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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Drehmomentmessung
an einem Drehteil, wobei das Drehteil eine im Wesentlichen senkrecht aus
einer Oberfläche
ragende starre Drehachse aufweist, unter Verwendung einer an einem
Knickarmroboter vorgesehenen Drehmomentmessvorrichtung. Derartige
Drehteile sind beispielsweise Drehschalter beziehungsweise Drehsteller
im Automobilbereich.
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Die
JP 10109287 beschreibt
ein Verfahren zur Verwendung eines Roboters zum Testen eines rotierenden
Mechanismus.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, das
eine hochgenaue Drehmomentmessung an einem Drehteil mit einer starren, im
Wesentlichen senkrecht aus einer Oberfläche ragenden Drehachse ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wir durch den vorliegenden Anspruch 1 gelöst. Die
Unteransprüche
betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die Drehmomentmessvorrichtung zuerst vom Knickarmroboter in
eine räumlich
vor dem Drehteil gelegene Ausgangsposition verbracht wird, in welcher
die Drehachse der Drehmomentmessvorrichtung im Wesentlichen identisch
mit der Drehachse des Drehteils ist, und erst anschließend die
Drehmomentmessung vorgenommen wird. Damit wird der räumliche
Achsversatz, der in Form einer Verkippung und/oder Verschiebung
der beiden Drehachsen von Drehteil bzw. Drehmomentmessvorrichtung
vorliegt, eliminiert. Damit ergibt sich eine besonders genaue und
zuverlässige
Drehmomentmessung, da keine zusätzlichen Scherkräfte aufgrund
eines räumlichen
Versatzes der beiden Drehachsen mehr entstehen können und das Messergebnis somit
nicht verfälscht
wird. Außerdem ergibt
sich eine jederzeitige Reproduzierbarkeit der Drehmomentmessung,
beispielsweise indem die Koordinaten der räumlich vor dem Drehteil gelegenen Ausgangsposition
geeignet gespeichert werden.
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Eine
bevorzugte Anwendung der Erfindung liegt in der Drehmomentmessung
von Bedienelementen im Automobilbereich. Derartige Bedienelemente
sind insbesondere Drehschalter, das heißt Bedienelemente welche um
eine starre Drehachse mit festen Rastpositionen drehbar sind, oder
Drehsteller, also Bedienelemente welche um eine starre Drehachse
stufenlos drehbar sind. Die Erfindung kann jedoch bei allen Bedienelementen
eingesetzt werden, deren Drehachse im Wesentlichen senkrecht aus
einer Oberfläche
ragt. Eine derartige Oberfläche
bildet beispielsweise ein Armaturenbrett auf welchem die Bedienelemente
angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch bei anderen
Bedienelementen, beispielsweise kombinierten Dreh-Drück-Schaltern beziehungsweise
Dreh-Drück-Stellern
anwendbar. Sogar bei schwenkbaren Dreh-Drück-Schaltern beziehungsweise
Dreh-Drück-Stellern
(„Joystick-Lagerung") ist das Verfahren
anwendbar. Denn diese weisen unverschwenkt ebenfalls eine im Wesentlichen
starre und senkrecht aus einer Oberfläche ragende Drehachse auf.
Nicht eingesetzt werden kann die Erfindung bei Rändelrädern, da deren Drehachse im
Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche verläuft.
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Bei
erfindungsgemäß vorgenommenen Drehmomentmessungen
an Drehteilen tritt nun kein Versatz von verschiedenen Drehachsen
mehr auf, da eine automatisierte Ausrichtung der Drehachse der Drehmomentmessvorrichtung
am Knickarmroboter und der Drehachse des Drehteils vorgenommen wird.
Zur weiteren Durchführung
der Drehmomentmessungen, nach dem Verbringen der Drehmomentmessvorrichtung
in die räumlich
vor dem Drehteil gelegene Ausgangsposition, kann z.B. abhängig von der
jeweiligen Anordnung bzw. dem jeweiligen Drehteil die Drehmomentmessvorrichtung
und/oder der Knickarmroboter auf dieser gemeinsamen Drehachse entlang
bewegt werden.
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Besonders
vorteilhaft ist die Verbringung der Drehmomentmessvorrichtung in
die räumlich
vor dem Drehteil gelegene Ausgangsposition in der Weise, dass hierfür zwei getrennte
Schritte vorgesehen sind. Damit ergibt sich eine rechentechnisch
besonders einfach realisierbare Lösung, indem die zur Verbringung
der Drehmomentmessvorrichtung in die räumlich vor dem Drehteil gelegene
Ausgangsposition notwendigen räumlichen
Bewegungen voneinander separiert werden. Hierzu wird in einem ersten Schritt
die Drehachse der Drehmomentmessvorrichtung im Raum parallel zur
Drehachse des Drehteils ausgerichtet. In einem zweiten Schritt wird
die Drehachse der Drehmomentmessvorrichtung auf die Drehachse des
Drehteils im Raum parallel verschoben und damit zur Deckung gebracht.
Hiermit wird in einfacher Weise der Tatsache Rechnung getragen, dass
die auf dem Knickarmroboter vorgesehene Drehmomentmessvorrichtung
besonders einfach im Raum verfahrbar ist. Dem gegenüber ist
das Drehteil meist auf einer entsprechenden Oberfläche, beispielsweise
einem Armaturenbrett eines Automobils, fixiert.
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Bevorzugt
werden im ersten Schritt drei frontale Hilfspunkte auf dem Drehteil
definiert. Diese drei Hilfspunkte sind beliebig auf einer Front
des Drehteils vorsehbar, wobei der Begriff Front einen zur Drehachse
des Drehteils orthogonalen Bereich des Drehteils bezeichnet. Damit
ergibt sich unter Verwendung der drei Hilfspunkte die Festlegung
einer Fläche.
Diese Fläche
weist damit einen Normalvektor auf, dessen räumliche Ausrichtung parallel
zur Drehachse des Drehteils ist. Da durch die drei frontalen Hilfspunkte
eine jeweilige Fläche
eindeutig festgelegt ist, stellt dieses Vorgehen eine besonders
einfache Möglichkeit
zur Erzeugung eines stets zur Drehachse des Drehteils parallelen
Normalvektors dar. Durch entsprechende Auswahl der frontalen Hilfspunkte
können
auch solche Fronten von Drehteilen verarbeitet werden, die keine
flache Oberfläche
aufweisen. Hier können
beispielsweise Randpunkte oder ähnliches gewählt werden.
In jedem Fall ist der auf dieser Fläche errichtete Normalvektor
stets parallel zur Drehachse dieses zugehörigen Drehteils. Damit ist,
gemäß dem ersten
Schritt, stets die Drehachse der Drehmomentmessvorrichtung im Raum
parallel zur Drehachse des Drehteils ausgerichtet wenn die Drehachse
des Drehteils parallel zum Normalvektor ausgerichtet ist.
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In
einem zweiten Schritt werden nun die parallel ausgerichteten starren
Drehachsen des Drehteils und der Drehmomentmessvorrichtung zur Deckung
gebracht. Hierzu werden drei Manteloberflächenhilfspunkte auf dem Drehteil
definiert. Diese Manteloberflächenhilfspunkte
sind beliebig auf dem entlang der Drehachse des Drehteils verlaufenden Bereich
(Manteloberfläche)
vorsehbar. Dabei werden die drei Manteloberflächenhilfspunkte entsprechend der
Form des Drehteils ausgewählt.
Falls das Drehteil beispielsweise als gleichförmiger Zylinder ausgebildet
ist, können
drei beliebige Punkte auf der zylindrischen Manteloberfläche ausgewählt werden. Weist
das Drehteil Vertiefungen, Vorsprünge oder ähnliches auf, so sind die Punkte
jeweils innerhalb korrespondierender Vertiefungen beziehungsweise auf
jeweiligen Vorsprüngen
zu wählen.
Anschließend werden
die Manteloberflächenhilfspunkte
rechnerisch auf die im ersten Schritt eindeutig festgelegte Fläche, entlang
der Drehachse des Drehteils, projiziert, wodurch ein Umriss des
Drehteils auf dieser Fläche
entsteht. Dieser Umriss kann ein Kreis sein, für den dann der Kreismittelpunkt
bestimmt wird, durch den die starre Drehachse der Drehmomentmessvorrichtung
am Knickarmroboter verlaufen muss. Andere geometrische Formen von
Umrissen des Drehteils, z.B. Dreiecke oder Quadrate, ermöglichen
ebenfalls die Bestimmung eines Mittelpunktes (Schwerpunktes), durch
den die starre Drehachse der Drehmomentmessvorrichtung am Knickarmroboter
verlaufen muss. Damit sind beide starren Drehachsen von Drehteil
und Drehmomentmessvorrichtung übereinander
gelegt, d.h. zur Deckung gebracht, und es kann entlang dieser nun
gemeinsamen Drehachse ein beliebiger Punkt als Ausgangsposition
für den
Knickarmroboter zur Durchführung der
Drehmomentmessung ausgewählt
werden.
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Die
Verbringung der Drehmomentmessvorrichtung in die beschriebene Ausgangsposition,
unter Verwendung der Definition von sechs Hilfspunkten, ermöglicht die
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
bei beliebig geformten Drehteilen. Bei speziellen Drehteilen kann
es auch ausreichend sein, lediglich drei Hilfspunkte zu verwenden.
Dies kann beispielsweise bei absolut gleichförmigen Zylinderoberflächen der
Fall sein. Hier würden
drei Hilfspunkte auf der Manteloberfläche, die gleichzeitig auf der Frontalfläche angeordnet
wären,
genügen.
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Die
Definition beziehungsweise Auswahl der jeweiligen Hilfspunkte kann
mit Hilfe von CAD-Koordinaten und/oder durch einfache manuelle Eingabe (teachen)
am Knickarmroboter realisiert werden.
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Zusammenfassend
ermöglicht
die Erfindung das automatische Ausrichten der Drehachse der am Knickarmroboter
vorgesehenen Drehmomentmessvorrichtung auf die Drehachse des zu
vermessenden Drehteils. Dies geschieht durch die Verwendung einer
Ausgangsposition für
den Knickroboter im Raum vor der eigentlichen Drehmomentmessvorrichtung, die
sich auf der Drehachse des zu vermessenden Drehteils und der Drehachse
der am Knickarmroboter vorgesehenen Drehmomentmessvorrichtung befindet.
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Die
Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung beschrieben.
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Dabei
zeigt 1 exemplarisch ein Drehteil mit sechs Hilfspunkten
H1, H2, H3, H4, H5, H6. Dabei sind drei frontale Hilfspunkte H1,
H2, H3 auf einem zur Drehachse des Drehteils orthogonalen Bereich
des Drehteils (Front) definiert. Diese frontalen Hilfspunkte werden
zur Bestimmung der räumlichen Orientierung
des Drehteils verwendet. Die drei Hilfspunkte sind auf der Front
frei wählbar
und definieren im Raum eine Fläche
F1 (Frontalfläche).
Die räumliche
Ausrichtung des Normalvektors dieser Fläche F1 ist identisch mit der
räumlichen
Ausrichtung der Drehachse des Drehteils. Das räumliche Ausrichten der Drehachse
der am Knickarmroboter vorgesehenen Drehmomentmessvorrichtung erfolgt
dann parallel zum Normalvektor der oben definierten Fläche. Die
Auswahl der drei Hilfspunkte H1, H2, H3 wird mit Hilfe von CAD-Koordinaten und/oder
durch einfache manuelle Eingabe (teachen) am Roboter realisiert.
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Auf
der zylindrischen Manteloberfläche
des Drehteils sind weitere drei Hilfspunkte, die Manteloberflächenhilfspunkte
H4, H5, H6 definiert. Auch diese Hilfspunkte werden durch CAD-Koordinaten und/oder
durch einfache manuelle Eingabe (teachen) bestimmt. Auch diese drei
Hilfspunkte H4, H5, H6 können
beliebig auf der zylindrischen Manteloberfläche des Drehteils definiert
werden. Weiterhin dargestellt ist eine mögliche Startposition für die Durchführung der
Drehmomentmessung auf den beiden aufeinander zur Deckung gebrachten
Drehachsen der Drehmomentmessvorrichtung und des Drehteils.
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In 2 ist
die durch die drei frontalen Hilfspunkte H1, H2, H3 definierte Fläche F1 in
Draufsicht dargestellt. Hier sind wiederum die Punkte bzw. Projektionen
von H1, H2, H3, H4, H5, H6 dargestellt. Während die Hilfspunkte H1, H2,
H3 auf der frontalen Oberfläche
des Drehteils definiert sind, befinden sich die Hilfspunkte H4,
H5, H6 auf der zylindrischen Manteloberfläche des Drehteils. Durch die
Projektion der drei Hilfspunkte H4, H5, H6 entlang des Normalvektors
der Ebene F1 auf diese Ebene F1 entsteht ein Umriss des Drehteils,
hier als Kreis dargestellt. Dieser auf der Fläche F1 entstehende Kreis lässt einen Kreismittelpunkt
M1 bestimmbar sein. Durch diesen Kreismittelpunkt muss nun die starre
Drehachse der Drehmomentmessvorrichtung am Knickarmroboter verlaufen,
um mit der starren Drehachse des Drehteils übereinander gelegt werden zu
können.
Durch Verfahren entlang dieser gemeinsamen Drehachse kann dann eine
Drehmomentmessung durchgeführt werden,
bei der keinerlei zusätzliche
Scherkräfte
auftreten und die somit ein hochgenaues und reproduzierbares Messergebnis
erlaubt.