CN106164983B - 用于在虚拟环境中再现生产过程的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在虚拟环境中再现生产过程的方法，其中，在生产过程期间，使生产装置(1)和工件(2)彼此相互作用，其中，所述虚拟环境一方面由工件(2)的事先计算出的三维数据生成。根据本发明设置，所述虚拟环境另一方面由真实存在的生产装置(1)的通过扫描仪检测的三维数据生成。

Description

用于在虚拟环境中再现生产过程的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在虚拟环境中再现生产过程的方法。
背景技术
公知了一种用于在虚拟环境中再现生产过程的方法，其中，在生产过程期间，使生产装置和工件彼此相互作用，其中，虚拟环境由工件的事先计算出的三维数据生成。
上文所用的表达“彼此相互作用”在此理解为，生产装置和工件在生产过程中在最广泛的意义下彼此接触，其中，生产装置需要在工件上执行至少一个生产步骤。
上文所用的概念“再现”特别是理解为将生产过程图像再现在屏幕上或监控器上，其中，对应于生产过程的部分例如工件和生产装置被显示在三维空间、即虚拟环境中。替代地，由此也可以是计算机模拟，在所述计算机模拟的情况下，生产过程不是在现实中进行，而是在计算机的处理器中进行。
所述模拟用于不同的目的。例如存在下述的生产过程，在所述生产过程中，整个过程在其被实现到现实中之前，首先在虚拟现实中被模拟，以便验证所述整个过程是否按照预期进行。然而也存在下述的模拟，在所述模拟中将已经真实存在的生产过程再现在虚拟环境中，其中，所述模拟则可以用于虚拟地检验参数变化。
在此，所述模拟的前提始终是，工件和生产装置的三维数据以对于计算机可处理的形式存在。
这在理论中通常是这种情况，因为不仅工件而且生产装置现在已经直接在计算机上开发，由此则直接得出所述构件的三维数据。
然而这在实际中通常没有那么简单，更确切地说，特别是关于多件式生产装置没有那么简单，因为所述多件式生产装置的空间构型通常取决于工件，其中需注意的是，基于布置时所需的经验数据将生产装置的多个零件在虚拟环境中进行确实的空间布置与极大的个人时间耗费相关。
发明内容
因此，本发明的目的在于，更确切地说特别是在提供生产装置的三维数据方面改善用于再现开头所述类型的生产过程的方法。
该目的借助于一种用于再现开头所述类型的生产过程的方法通过在本发明技术方案中得出的特征来实现。
按照本发明，提出了一种用于在虚拟环境中再现生产过程的方法，其中，在所述生产过程期间，使一生产装置和一工件彼此相互作用，其中，所述虚拟环境一方面由所述工件的事先计算出的三维数据生成，其中，所述虚拟环境另一方面由真实存在的生产装置的通过扫描仪检测的三维数据生成，所述生产装置在其通过所述扫描仪检测之前可选地根据真实存在的工件或者根据工件的光学投影进行构建，然后适配于所述工件。
也就是说，根据本发明设置，所述虚拟环境除了工件的已计算的三维数据以外还由真实存在的生产装置的通过扫描仪检测的三维数据生成。
换句话说，本发明在于，实际所需的、适配于工件的生产装置的三维数据本身不是在虚拟世界中产生，而是利用所谓的3D扫描仪产生，所述3D扫描器还将更详细地进行探讨。为此，生产装置首先完全真实地由多个零件组装，更准确地说，在空间上以工件为导向。
在此，根据本发明的方法的一个还将更详细说明的有利的扩展方案在于，所述工件本身基于其三维数据产生为在开发空间中的光学投影。真实存在的生产装置则朝向所述投影定向并且适配于该投影。在此，该做法的特别的优点在于，生产装置的用户常常需要工件本身并且与此相应地不能或不愿意将所述工件提供给生产装置的制造方。但是通过所述投影，生产装置的制造方仍然可以完全真实地适配并且构建生产装置，更准确地说在所述工件没有在现实中呈现在制造方面前的情况下。
然而替代地、即如果工件在现实中存在，则生产装置也可以根据真实存在的工件构建。
对于这两种方式关键的是，当生产装置确实存在时，所述生产装置利用3D扫描仪来空间扫描或测量，其中，生产装置的在此测定的三维数据接着输送到已经由工件组成的虚拟环境中，从而最后提供由工件和生产装置组成的整个虚拟环境用于开头所述的目的。
根据本发明的方法的其他有利的扩展方案由下述说明中得出。
为了完整性还指出下述现有技术：
由专利文件DE 10 2005 009 437 A1公知了一种下述的方法(参见该专利文件特别是段落[0063]和图10)，其中，真实存在的生产装置(特别是抓取装置)由人借助于虚拟基础几何结构进行模拟，以便接着可以在虚拟环境中使用所形成的对象。根据本发明的方法与此不同之处特别是在于，生产装置(特别是抓取装置)不是由人虚拟地模拟，而是根据需利用生产装置操纵的工件个别地构建并且接着被扫描以用于虚拟环境中。
由专利文件DE 102 40 392 A1公知了一种用于相对于真实环境的对象测量非现实存在的虚拟对象的方法。在此也未指出，生产装置根据需利用生产装置操纵的工件个别地构建并且接着被扫描以用于虚拟环境中。
最后由专利文件DE 10 2007 045 835 A1公知了一种用于在真实环境中再现虚拟对象的方法，利用该方法在与真实环境混合的情况下在很大程度上接近真实地再现虚拟对象与真实对象所出现的碰撞。在此也未公开根据本发明的方案。
附图说明
下面根据两个实施例所绘的图示详细地说明根据本发明的包括有利的扩展方案的方法。
(未按比例的)附图中：
图1作为侧视图示意性地示出生产线的一部分，所述生产线具有由机器人操纵的、构造为抓取装置的生产装置，所述生产装置用于从第一工具装置中取出工件并且将该工件输送到第二工具装置中；
图2作为俯视图示意性地示出了构造为抓取装置的根据图1包括工件的生产装置；
图3作为侧视图示意性地示出抓取装置和3D扫描仪；和
图4立体地示出一个工件(深冲的板件)以及抓取装置的两部分。
具体实施方式
附图根据两个实例示出根据本发明的用于在虚拟环境中再现生产过程的方法的细节。该方法首先以公知方式具有的特征在于，在生产过程期间，生产装置1和工件2彼此相互作用，其中，所述虚拟环境一方面由工件2的事先计算出的三维数据生成。
在图1至3中，在此为了更简明的图示极大简化地(并且由此以在实际中无法实现地)从平面的工件2出发，在图中左边的该工件从第一工具装置3中被取出，以便接着将该工件放入在图中右边所示的第二工具装置3中。所述工具装置3典型地是(大型的)深冲压力机，利用所述深冲压力机深冲出例如用于汽车制造的板材。在此，开头所述的虚拟环境此外优选由预先计算的工具装置3的三维数据生成。在工具装置3之间布置一个机器人5，也就是说，在这种情况下(优选地)构造为抓取装置1.1的生产装置1借助于机器人5的手臂5.1运动以可选地用于从工具装置3中取出工件2或者用于将工件2输送到工具装置3中。然而替代地也可以例如设置，生产装置1在焊接过程中构造为用于所述工件2的保持架。
图4为了说明而示出一个真实的工件，所述真实工件的用于抓取装置1.1的抽吸装置的连接点(如同看到的那样)布置在工件2的完全不同的、也相对彼此倾斜地延伸的平面上。在此，抓取装置1.1由多个适配工件2的、能相对彼此固定在不同位置上的零件(特别是连接元件、支承元件和抽吸元件)构成。此外要指出的是，根据图4的抓取装置1.1的两个部分构造为在现实中还与在此未示出的连接元件彼此连接。
此时对于根据本发明的方法重要的是，虚拟环境以前述的公知的方法的补充方案由真实存在的生产装置1的通过扫描仪检测的三维数据生成。
图3在此示意性地示出了所述扫描仪、特别是3D扫描仪4，其中，特别优选地使用用于扫描生产装置1的所谓的3D激光扫描仪。为了简明，关于公知的扫描仪参考Wikipedia(维基百科)，也就是说参考下述的永久网址http://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝ Laserscanning&oldid＝109718171，在所述地址下公开了：“3D扫描将三维点云和由此测量场景的全像提供作为结果。或者根据点云确定单个尺寸例如长度和角度，或者由所述点云构成(连接成网或结网)由三角形组成的闭合表面并且例如使用在用于可视化的3D计算机图像中。”
然而在扫描生产装置1之前，所述生产装置首先被具体地构建并且调准。如同开头所述的那样，这可以或者直接在已有的真实存在的工件2上进行(在图2中通过实线示出)，或者也可以借助于工件2的光学的三维投影进行(在图2中通过虚线示出)。为此使用所谓的“Cave Automatic Virtual Environment(洞穴状自动虚拟环境)”、即用于投影三维虚幻世界的空间，例如其在Wikipedia(维基百科)中在下述的永久网址下已描述:http:// de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Cave_Automatic_Virtual_Environment&oldid ＝116809189。
在由多个零件构成的并且就此而言在计算机的虚拟环境中不能简单地调准的生产装置1被构建并且适配工件2之后，所述生产装置被完全地、即三维地扫描。在此产生的数据被换算成适当的数据格式中并且输送到虚拟环境中，到时该虚拟环境只能识别工件数据以及必要时工具装置数据，从而接着可以直接验证生产装置1是否符合预定的要求，即例如在机器人手臂5.1运动时不导致与工具装置3碰撞。
附图标记列表
1 生产装置
1.1 抓取装置
2 工件
3 工具装置
4 扫描仪
5 机器人
5.1 机器人手臂

Claims (6)

1.一种用于在虚拟环境中再现生产过程的方法，其中，在所述生产过程期间，使一生产装置(1)和一工件(2)彼此相互作用，其中，所述虚拟环境一方面由所述工件(2)的事先计算出的三维数据生成，其特征在于，所述虚拟环境另一方面由真实存在的生产装置(1)的通过扫描仪检测的三维数据生成，所述生产装置(1)在其通过所述扫描仪检测之前可选地根据真实存在的工件(2)或者根据工件(2)的光学投影进行构建，然后适配于所述工件(2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生产装置(1)由多个适配于所述工件(2)的、能相对彼此固定在不同位置中的零件构成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，3D扫描仪(4)用作扫描仪。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述生产装置(1)构造为抓取装置(1.1)，其中，在所述生产过程期间，利用所述抓取装置(1.1)将所述工件(2)输送给一工具装置(3)或者从所述工具装置取出，其特征在于，所述虚拟环境附加地由所述工具装置(3)的事先计算出的三维数据生成。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述抓取装置(1.1)借助于一机器人(5)的手臂(5.1)运动以可选地用于将所述工件(2)输送给所述工具装置(3)或者用于从所述工具装置(3)中取出所述工件(2)。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，3D激光扫描仪用作扫描仪。
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