DE102015013041A1 - Method for virtual validation of a component to be manufactured - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur virtuellen Validierung einer herzustellenden Komponente. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die herzustellende Komponente ein Montagehandhabungsgerät ist, wobei – ein virtuelles Konstruktionsmodell (1) des Montagehandhabungsgeräts erstellt wird, – das virtuelle Konstruktionsmodell (1) kinematisiert und mit einem physischen Simulator (3) gekoppelt wird, – mindestens ein Bewegungsablauf des herzustellenden Montagehandhabungsgeräts durch eine Eingabe über ein Bedienelement (3.1.1) des physischen Simulators (3) simuliert wird und – eine haptische Rückkopplung in den physischen Simulator (3) implementiert wird.The invention relates to a method for virtual validation of a component to be produced. According to the invention, the component to be produced is an assembly handling device, wherein - a virtual design model (1) of the assembly handling device is created, - the virtual construction model (1) is kinematized and coupled to a physical simulator (3), - at least one sequence of movements of the product to be produced Assembly handling device is simulated by an input via a control element (3.1.1) of the physical simulator (3) and - a haptic feedback is implemented in the physical simulator (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur virtuellen Validierung einer herzustellenden Komponente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for virtual validation of a component to be produced according to the preamble of claim 1.

Auf der Homepage des Fraunhofer Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik ( http://www.ipk.fraunhofer.de/geschaeftsfelder/virtuelle-produktentstehung/technologien-und-industrielle-anwendungen/smart-hybrid-prototyping/ ) ist zur virtuellen Validierung herzustellender Komponenten das sogenannte Smart Hybrid Prototyping (SHP) beschrieben, wobei die herzustellende Komponente vom Konstruktionsmodell bis zum hybriden Prototyp demonstriert wird.On the homepage of the Fraunhofer Institute for Production Systems and Design Technology ( http://www.ipk.fraunhofer.de/geschaeftsfelder/virtuelle-produktentstehung/technologien-und-industrielle-anwendungen/smart-hybrid-prototyping/ ) is described for the virtual validation of manufactured components the so-called Smart Hybrid Prototyping (SHP), wherein the component to be produced is demonstrated from the design model to the hybrid prototype.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur virtuellen Validierung einer herzustellenden Komponente anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved method for virtual validation of a component to be manufactured.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.The object is achieved with the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Bei einem Verfahren zur virtuellen Validierung einer herzustellenden Komponente ist die herzustellende Komponente erfindungsgemäß ein Montagehandhabungsgerät. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden ein Konstruktionsmodell des Montagehandhabungsgeräts erstellt, anschließend das Konstruktionsmodell kinematisiert, mindestens ein Bewegungsablauf des Montagehandhabungsgeräts mit einem physischen Simulator eines Bedienelements zur Steuerung des Montagehandhabungsgeräts simuliert und eine haptische Rückkopplung in den physischen Simulator implementiert.In a method for the virtual validation of a component to be produced, the component to be produced according to the invention is an assembly handling device. In the method of the invention, a design model of the assembly handler is created, then the design model is kinematized, at least one motion sequence of the assembly handler is simulated with a physical simulator of a control for controlling the assembly handler, and haptic feedback is implemented in the physical simulator.

Das Verfahren ermöglicht vor der eigentlichen Herstellung des Montagehandhabungsgeräts eine Analyse von Bewegungsabläufen, Kraftaufwendungen zur Betätigung des Bedienelements sowie eine Analyse von Größenabmessungen des Montagehandhabungsgeräts. Damit ist ein Montagehandhabungsgerät mit einem verbesserten Bedienkonzept und einem verbesserten dynamischen Verhalten sowie mit einer vorhersagbaren Prozesseignung und einer verbesserten Ergonomie herstellbar.The method, prior to the actual manufacture of the assembly handling device, allows analysis of motions, force to operate the control, and size scale analysis of the assembly handling device. Thus, an assembly handling device with an improved operating concept and an improved dynamic behavior as well as with a predictable process suitability and improved ergonomics can be produced.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch ein auf einer Anzeigeeinheit dargestelltes Konstruktionsmodell eines herzustellenden Montagehandhabungsgeräts und 1 schematically a construction model of an assembly handling device to be manufactured and shown on a display unit and

2 schematisch ein Simulator des Montagehandhabungsgeräts mit einem Bedienelement. 2 schematically a simulator of the assembly handling device with a control.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt ein Konstruktionsmodell 1 eines hier nicht näher dargestellten, herzustellenden Montagehandhabungsgeräts, welches auf einer Anzeigeeinheit 2, z. B. ein Computerbildschirm, dargestellt wird. 1 shows a design model 1 a not shown here, to be produced assembly handling device, which on a display unit 2 , z. As a computer screen, is displayed.

Wie am Konstruktionsmodell 1 veranschaulicht, ist das herzustellende Montagehandhabungsgerät hierbei ein Manipulator, z. B. zur automatischen oder teilautomatischen Montage von Fahrzeugbauteilen, welches mittels eines Bedienhebels steuerbar ist. Das herzustellende Montagehandhabungsgerät kann beispielsweise bei einer Sitzmontage bei komplexer Bahnführung, bei der Montage von Fahrzeuggetrieben, wo hohe Kräfte erforderlich sind und/oder bei der Montage von Motorkühlern eingesetzt werden.Like the design model 1 illustrated, the assembly handling device to be manufactured in this case is a manipulator, for. B. for automatic or semi-automatic assembly of vehicle components, which is controllable by means of an operating lever. The assembly handling device to be manufactured can be used, for example, in a seat assembly with complex web guide, in the assembly of vehicle transmissions, where high forces are required and / or in the assembly of engine radiators.

Das Konstruktionsmodell 1 ist ein virtuelles Modell, vorzugsweise ein Volumenmodell, des herzustellenden Montagehandhabungsgeräts und wird mit einem geeigneten Konstruktionsprogramm, z. B. mit 3D-CAD (computer-aided design), erstellt.The design model 1 is a virtual model, preferably a solid model, of the assembly handling device to be manufactured and is provided with a suitable design program, e.g. B. with 3D-CAD (computer-aided design) created.

Zur virtuellen Validierung des herzustellenden Montagehandhabungsgeräts wird das virtuelle Konstruktionsmodell 1 kinematisiert, so dass Bewegungen des herzustellenden Montagehandhabungsgeräts über das kinematisierte Konstruktionsmodell 1 nachgebildet werden können. Das kinematisierte Konstruktionsmodell 1 stellt somit zusätzlich ein Verhaltensmodell des herzustellenden Montagehandhabungsgeräts dar. Die Kinematisierung des Konstruktionsmodells 1 erfolgt mittels bekannter Berechnungsverfahren, auf die hierbei nicht näher eingegangen wird.The virtual design model becomes the virtual validation of the assembly handling device to be manufactured 1 kinematized, so that movements of the assembly handling device to be manufactured on the kinematic design model 1 can be reproduced. The kinematized design model 1 thus additionally represents a behavioral model of the assembly handling device to be produced. The kinematization of the design model 1 takes place by means of known calculation methods, which will not be discussed in detail here.

Das kinematisierte Konstruktionsmodell 1 wird mit einem physischen Simulator 3 gekoppelt, wie er beispielhaft in 2 gezeigt ist.The kinematized design model 1 comes with a physical simulator 3 coupled, as he exemplifies in 2 is shown.

2 zeigt dabei schematisch den physischen Simulator 3 mit einer dem Bedienkonzept des herzustellenden Montagehandhabungsgeräts nachempfundenen Attrappe 3.1, welche im Weiteren als Bedienelement 3.1.1 fortgeführt wird und eine Schalthebel sowie drei Taster umfasst. 2 shows schematically the physical simulator 3 with a the operating concept of the manufactured assembly handling device modeled dummy 3.1 , which in the following as a control element 3.1.1 is continued and includes a lever and three buttons.

Das Bedienelement 3.1.1 wird von einem Probanden P als Eingabegerät verwendet, wobei der Proband P ein Simulationsexperiment durchführt, in welchem Bewegungsabläufe des Montagehandhabungsgeräts simuliert werden. Das Bedienelement 3.1.1 ist vorzugsweise modular veränderbar und kann somit universell bei der virtuellen Validierung verschiedener Montagehandhabungsgeräte eingesetzt werden.The operating element 3.1.1 is used by a subject P as an input device, wherein the subject P performs a simulation experiment in which movements of the assembly handling device are simulated. The operating element 3.1.1 is preferably modularly changeable and can thus be used universally in the virtual validation of various assembly handling devices.

Für eine visuelle Rückkopplung bei der Bedienung der Durchführung eines Simulationsexperiments trägt der Proband P im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein visuelles Ausgabegerät 4 auf dem Kopf, welches die simulierten Bewegungsabläufe visuell auf einer augennahen Anzeige ausgibt und so die Kinematik des herzustellenden Montagehandhabungsgeräts imitiert.For a visual feedback in the operation of performing a simulation experiment, the subject P carries in the present embodiment, a visual output device 4 on the head, which outputs the simulated movements visually on a near-eye display and so imitates the kinematics of the assembly handling device to be produced.

Der physische Simulator 3 ist dabei derart mit dem kinematisierten Konstruktionsmodell 1 gekoppelt, dass durchgeführte Bewegungen oder Aktionen am physischen Bedienelement 3.1.1 eine entsprechende Bewegung im virtuellen Konstruktionsmodell 1 simulieren, die dem Probanden P über das visuelle Ausgabegerät 4 ausgegeben werden. Das visuelle Ausgabegerät 4 ist somit mit dem physischen Simulator 3 und dem Konstruktionsmodell 1 gekoppelt.The physical simulator 3 is doing so with the kinematized design model 1 coupled, that performed movements or actions on the physical control 3.1.1 a corresponding movement in the virtual design model 1 simulate the subject P via the visual output device 4 be issued. The visual output device 4 is thus with the physical simulator 3 and the design model 1 coupled.

Zur Simulation einer Kraftaufwendung bei der Bedienung des Montagehandhabungsgeräts erfolgt beim Greifen und Bewegen des Bedienelements 3.1.1 eine Kraftrückkopplung (auch als Force-Feedback bekannt), die im Wesentlichen einer aufzuwendenden Kraft bei der Bedienung des Montagehandhabungsgeräts entspricht.To simulate a force application in the operation of the assembly handling device takes place when gripping and moving the operating element 3.1.1 a force feedback (also known as force feedback), which corresponds substantially to a force to be applied in the operation of the assembly handling device.

Unter Kraftrückkopplung wird eine Rückkopplung einer Kraft, eines Momentes, einer Beschleunigung und/oder einer Schwingung verstanden, insbesondere solche, die mittels des Bedienelements 3.1.1 zur haptischen Wahrnehmung derselben gegenüber dem Probanden P des physischen Simulators 3 übertragbar sind.Force feedback is understood as meaning a feedback of a force, a moment, an acceleration and / or a vibration, in particular those which are generated by means of the operating element 3.1.1 for haptic perception of the same against the subject P of the physical simulator 3 are transferable.

Die Kraftrückkopplung erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels eines Gelenkarms 3.1.2, an dessen freien Ende das Bedienelement 3.1.1 befestigt ist. Der Gelenkarm 3.1.2 umfasst zwei Gelenke und ist mit zumindest zwei Freiheiten schwenkbar mit einem stationären Element 5 verbunden. Der Gelenkarm 3.1.2 imitiert dabei die Kinematik des herzustellenden Montagehandhabungsgeräts und passt einen Größenbereich des herzustellenden Montagehandhabungsgeräts geometrisch an.The force feedback takes place in the present embodiment by means of an articulated arm 3.1.2 , at the free end of the control 3.1.1 is attached. The articulated arm 3.1.2 comprises two joints and is pivotable with at least two freedoms with a stationary element 5 connected. The articulated arm 3.1.2 It imitates the kinematics of the assembly handling device to be manufactured and geometrically adapts a size range of the assembly handling device to be produced.

Mittels des beschriebenen Verfahrens kann somit eine virtuelle Validierung eines herzustellenden Montagehandhabungsgeräts durchgeführt werden, um eine Herstellung des Montagehandhabungsgeräts zu verbessern.By virtue of the described method, a virtual validation of a mounting handling device to be manufactured can thus be carried out in order to improve production of the assembly handling device.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • http://www.ipk.fraunhofer.de/geschaeftsfelder/virtuelle-produktentstehung/technologien-und-industrielle-anwendungen/smart-hybrid-prototyping/ [0002] http://www.ipk.fraunhofer.de/geschaeftsfelder/virtuelle-produktentstehung/technologien-and-industrielle-anwendungen/smart-hybrid-prototyping/ [0002]

Claims (3)

Verfahren zur virtuellen Validierung einer herzustellenden Komponente, dadurch gekennzeichnet, dass die herzustellende Komponente ein Montagehandhabungsgerät ist, wobei – ein virtuelles Konstruktionsmodell (1) des Montagehandhabungsgeräts erstellt wird, – das virtuelle Konstruktionsmodell (1) kinematisiert und mit einem physischen Simulator (3) gekoppelt wird, – mindestens ein Bewegungsablauf des herzustellenden Montagehandhabungsgeräts durch eine Eingabe über ein Bedienelement (3.1.1) des physischen Simulators (3) simuliert wird und – eine haptische Rückkopplung in den physischen Simulator (3) implementiert wird.Method for the virtual validation of a component to be produced, characterized in that the component to be manufactured is an assembly handling device, wherein - a virtual design model ( 1 ) of the assembly handling device, - the virtual construction model ( 1 ) and with a physical simulator ( 3 ), - at least one sequence of movements of the assembly handling device to be produced by an input via an operating element ( 3.1.1 ) of the physical simulator ( 3 ) and - a haptic feedback into the physical simulator ( 3 ) is implemented. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Greifen und/oder Bewegen des Bedienelements (3.1.1) eine haptisch wahrnehmbare Kraft an einen Probanden (P) rückgekoppelt wird.A method according to claim 1, characterized in that when gripping and / or moving the operating element ( 3.1.1 ) a haptic perceptible force to a subject (P) is fed back. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Probanden (P) ein simulierter Bewegungsablauf über ein Ausgabegerät (4) visuell ausgegeben wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the subject (P) a simulated movement through an output device ( 4 ) is output visually.
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