DE102006049653A1 - Verfahren zur automatisierten Drehmomentmessung - Google Patents

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Nikolay Dipl.-Ing. Anguelov
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00Controls for manipulators
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Abstract

Ein Verfahren zur automatisierten Drehmomentmessung an einem Drehteil mit einer im Wesentlichen starren und senkrecht aus einer Oberfläche ragenden Drehachse, unter Verwendung einer an einem Knickarmroboter vorgesehenen Drehmomentmessvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, 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.

Description

  • 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.
  • Die JP 10109287 beschreibt ein Verfahren zur Verwendung eines Roboters zum Testen eines rotierenden Mechanismus.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wir durch den vorliegenden Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Definition beziehungsweise Auswahl der jeweiligen Hilfspunkte kann mit Hilfe von CAD-Koordinaten und/oder durch einfache manuelle Eingabe (teachen) am Knickarmroboter realisiert werden.
  • 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.
  • Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. Verfahren zur automatisierten Drehmomentmessung an einem Drehteil mit einer im Wesentlichen starren und senkrecht aus einer Oberfläche ragenden Drehachse, unter Verwendung einer an einem Knickarmroboter vorgesehenen Drehmomentmessvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, 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.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Drehteil ein Bedienelement, insbesondere ein Drehschalter oder Drehsteller, vorgesehen ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für die Verbringung der Drehmomentmessvorrichtung in die räumlich vor dem Drehteil gelegene Ausgangsposition in einem ersten Schritt die Drehachse der Drehmomentmessvorrichtung im Raum parallel zur Drehachse des Drehteils ausgerichtet und in einem zweiten Schritt die Drehachse der Drehmomentmessvorrichtung auf die Drehachse des Drehteils parallel verschoben wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei für den ersten Schritt drei frontale Hilfspunkte (H1), (H2), (H3) auf dem Drehteil definiert werden, zur Festlegung einer Fläche (F1) die einen Normalvektor aufweist dessen räumliche Ausrichtung parallel zur Drehachse des Drehteils ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei für den zweiten Schritt drei Manteloberflächenhilfspunkte (H4), (H5), (H6) auf dem Drehteil definiert werden, die rechnerisch auf die im ersten Schritt eindeutig festgelegte Fläche (F1) projiziert werden, wodurch ein Umriss des Drehteils auf dieser Fläche entsteht, durch dessen bestimmten Mittelpunkt (M1) dann die Drehachse der Drehmomentmessvorrichtung am Knickarmroboter verläuft.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Definition der jeweiligen Hilfspunkte mit Hilfe von CAD-Koordinaten und/oder durch einfache manuelle Eingabe am Knickarmroboter realisiert wird.
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