Wert entsprechen, und (ii) den spezifizierten Entwurfswerten auszuführen. Die Anweisungen sind ferner konfiguriert, das Berechnen einer Prozessmetrik des ersten Herstellungsprozesses basierend auf den berechneten Abweichungen für das erste Teil und den berechneten Abweichungen für mehrere zusätzliche Teile auszuführen. Die Anweisungen sind ferner konfiguriert, basierend auf der Prozessmetrik selektiv (i) das Einstellen des ersten Herstellungsprozesses und/oder (ii) das Wählen eines anderen Prozesses zum Herstellen des ersten Entwurfs auszuführen.
In anderen Merkmalen ist die Prozessmetrik entweder eine Prozessfähigkeit oder ein Prozessfähigkeitsindex. In anderen Merkmalen enthalten die mehreren Werte für jeden Punkt der Messpunkte einen Satz von Koordinaten. Das Verschieben der empfangenen Werte enthält das Bestimmen der Verschiebungskoordinaten durch das Subtrahieren der Koordinaten des Referenzpunkts des ersten Entwurfs von den Koordinaten des Referenzpunkts des ersten Teils und für jeden Punkt der Messpunkte das Erzeugen der verschobenen Werte durch das Subtrahieren der Verschiebungskoordinaten von dem Satz von Koordinaten für den Punkt.
In anderen Merkmalen enthalten die mehreren Werte für jeden Punkt der Messpunkte einen Satz von Koordinaten. Die Koordinaten für den Referenzpunkt des ersten Entwurfs sind null. Das Verschieben der empfangenen Werte enthält für jeden Punkt der Messpunkte das Erzeugen der verschobenen Werte durch das Subtrahieren der Koordinaten des Referenzpunkts des ersten Teils von dem Satz von Koordinaten für den Punkt. Das Anwenden der Drehtransformation dreht die verschobenen Werte um einen Nullpunkt.
In anderen Merkmalen ist der Referenzpunkt des ersten Entwurfs ein Schwerpunkt des ersten Entwurfs. Der Referenzpunkt des ersten Teils ist ein Schwerpunkt des ersten Teils. In anderen Merkmalen sind die Anweisungen ferner konfiguriert, das Berechnen des Bezugspunkts des ersten Entwurfs auszuführen, wobei der Bezugspunkt des ersten Entwurfs ein Schwerpunkt des ersten Entwurfs ist. In anderen Merkmalen enthält das Bestimmen des ersten Wertes das Minimieren einer Fehlermetrik basierend auf einer Summe eines Quadrats jeder einzelnen Abweichung zwischen jedem der transformierten Werte und den jeweiligen spezifizierten Entwurfswerten. In anderen Merkmalen sind die Anweisungen ferner konfiguriert, das Messen der Werte, die den Messpunkten des ersten Teils entsprechen, auszuführen.
In anderen Merkmalen sind die Anweisungen ferner konfiguriert, das Herstellen des ersten Teils unter Verwendung des ersten Herstellungsprozesses auszuführen. In anderen Merkmalen wird die Prozessmetrik des ersten Herstellungsprozesses basierend auf den berechneten Abweichungen für das erste Teil und den berechneten Abweichungen für mehrere zusätzliche Teile berechnet. In anderen Merkmalen sind die Anweisungen ferner konfiguriert, das Vergleichen des ersten Herstellungsprozesses mit einem zweiten Herstellungsprozess basierend auf der Prozessmetrik und einer Prozessmetrik des zweiten Herstellungsprozesses auszuführen. In anderen Merkmalen sind die Anweisungen ferner konfiguriert, das Bestimmen mehrerer Prozessmetriken einschließlich der Prozessmetrik auszuführen, wobei jede der mehreren Prozessmetriken einem jeweiligen Messpunkt der Messpunkte des ersten Entwurfs entspricht.
In anderen Merkmalen sind die Anweisungen ferner konfiguriert, in Reaktion auf die Prozessmetrik (i) das Modifizieren des ersten Entwurfs und/oder (ii) das Modifizieren der Toleranzen eines oder mehrerer der Messpunkte des ersten Entwurfs auszuführen. In anderen Merkmalen enthält die Drehtransformation einen zweiten Winkel und einen dritten Winkel. Die Drehtransformation enthält das Drehen um den ersten Winkel um eine z-Achse eines ersten Koordinatensystems des ersten Teils, was zu einem zweiten Koordinatensystem führt; das Drehen um den zweiten [Winkel] um eine x-Achse des zweiten Koordinatensystems, was zu einem dritten Koordinatensystem führt; und das Drehen um den dritten Winkel um eine z-Achse des dritten Koordinatensystems.
Ein Messsystem empfängt die Entwurfswerte, die die Messpunkte eines ersten Entwurfs spezifizieren, und die Werte, die den Messpunkten eines ersten Teils, das gemäß dem ersten Entwurf unter Verwendung eines ersten Prozesses hergestellt wird, entsprechen. Das System berechnet einen Referenzpunkt des ersten Teils und verschiebt die empfangenen Werte basierend auf einem Unterschied zwischen den Referenzpunkten des ersten Teils des ersten Entwurfs. Das System enthält ein Drehmodul, das eine Drehtransformation mit einem ersten Winkel auf die verschobenen Werte anwendet. Das System enthält ein Fehlerminimierungsmodul, das einen ersten Wert für den ersten Winkel bestimmt, der die Abweichungen zwischen den transformierten Werten und den spezifizierten Entwurfswerten minimiert. Das System enthält ein Fehlerbestimmungsmodul, das die Abweichungen zwischen den transformierten Werten und den spezifizierten Entwurfswerten berechnet. Das System enthält ein Analysemodul, das eine Prozessmetrik des ersten Prozesses basierend auf den berechneten Abweichungen berechnet.
In anderen Merkmalen ist die Prozessmetrik entweder eine Prozessfähigkeit oder ein Prozessfähigkeitsindex. In anderen Merkmalen ist der Referenzpunkt des ersten Entwurfs ein Schwerpunkt des ersten Entwurfs. Der Referenzpunkt des ersten Teils ist ein Schwerpunkt des ersten Teils. Die Koordinaten für den Referenzpunkt des ersten Entwurfs sind null. Die mehreren Werte für jeden Punkt der Messpunkte enthalten einen Satz von Koordinaten. Das Verschieben der empfangenen Werte enthält für jeden Punkt der Messpunkte das Erzeugen der verschobenen Werte durch das Subtrahieren der Koordinaten des Referenzpunkts des ersten Teils von dem Satz von Koordinaten für den Punkt. Das Anwenden der Drehtransformation dreht die verschobenen Werte um einen Nullpunkt.
In anderen Merkmalen ist das Entwurfseingabemodul konfiguriert, den Referenzpunkt des ersten Entwurfs zu berechnen und die spezifizierten Entwurfswerte des ersten Entwurfs zu verschieben, um den Referenzpunkt des ersten Entwurfs an einem Nullpunkt eines Koordinatensystems anzuordnen. In anderen Merkmalen enthält das Bestimmen des ersten Wertes das Minimieren einer Fehlermetrik basierend auf einer Summe eines Quadrats jeder einzelnen Abweichung zwischen jedem der transformierten Werte und den jeweiligen spezifizierten Entwurfswerten.
Weitere Bereiche der Anwendung der vorliegenden Offenbarung werden aus der ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen erkannt. Die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele sind lediglich für Veranschaulichungszwecke vorgesehen und sind nicht vorgesehen, um den Schutzumfang der Offenbarung einzuschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird aus der ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen vollständiger verstanden.
1A ist eine Draufsicht eines beispielhaften Entwurfs eines Teils gemäß dem Stand der Technik.
1B ist eine Draufsicht eines beispielhaften hergestellten Teils gemäß dem Stand der Technik.
2A ist eine Draufsicht eines Vergleichs zwischen einem entworfenen und einem hergestellten Teil gemäß dem Stand der Technik.
2B ist eine Draufsicht eines zweiten Vergleichs zwischen dem entworfenen und dem hergestellten Teil gemäß dem Stand der Technik.
3A ist eine Draufsicht eines beispielhaften Entwurfs eines Teils.
3B ist eine Draufsicht eines beispielhaften hergestellten Teils.
4A ist eine Draufsicht einer Verschiebung des hergestellten Teils.
4B ist eine Draufsicht einer Drehung des hergestellten Teils nach der Verschiebung.
5 ist eine graphische Darstellung der Hardware auf hoher Ebene einer beispielhaften Computervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
6 ist ein funktionaler Blockschaltplan eines beispielhaften Messsystems.
7A ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Betrieb eines Entwurfs- und Herstellungsprozesses demonstriert.
7B ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Betrieb eines Messtransformationsprozesses demonstriert.
8 ist eine Draufsicht eines beispielhaften Teils, die die Messpunkte identifiziert.
9A–9B zusammen sind eine Tabelle der Messabweichungen und der statistischen Parameter für jeden Messpunkt für einen Satz beispielhafter Teile.
10A–10B zusammen sind eine Tabelle der transformierten Messabweichungen und der resultierenden statistischen Parameter für den Satz von Teilen.
11A ist eine graphische Darstellung der Messabweichungen für jeden Messpunkt für den Satz von Teilen.
11B ist eine graphische Darstellung der transformierten Messabweichungen für den Satz von Teilen.
In den Zeichnungen können die Bezugszeichen wiederverwendet werden, um ähnliche und/oder völlig gleiche Elemente zu identifizieren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In 3A ist ein Entwurf für ein einfaches dreieckiges Teil, das zu dem nach 1A ähnlich ist, gezeigt. Die Entwurfspunkte A₀, B₀ und P₀ sind für das entworfene Teil definiert. In 3B sind die Messungen eines hergestellten Teils gemäß dem Entwurf nach 3A gezeigt. Die Messungen können unter Verwendung einer Koordinatenmessmaschine oder unter Verwendung eines Messfühlers, der manuell durch eine Bedienungsperson positioniert wird, gesammelt werden. Die Messpunkte sind A_m, B_m und P_m.
Es wird angegeben, dass das hergestellte Teil im Vergleich zu dem entworfenen Teil als gedreht erscheint. Die Drehung kann in Abhängigkeit davon erzeugt werden, wie das Teil an der Mess-Spannvorrichtung befestigt ist. Die Ansammlung von Trümmern an der Spannvorrichtung selbst oder an dem Teil kann z. B. verursachen, dass das Teil in einem Winkel an der Spannvorrichtung sitzt. Im Allgemeinen ist die Drehung weniger ausgeprägt als gezeigt ist, daher ist 3B für Veranschaulichungszwecke übertrieben worden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden die Messpunkte des hergestellten Teils verschoben und dann gedreht, um den Fehler zwischen den Messpunkten und den Freimaßen des Entwurfs zu minimieren. Dies eliminiert die durch die 2A und 2B demonstrierte Bezugspunktabhängigkeit oder schwächt sie wenigstens ab. Die basierend auf dieser Transformation berechneten Herstellungsabweichungen ermöglichen, dass der Prozess genauer bewertet wird, wie z. B. durch das genauere Berechnen einer Prozessfähigkeit. Diese Transformation erzeugt außerdem einen konsistenten Mechanismus zum Vergleichen der hergestellten Teile und Prozesse ohne eine Abhängigkeit von derartigen Variable wie (i) den für die Ausrichtung gewählten Bezugspunkten und (ii) den an der Grenzfläche zwischen einem hergestellten Teil und einer Mess-Spannvorrichtung erzeugten Versätzen.
Spezifisch enthalten verschiedene Implementierungen der vorliegenden Offenbarung das Bestimmen eines berechneten Punktes des hergestellten Teils: des Punkts C_m in 3B. Die Messpunkte des hergestellten Teils werden dann verschoben, so dass der berechnete Punkt C_m des hergestellten Teils die gleichen Koordinaten wie der berechnete Punkt C₀ des entworfenen Teils aufweist. Die berechneten Punkte können die Mittelpunkte des hergestellten Teils bzw. des entworfenen Teils sein. In verschiedenen Implementierungen kann ein Mittelpunkt als ein Schwerpunkt entweder in zwei oder in drei Dimensionen definiert sein.
In 4A ist gezeigt, dass das hergestellte Teil verschoben worden ist, so dass der berechnete Punkt C_m des hergestellten Teils auf den berechneten Punkt C₀ des entworfenen Teils ausgerichtet ist. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, wird das hergestellte Teil dann gedreht, wie in 4B gezeigt ist, um den Gesamtfehler zwischen den gemessenen Punkten und den Entwurfspunkten zu minimieren.
Um die Soll-Drehwinkel zu bestimmen, wird eine Drehtransformation auf die gemessenen Punkte des hergestellten Teils angewendet. Diese Transformation wird symbolisch angewendet, so dass nach dem Winkel oder den Winkeln der Transformation aufgelöst werden kann. Die transformierten Messpunkte des hergestellten Teils werden dann mit den Entwurfspunkten verglichen, um die Abweichungen als eine Funktion der Drehwinkel zu bestimmen. Die Winkel werden gewählt, um eine Fehlermetrik zu minimieren, die z. B. eine Summe der Absolutwerte der Abweichungen oder die Summe des Quadrats jeder der Abweichungen sein kann.
Sobald die Drehtransformation, die bestimmt worden ist, die die Fehlermetrik von Interesse minimiert, angewendet wird, können die resultierenden Abweichungen zwischen dem Teil und dem Entwurf bestimmt werden. Diese Abweichungen können verwendet werden, um zu bestimmen, ob das Teil selbst den Entwurfskriterien entspricht oder ihnen nicht entspricht, und können mit anderen transformierten Messungen verwendet werden, um die Genauigkeit des Prozesses zu bestimmen. Die Genauigkeit kann hinsichtlich einer Prozessfähigkeit ausgedrückt sein.
Ein 3-dimensionales Teil A vorausgesetzt, das n Messpunkte aufweist, ist formaler
ein Satz von Abweichungen an jedem der n Messpunkte. Für drei Dimensionen ist
ein 1 × 3-Fehlervektor, der die Abweichung in jeder Dimension des Messpunktes i repräsentiert. Die Abweichungsmenge E kann durch eine n × 3-Matrix repräsentiert sein:
wobei e_ix, e_iy und e_iz die x-, y- und z-Komponenten von sind.
Eine weitere Matrix, P₀, ist definiert, um die Nennmaße des entworfenen Teils (die entworfenen Freimaße) zu repräsentieren:
wobei p_0ix, p_0iy und p_0iz die x-, y- und z-Koordinaten der i-ten Dimension des entworfenen Teils sind.
Angenommen, P_m repräsentiert die gemessenen Abmessungen des hergestellten Teils:
wobei p_mix, p_miy und p_miz die x-, y- und z-Koordinaten der i-ten Abmessung des hergestellten Teils sind.
Definitionsgemäß ist die Abweichung E: E = P_m – P₀.
Es wird angenommen, dass der geometrische Schwerpunkt des nominellen Teils c₀ ist und dass der Schwerpunkt des hergestellten Teils c_m ist. Der Betrag der Verschiebung d wird als: d = c_m – c₀ = [d_x, d_y, d_z] berechnet, wobei c_m, c₀ und d jeder ein 1 × 3-Vektor ist.
Die Koordinaten P'₀ des hergestellten Teils nach der Verschiebung sind:
wobei P'₀ eine n × 3-Matrix ist.
Für ein Teil mit geometrisch symmetrischen Messpunkten kann der Schwerpunkt einfach als der Mittelpunkt (der Durchschnitt) aller Messpunkte berechnet werden: d_x = 1 / nΣ n / i=1(p_mix – p_0ix), d_y = 1 / nΣ n / i=1(p_miy – p_0iy), d_z = 1 / nΣ n / i=1(p_miz – p_0iz).
Gemäß dem Eulerschen Rotationstheorem kann jede 3-dimensionale Drehung unter Verwendung von drei Winkeln beschrieben werden. Eine übliche Schreibweise für einen Satz von 3 Eulerschen Winkeln ist: (i) erstens eine Drehung um einen Winkel φ um die z-Achse; (ii) zweitens eine Drehung um einen Winkel θ ∊ [0, π] um die neue x-Achse (x'); und (iii) drittens eine Drehung um einen Winkel ψ um die neue z-Achse (z').
Die allgemeine Drehmatrix A kann dann gemäß den drei elementaren Drehmatrizen B, C und D als:
ausgedrückt werden.
Die Koordinaten des nominellen Teils nach der Verschiebung und der Drehung sind dann: P''₀ = P'₀A^T, wobei P''₀ eine n × 3-Matrix ist.
Der Satz der Eulerschen Winkel, der die Gesamtabweichungen (die Summe der Quadrate der Abweichungen) zwischen den nominellen und den hergestellten Teilen minimiert, kann dann bestimmt werden. Das Optimierungsproblem kann wie folgt ausgedrückt werden:
In 5 ist eine vereinfachte Hardware einer beispielhaften Implementierung einer Computervorrichtung 100 gezeigt. In verschiedenen Implementierungen ist die Computervorrichtung 100 eine Vorrichtung oder Teil einer Vorrichtung, die die in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Verfahren ausführt.
Ein Prozessor 104 führt die Anweisungen von einem Speicher 108 aus, wobei er auf die in dem Speicher 108 gespeicherten Daten wirken kann (die im Speicher 108 gespeicherten Daten lesen und/oder schreiben kann). Im Allgemeinen enthält der Speicher 108 einen flüchtigen Speicher, wie z. B. einen dynamischen Schreib-Lese-Speicher. Der Prozessor 104 kommuniziert potentiell über einen (nicht gezeigten) Chipsatz mit dem nichtflüchtigen Speicher 112, der einen Flash-Speicher enthalten kann, der als ein Cache für Anweisungen und/oder Daten wirkt.
In verschiedenen Implementierungen kann in dem nichtflüchtigen Speicher 112 außerdem ein Speicher mit größerer Kapazität und niedrigeren Kosten enthalten sein. Es können z. B. optische Laufwerke, Bandlaufwerke oder magnetische Speichermedien, wie z. B. Festplatten, verwendet werden, um die Daten in dem nichtflüchtigen Speicher 112 zu speichern. Die aktiven Abschnitte der Daten und/oder Anweisungen können in dem Speicher 108 und/oder in Abschnitten des nichtflüchtigen Speichers 112 (der Flash-Speicher enthalten kann) gecached werden.
Die Eingabevorrichtungen 116 empfangen eine Anwendereingabe und können Vorrichtungen, wie Z. B. eine Tastatur, eine Maus, ein Tastfeld, ein Digitalisiertablett usw., enthalten. Eine Anzeige 120 zeigt die Daten dem Anwender an, wobei sie in verschiedenen Implementierungen mit einer berührungsempfindlichen Eingabevorrichtung in der Form eines Berührungsschirms kombiniert sein kann. Eine Kommunikationsschnittstelle 124 ermöglicht es der Computervorrichtung 100, mit anderen Computervorrichtungen zu kommunizieren – z B. über ein lokales Netz oder ein Weitbereichsnetz, wie z. B. das Internet. Das lokale Netz kann ein verdrahtetes Netz oder ein drahtloses Netz enthalten.
Die Computervorrichtung 100 kann über die Kommunikationsschnitte 124 mit einer (nicht gezeigten) entfernten Computervorrichtung verbunden sein. Etwas Verarbeitung kann von dem Prozessor 104 zu der entfernten Computervorrichtung abgeladen werden. Die entfernte Computervorrichtung kann an einem Ort angeordnet sein, wo zusätzliche Wärme und zusätzliches Geräusch erzeugt werden können, ohne den Anwender zu stören. Der Ort kann außerdem andere Bedingungen, wie z. B. den leichten Zugang zu elektrischer Leistung, das Vorhandensein von Reserveleistungssystemen und Feuerbekämpfungssystemen, und geregelte Umweltbedingungen, einschließlich der Temperatur und/oder der Feuchtigkeit, erfüllen.
Die entfernte Computervorrichtung kann deshalb Aufgaben ausführen, die signifikante Zeitdauern erfordern würden, wenn sie in dem Prozessor 104 ausgeführt werden. Diese Aufgaben können durch die entfernte Computervorrichtung beschleunigt werden, wobei die Computervorrichtung 100 wieder der Nutzung für andere Funktionen durch den Anwender zurückgeführt werden kann, während die entfernte Computervorrichtung die Verarbeitung ausführt. Die entfernte Computervorrichtung kann mehrere Anwender bedienen, wobei sie mit anderen (nicht gezeigten) entfernten Computervorrichtungen in Wechselwirkung stehen kann, um einen Lastausgleich der Verarbeitungsanforderungen auszuführen.
Für die Einfachheit der Veranschaulichung sind viele wohlbekannte Komponenten, Busse und Vorrichtungen von üblichen Computervorrichtungen weggelassen. Lediglich beispielhaft sind die Audioeingaben und -ausgaben nicht gezeigt, sind die Graphikkarten und die -beschleuniger nicht gezeigt und sind die Techniken, wie Z. B. der direkte Speicherzugriff (DMA) zwischen dem Speicher 108 und dem nichtflüchtigen Speicher 112, nicht veranschaulicht.
Die Computervorrichtung 100 kann außerdem mit einer Messvorrichtung 140 für physische Abmessungen verbunden sein. Die Kommunikationsschnittstelle 124 kann mit der Messvorrichtung 140 für physische Abmessungen über ein lokales Netz verbunden sein. Alternativ kann die Messvorrichtung 140 für physische Abmessungen unter Verwendung eines anderen offenen oder proprietären Protokolls, wie z. B. des RS232, mit der Computervorrichtung 100 verbunden sein.
In verschiedenen Implementierungen können die Daten von der Messvorrichtung 140 für physische Abmessungen der Computervorrichtung 100 unter Verwendung anderer Mechanismen, wie z. B. einer manuellen Dateneingabe, bereitgestellt werden. Dies würde wahrscheinlicher sein, wenn die Messvorrichtung 140 für physische Abmessungen manuell gesteuert ist anstatt computergesteuert zu sein.
Die Messvorrichtung 140 für physische Abmessungen misst die spezifischen Punkte an einem hergestellten Teil 150, das durch eine Spannvorrichtung 160 gestützt ist. Die Spannvorrichtung 160 kann das Teil 150 an der Stelle befestigen, wie z. B. unter Verwendung einer Klemme. In einigen Implementierungen kann die auf das Teil 150 wirkende Schwerkraft ausreichend sein, um Reibung zu erzeugen, die die Bewegung des Teils 150 bezüglich der Spannvorrichtung 160 verhindert. Bestimmte Punkte auf flachen Oberflächen, wie z. B. der Punkt B_m nach 3B, können durch die Messvorrichtung 140 für physische Abmessungen basierend auf Merkmalen identifiziert werden, die für diesen Zweck zu dem entworfenen Teil hinzugefügt sind. Am Punkt B_m kann z. B. eine Vertiefung oder ein Vorsprung ausgebildet sein, um es zu ermöglichen, dass dieser Ort durch die Messvorrichtung 140 für physische Abmessungen bestimmt wird. In anderen Beispielen kann ein sichtbarer Indikator wie z. B. ein geätztes oder spitz zulaufendes Fadenkreuz, als eine Referenz verwendet werden.
In 6 ist ein funktionaler Blockschaltplan eines beispielhaften Messsystems 200, das durch die Computervorrichtung 100 implementiert sein kann, gezeigt. Ein Entwurfseingabemodul 204 empfängt die Daten hinsichtlich eines entworfenen Teils. Diese Daten werden in einem Speichermodul 208 gespeichert und können durch das Entwurfseingabemodul 204 für die Verwendung durch das Messsystem 200 geparst und transformiert werden.
Die Entwurfsdaten können von einer CAD-Anwenderschnittstelle (Anwenderschnittstelle für computerunterstütztes Entwerfen) und/oder von einer CAD-Datei, die von einem unterstützten CAD- oder CAE-Programm (Programm für computerunterstützte Entwicklung) ausgegeben wurde, empfangen werden. In verschiedenen Implementierungen kann das Messsystem 200 mit einem CAD- oder CAE-Programm – z. B. als ein Plug-In oder ein Modul – integriert sein.
Ein Messeingangsmodul 212 empfängt die Daten über ein oder mehrere hergestellte Teile. Diese Daten können von der Messvorrichtung 140 für physische Abmessungen entweder direkt über ein Netz oder indirekt über eine manuelle Eingabe oder einen anderen Mechanismus, wie z. B. einen computerlesbaren Strichcode, der durch die Messvorrichtung 140 für physische Abmessungen gedruckt wird und auf das Teil aufgebracht wird, kommen. Die Messungen der hergestellten Teile können in ein internes Speicherformat geparst und in dem Speichermodul 208 gespeichert werden.
Ein Schwerpunktbestimmungsmodul 216 bestimmt einen berechneten Punkt jedes Teils. In diesem Beispiel ist der berechnete Punkt ein Schwerpunkt. Das Schwerpunktbestimmungsmodul 216 kann außerdem einen Schwerpunkt für das entworfene Teil berechnen, oder diese Informationen können mit den anderen Entwurfsdaten durch das Entwurfseingabemodul 204 empfangen werden.
Ein Verschiebungsmodul 220 verschiebt die gemessenen Punkte, um den Schwerpunkt des hergestellten Teils auf den Schwerpunkt des entworfenen Teils auszurichten. Lediglich beispielhaft können die Entwurfsdaten vor der Speicherung in dem Speichermodul 208 auf ihren Schwerpunkt normiert worden sein, so dass sich der Schwerpunkt des entworfenen Teils am Nullpunkt des Koordinatensystems befindet und die Koordinaten jedes Punkts des entworfenen Teils durch ihren Abstand vom Schwerpunkt definiert sind. Im Ergebnis kann das hergestellte Teil einfach durch das Subtrahieren der Koordinaten des Schwerpunkts des hergestellten Teils von jedem der gemessenen Punkte des hergestellten Teils auf das entworfene Teil ausgerichtet werden. Die verschobenen Messpunkte werden im Speichermodul 208 gespeichert.
Ein Fehlerminimierungsmodul 224 bestimmt einen Satz von Winkeln, der die Fehler zwischen den verschobenen und gedrehten Messpunkten und den Entwurfspunkten minimiert. Wenn das Teil als ein zweidimensionales Teil behandelt wird, kann der Satz von Winkeln einen einzigen Winkel enthalten oder können die anderen Winkel in dem Satz auf null gezwungen werden. Für ein dreidimensionales Teil kann der Satz von Winkeln zwei oder drei Winkel enthalten. Der bestimmte Satz von Winkeln von dem Drehmodul 228 kann in dem Speichermodul 208 gespeichert werden, um es zu vermeiden, dass diese Winkel erneut berechnet werden müssen, falls der Prozess für ein gegebenes gemessenes Teil wiederholt wird.
Ein Drehmodul 228 wendet die bestimmte Drehtransformation auf die gemessenen Punkte an und stellt die transformierten Punkte einem Fehlerbestimmungsmodul 232 bereit. Das Fehlerbestimmungsmodul bestimmt die Abweichungen (die in der Gesamtheit minimiert worden sind) zwischen dem hergestellten Teil und dem entworfenen Teil. Diese bestimmten Abweichungen werden in dem Speichermodul 208 gespeichert.
Das Speichermodul 208 speicherte deshalb die Fehlerdaten für jedes hergestellte Teil. Das Speichermodul 208 kann Metadaten über diese Fehler speichern, einschließlich der Identifikation der Entwurfsiteration, die diesem Teil entspricht, der Identifikation des physischen Teils selbst und einer Identifikation der zum Erzeugen dieses Teils verwendeten Prozessiteration.
Weitere Metadaten können einen Zeitpunkt, zu dem das Teil hergestellt wurde, und einen Zeitpunkt, zu dem die Abmessungen des Teils gemessen wurden, enthalten. Wenn mehrere Messvorrichtungen für physische Abmessungen verwendet werden, können die Metadaten widerspiegeln, welche Vorrichtung verwendet wurde, und, wenn eine Bedienungsperson einbezogen ist, können die Metadaten die Identität der Bedienungsperson spezifizieren, wie z. B. durch den Namen oder die Mitarbeiternummer.
Ein Analysemodul 236 analysiert die Fehlerdaten für einen Satz von Teilen, der durch eine bestimmte Iteration eines Herstellungsprozesses erzeugt wurde. Aus dieser Analyse kann eine Prozessfähigkeit bestimmt werden. Eine andere Analyse kann statistische Berechnungen des Fehlers für jeden Entwurfspunkt enthalten und kann den Fehler hinsichtlich des absoluten Abstands oder als ein Prozentsatz des Abstands bezüglich des Abstands zwischen dem Entwurfspunkt und dem Entwurfsschwerpunkt ausdrücken. Außerdem kann das Speichermodul 208 den Fehler jedes Entwurfspunkts als einen Vektor und nicht nur eine skalare Zahl speichern. Dann können unter Verwendung der Vektormathematik Varianzen, arithmetische Mittel und Standardabweichungen berechnet werden.
Ein Meldemodul 240 meldet die Fehlerdaten und die Prozessfähigkeitsdaten einem Anwender und kann graphische Matrizen einzelner Teile und gemessener Punkte, wie in den 9A–10B gezeigt ist, und graphische Darstellungen der Abweichungen, wie in den 11A und 11B gezeigt ist, enthalten. Die Meldungen können verschiedene Formen annehmen und können unter Verwendung elektronischer Kommunikationskanäle oder physischer Ausdrucke an verschiedene Anwender gesendet werden. Basierend auf diesen Meldungen kann der Entwurf des Teils aktualisiert werden, um die Prozesseinschränkungen anzupassen, die bestimmte Einschränkungen des Teils nicht erreichen können. Außerdem kann der Herstellungsprozess überarbeitet werden, um ständige Defekte in den hergestellten Teilen zu korrigieren.
Die Prozessfähigkeit für eine gegebene Abmessung oder Spezifikation kann durch das Berechnen des Mittelwertes μ dieser Abmessung für die hergestellten Teile und das Berechnen der Standardabweichung σ dieses Werts für die hergestellten Teile bestimmt werden. Die Prozessfähigkeit ist dann der Unterschied zwischen der oberen Spezifikationsgrenze und der unteren Spezifikationsgrenze, geteilt durch das Produkt aus sechs und der Standardabweichung σ: C_p = USL – LSL / 6σ.
Im Allgemeinen sind höhere Zahlen der Prozessfähigkeit besser.
Diese Prozessfähigkeit kann die Fähigkeit des Prozesses überbewerten, falls sich der Mittelwert μ des Prozesses nicht in der Mitte zwischen der oberen und der unteren Spezifikationsgrenze befindet. Um den Abweichungen im Mittelwert des Prozesses entweder zur oberen oder zur unteren Spezifikationsgrenze Rechnung zu tragen, ist ein Prozessfähigkeitsindex als das Minimum zwischen einer oberen Prozessfähigkeit und einer unteren Prozessfähigkeit definiert: C_p,lower = μ – LSL / 3σ, C_p,upper = USL – μ / 3σ, C_pk = min[C_p,lower, C_p,upper].
In 7A ist ein beispielhafter Entwurfs- und Herstellungsprozess gezeigt. Die Steuerung beginnt bei 304, wo ein Teil entworfen wird oder die Entwurfsparameter eines vorher entworfenen Teils importiert werden. Als ein Teil des Entwerfens des Teils werden Messpunkte, Toleranzen und Soll-Prozessfähigkeiten spezifiziert. Bei 308 werden die Teile unter Verwendung eines gewählten Prozesses hergestellt. Bei 312 wird ein Schwerpunkt des entworfenen Teils bestimmt.
Bei 316 wird ein erstes der hergestellten Teile ausgewählt. Bei 320 wird das ausgewählte Teil in einer Spannvorrichtung angeordnet, wo die Messpunkte des ausgewählten Teils gemessen werden. Bei 324 transformiert die Steuerung die Messpunkte des ausgewählten Teils, wie z. B. in 7B ausführlicher gezeigt ist. Bei 328 bestimmt die Steuerung die Herstellungsabweichungen für das ausgewählte Teil, wie es transformiert ist. Bei 332 wird die Steuerung zu 336 übertragen, falls es zusätzliche Teile von dem Herstellungsdurchlauf gibt; andernfalls wird die Steuerung zu 340 übertragen. Bei 336 wird das nächste Teil ausgewählt, wobei die Steuerung zu 320 zurückkehrt.
Bei 340 wird eine statistische Analyse an den bei 328 transformierten Herstellungsabweichungen ausgeführt. Bei 344 bestimmt die Steuerung, ob die statistischen Ergebnisse den Entwurfsbeschränkungen entsprechen. Diese Beschränkungen können z. B. sein, dass jeder der Messpunkte eine Prozessfähigkeit eines vorgegebenen Schwellenwertes aufweist. Falls den Beschränkungen entsprochen wird, endet die Steuerung; andernfalls wird die Steuerung zu 348 übertragen. Bei 348 werden der Herstellungsprozess und/oder der Entwurf und/oder die Toleranzen und/oder die Soll-Prozessfähigkeiten eingestellt. Dann kehrt die Steuerung zu 308 zurück.
In 7B ist eine beispielhafte Transformation gezeigt. Die Steuerung beginnt bei 404, wo der Schwerpunkt des ausgewählten Teils bestimmt wird. Bei 408 verschiebt die Steuerung die Messpunkte des ausgewählten Teils basierend auf dem Unterschied zwischen dem Schwerpunkt des ausgewählten Teils und dem Schwerpunkt des Entwurfs für das Teil. Bei 412 bestimmt die Steuerung eine Drehung, die die Summe der Quadrate der Abweichungen zwischen den Messpunkten des Entwurfs und den transformierten Messpunkten des ausgewählten Teils minimiert. Bei 416 wendet die Steuerung die bestimmte Drehtransformation 91 auf die Messpunkte des ausgewählten Teils an, wobei die Steuerung zu 6A zurückkehrt.
In den folgenden Figuren ist ein beispielhaftes Teil entworfen und hergestellt worden, um einige der potentiellen Vorteile der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen. In 8 ist eine Draufsicht des hergestellten Teils gezeigt, wobei die Messpunkte beschriftet sind. In dem Beispiel sind die Messpunkte in der z-Richtung definiert, wobei sich die x- und die y-Achse in der Ebene der Zeichnung befinden und sich die z-Achse senkrecht zu der Ebene der Zeichnung erstreckt.
In den 9A–9B ist eine Tabelle der Messpunkte gezeigt, wobei jede Zeile einem anderen Messpunkt entspricht. Die Messpunkte sind noch nicht gemäß der Offenbarung transformiert worden. Es gibt zehn hergestellte Teile, die als Beispiele gezeigt sind, wobei jedes Teil einer jeweiligen Spalte 450-4, 450-5, 450-6, 450-7, 450-8, 450-9, 450-10, 450-11, 450-12 und 450-13 entspricht.
Die Spalte 450-1 gibt die Nummer des Messpunkts an. Die Zeilen sind über die beiden Blätter geteilt, wobei die erste Hälfte der Zeilen in 9A gezeigt ist, während die zweite Hälfte in 9B gezeigt ist. Die tatsächlich gemessene Abweichung für jeden Punkt ist an jedem Schnittpunkt eines Punkts und eines Teils gezeigt. Lediglich beispielhaft weist der Punkt 4 des Teils 1 eine Abweichung von –0,277 Millimetern auf.
Eine Spalte der tiefen Toleranz, 450-2, entspricht einem Unterschied zwischen dem Entwurfswert für den Punkt und einer unteren Spezifikationsgrenze für den Punkt. Eine Spalte der hohen Toleranz 450-3 entspricht einem Unterschied zwischen einer oberen Spezifikationsgrenze für den Punkt und dem Entwurfswert für den Punkt. Deshalb fallen die tiefe und die hohe Toleranz auf beide Seiten von null. Die gemessenen Punkte, für die die gemessene Abweichung des Teils eine spezifizierte Toleranz übersteigt, sind mit einem umgebenden Kasten identifiziert. Der Punkt 8 des Teils 1 (die Spalte 450-4) übersteigt z. B. die 0,6-Toleranz und ist deshalb durch einen Rand umgeben.
Eine Spalte 450-14 der Prozessfähigkeit (”Cp”) und eine Spalte 450-15 des Prozessfähigkeitsindexes (”Cpk”) geben die Prozessfähigkeit und den Prozessfähigkeitsindex für jeden der Messpunkte vor der Transformation an. Es wird angegeben, dass während die Punkte 27 und 28 beide eine relativ hohe Prozessfähigkeit von 2,31 aufweisen, der Prozessfähigkeitsindex für jeden dieser Punkte tatsächlich negativ ist, weil sich der Mittelwert dieser Punkte außerhalb der Toleranzen befindet.
Wie in den 9A–9B zu sehen ist, hat es den Anschein, dass viele Punkte der Mehrheit der Teile den Spezifikationswert übersteigen. Außerdem übersteigen die Punkte 27 und 28 die Spezifikationstoleranzen jedes einzelnen hergestellten Teils und übersteigen die gemessenen Werte für den Punkt 40 die Toleranzwerte für alle außer eines der Teile.
Es werden die 9A–9B mit den 10A–10B verglichen, in denen dieselben Teile mit denselben Messungen gemäß der vorliegenden Offenbarung transformiert worden sind. Die Spalten in den 10A–10B (460-1 bis 460-15) entsprechen den Spalten in den 9A–9B mit den Abweichungszahlen für jedes der 10 Teile (die Spalten 460-4, 460-5, 460-6, 460-7, 460-8, 460-9, 460-10, 460-11, 460-12 und 460-13) nach dem Ausführen der Transformation. Die Spalte 460-14 der Prozessfähigkeit und die Spalte 460-15 des Prozessfähigkeitsindexes sind jede basierend auf den überarbeiteten Abweichungszahlen aktualisiert worden.
Wie aus der visuellen Untersuchung der 10A–10B offensichtlich ist, ist die Anzahl der Punkte, die die definierten Toleranzen übersteigen, signifikant niedriger als in den 9A–9B. In der Tat gibt es abgesehen vom Teil 7, das irgendeine Herstellungsanomalie erfahren haben kann, nur sechs Punkte, die die spezifizierten Toleranzen übersteigen. Ferner gibt es nur zwei Punkte, den Punkt 38 und den Punkt 10, für die mehr als ein Teil eine Abweichung außerhalb der spezifizierten Toleranzen zeigt.
Die Aufmerksamkeit des Teileentwerfers und des Prozessentwerfers kann dann auf eine kleinere Anzahl von Punkten konzentriert werden, die z. B. eine Prozessfähigkeit von 1,33 unterschreiten. Wenn die 9A–9B ohne die Transformation betrachtet werden, ist es schwierig zu bestimmen, wohin der Teil- und Herstellungsprozess-Entwurfsaufwand zu richten ist. Die Prozessfähigkeit und der Prozessfähigkeitsindex nach den 10A–10B sind nicht länger von den Bezugspunkten abhängig, wobei sie deshalb über einen umfangreicheren Bereich von Messvorrichtungen, Bedienungspersonen und Herstellungsprozessen verwendet werden können. Die Varianz aufgrund der Auswahl der Bezugspunkte kann durch die vorliegende Offenbarung, die die wahre Prozessvarianz enthüllt, eliminiert oder verringert werden.
In 11A ist eine graphische Darstellung der Abweichung für jedes der Teile gezeigt. In diesem Fall ist eine graphische Darstellung der Abweichung (in Millimetern) auf der y-Achse für jeden Messpunkt auf der x-Achse für jedes der zehn Teile gezeigt. Es wird angegeben, dass der Mittelwert der Abweichungen hoch ist, wobei deshalb viele der Teile außerhalb der Toleranzzone 500 von –0,6 bis 0,6 liegen. Eine dicke Linie der durchschnittlichen Abweichung ist gezeigt und als 504 beschriftet. Außerdem ist die Abweichung für das Teil 7 über den Messpunkten als 508 beschriftet.
Unterdessen sind in 11B die transformierten Abweichungen graphisch dargestellt. Es ist nun zu sehen, dass sie um null zentriert sind, wobei viele der Punkte in die Toleranzzone 500 fallen. Eine dicke Linie für die durchschnittliche Abweichung ist gezeigt und als 524 beschriftet. Außerdem ist die Abweichung für das Teil 7 über den Messpunkten als 528 beschriftet.
Die vorhergehende Beschreibung ist lediglich veranschaulichender Art und ist in keiner Weise vorgesehen, die Offenbarung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen einzuschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in verschiedenen Formen implementiert sein. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele enthält, sollte deshalb der wahre Schutzumfang der Offenbarung nicht so eingeschränkt werden, weil andere Modifikationen bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche erkannt werden. Wie der Ausdruck wenigstens eines von A, B und C verwendet wird, sollte er so ausgelegt werden, dass er ein logisches (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht ausschließenden Oder bedeutet, während er nicht so ausgelegt werden sollte, dass er ”wenigstens eines von A, wenigstens eines von B und wenigstens eines von C” bedeutet. Es sollte erkannt werden, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in einer anderen Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
In dieser Anmeldung einschließlich der Definitionen im Folgenden kann der Begriff 'Modul' oder der Begriff 'Controller' durch den Begriff 'Schaltung' ersetzt werden. Der Begriff 'Modul' kann sich auf: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischte analoge/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischte analoge/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA); eine Prozessorschaltung (gemeinsam benutzt, dediziert oder eine Gruppe), die Code ausführt; eine Speicherschaltung (gemeinsam benutzt, dediziert oder eine Gruppe), die den Code speichert, der durch die Prozessorschaltung ausgeführt wird; andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination aus einigen oder allen des Obigen, wie z. B. in einem System auf einem Chip, beziehen, ein Teil des Obigen sein oder das Obige enthalten.
Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen enthalten. In einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen verdrahtete oder drahtlose Schnittstellen enthalten, die mit einem lokalen Netz (LAN), dem Internet, einem Weitbereichsnetz (WAN) oder Kombinationen daraus verbunden sind. Die Funktionalität irgendeines gegebenen Moduls der vorliegenden Offenbarung kann unter mehreren Modulen, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind, verteilt sein. Mehrere Module können z. B. einen Lastausgleich ermöglichen. In einem Beispiel kann ein Server-Modul (das außerdem als ein entferntes oder Cloud-Modul bekannt ist) irgendeine Funktionalität im Auftrag eines Client-Moduls ausführen.
Der Begriff Code, wie er oben verwendet wird, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode enthalten und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam benutzte Prozessorschaltung umfasst eine einzelne Prozessorschaltung, die etwas oder allen Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessorschaltung umfasst eine Prozessorschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Prozessorschaltungen etwas oder allen Code von einem oder mehreren Modulen ausführt. Die Bezugnahmen auf Mehrprozessorschaltungen umfassen Mehrprozessorschaltungen auf diskreten Dies, Mehrprozessorschaltungen auf einem einzigen Die, mehrere Kerne einer einzigen Prozessorschaltung, mehrere Threads einer einzigen Prozessorschaltung oder eine Kombination aus dem Obigen. Der Begriff gemeinsam benutzte Speicherschaltung umfasst eine einzige Speicherschaltung, die etwas oder allen Code von den mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicherschaltung umfasst eine Speicherschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Speichern etwas oder allen Code von einem oder mehreren Modulen speichert.
Der Begriff Speicherschaltung ist eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium. Der Begriff computerlesbares Medium, wie er hier verwendet wird, umfasst keine vorübergehenden elektrischen oder elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium (wie z. B. auf einer Trägerwelle) ausbreiten; der Begriff computerlesbares Medium kann deshalb als greifbar und nichtflüchtig betrachtet werden. Nicht einschränkende Beispiele eines nichtflüchtigen, greifbaren computerlesbaren Mediums enthalten nichtflüchtige Speicherschaltungen (wie z. B. eine Flash-Speicherschaltung oder eine Masken-Festwertspeicherschaltung), flüchtige Speicherschaltungen (wie Z. B. eine statische Schreib-Lese-Speicherschaltung und eine dynamische Schreib-Lese-Speicherschaltung), einen sekundären Speicher, wie z. B. einen Magnetspeicher (wie z. B. ein Magnetband oder ein Festplattenlaufwerk) und optischen Speicher.
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch einen Spezialcomputer implementiert sein, der durch das Konfigurieren eines Universalcomputers erzeugt wird, um ein oder mehrere spezielle Funktionen, die in Computerprogrammen verkörpert sind, auszuführen. Die Computerprogramme enthalten prozessorausführbare Anweisungen, die in wenigstens einem nichtflüchtigen, greifbaren computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können außerdem gespeicherte Daten enthalten oder sich auf gespeicherte Daten stützen. Die Computerprogramme können ein grundlegendes Eingabe-/Ausgabesystem (BIOS), das mit der Hardware des Spezialcomputers wechselwirkt, Vorrichtungstreiber, die mit speziellen Vorrichtungen des Universalcomputers wechselwirken, ein oder mehrere Betriebssysteme, Anwenderanwendungen, Hintergrunddienste und -anwendungen usw. enthalten.
Die Computerprogramme können enthalten: (i) Assemblercode; (ii) aus einem Quellcode durch einen Kompilierer erzeugten Objektcode; (iii) Quellcode für die Ausführung durch einen Interpretierer; (iv) Quellcode für die Kompilierung und die Ausführung durch einen Just-in-time-Kompilierer, (v) beschreibenden Text zum Parsen, wie z. B. HTML (Hypertext-Auszeichnungssprache) oder XML (erweiterbare Auszeichnungssprache) usw. Lediglich als Beispiele kann der Quellcode in C, C++, C#, Objective-C, Haskell, Go, SQL, Lisp, Java^®, ASP, Pearl, Javascript^®, HTML5, Ada, ASP (aktive Server-Seiten), Perl, Scala, Erlang, Ruby, Flash^®, Visual Basic^®, Lua oder Python^® geschrieben sein.
Keines der in den Ansprüchen dargestellten Elemente ist vorgesehen, ein Mittel-plus-Funktion-Element innerhalb der Bedeutung von 35 USC §112(f) zu sein, es sei denn, ein Element ist ausdrücklich unter Verwendung des Ausdrucks ”Mittel zum” oder in dem Fall eines Verfahrensanspruchs unter Verwendung der Ausdrücke ”Operation zum” oder ”Schritt zum” dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

35 USC §112(f) [0108]

Claims

Verfahren, das umfasst: Empfangen mehrerer Werte, die den Messpunkten eines ersten Teils entsprechen, das gemäß einem ersten Entwurf unter Verwendung eines ersten Herstellungsprozesses hergestellt wird, wobei der erste Entwurf Entwurfswerte für die Messpunkte spezifiziert; Berechnen eines Referenzpunkts des ersten Teils basierend auf den empfangenen Werten; Verschieben der empfangenen Werte basierend auf einem Unterschied zwischen dem Referenzpunkt des ersten Teils und einem Referenzpunkt des ersten Entwurfs; Anwenden einer Drehtransformation auf die verschobenen Werte, um transformierte Werte zu erzeugen, wobei die Drehtransformation einen ersten Winkel enthält; Bestimmen eines ersten Wertes für den ersten Winkel, der die Abweichungen zwischen den transformierten Werten und den spezifizierten Entwurfswerten minimiert; Berechnen der Abweichungen zwischen (i) den transformierten Werten, die dem ersten Wert entsprechen, und (ii) den spezifizierten Entwurfswerten; Berechnen einer Prozessmetrik des ersten Herstellungsprozesses basierend auf den berechneten Abweichungen für das erste Teil und den berechneten Abweichungen für mehrere zusätzliche Teile; und basierend auf der Prozessmetrik selektives Ausführen (i) des Einstellens des ersten Herstellungsprozesses und/oder (ii) des Wählens eines anderen Prozesses zum Herstellen des ersten Entwurfs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die mehreren Werte für jeden Punkt der Messpunkte einen Satz von Koordinaten für den Punkt enthalten; und das Verschieben der empfangenen Werte enthält: Bestimmen der Verschiebungskoordinaten durch das Subtrahieren der Koordinaten des Referenzpunkts des ersten Entwurfs von den Koordinaten des Referenzpunkts des ersten Teils; und für jeden Punkt der Messpunkte Erzeugen der verschobenen Werte durch das Subtrahieren der Verschiebungskoordinaten von dem Satz von Koordinaten für den Punkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–2, wobei: die Drehtransformation einen zweiten Winkel und einen dritten Winkel enthält; und die Drehtransformation umfasst: Drehen um den ersten Winkel um eine z-Achse eines ersten Koordinatensystems des ersten Teils, was zu einem zweiten Koordinatensystem führt; Drehen um den zweiten um eine x-Achse des zweiten Koordinatensystems, was zu einem dritten Koordinatensystem führt; und Drehen um den dritten Winkel um eine z-Achse des dritten Koordinatensystems.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, wobei das Bestimmen des ersten Wertes das Minimieren einer Fehlermetrik basierend auf einer Summe eines Quadrats jeder einzelnen Abweichung zwischen jedem der transformierten Werte und den jeweiligen spezifizierten Entwurfswerten enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, das ferner das Vergleichen des ersten Herstellungsprozesses mit einem zweiten Herstellungsprozess basierend auf der Prozessmetrik und einer Prozessmetrik des zweiten Herstellungsprozesses umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, das ferner das Bestimmen mehrerer Prozessmetriken einschließlich der Prozessmetrik umfasst, wobei jede der mehreren Prozessmetriken einem jeweiligen der Messpunkte des ersten Entwurfs entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, das ferner das Messen der Werte entsprechend den Messpunkten des ersten Teils umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei: der Referenzpunkt des ersten Entwurfs ein Schwerpunkt des ersten Entwurfs ist; und der Referenzpunkt des ersten Teils ein Schwerpunkt des ersten Teils ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, wobei die Prozessmetrik entweder eine Prozessfähigkeit oder ein Prozessfähigkeitsindex ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, das ferner in Reaktion auf die Prozessmetrik (i) das Modifizieren des ersten Entwurfs und/oder (ii) das Modifizieren der Toleranzen von einem oder mehreren der Messpunkte des ersten Entwurfs umfasst.