DE102016115863A1

DE102016115863A1 - Verfahren zum Simulieren eines Drapierens eines Materials, Verfahren zum Drapieren eines Materials und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102016115863A1
Application number: DE102016115863.1A
Authority: DE
Inventors: Marian Körber; Christoph Frommel
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2036-08-27
Also published as: DE102016115863B4

Abstract

Verfahren zum Simulieren eines Drapierens eines biegeschlaffen flächigen Materials (100) mit wenigstens zwei verkreuzten Fasersystemen mithilfe eines zwischen einer Aufnahmegeometrie und einer Ablagegeometrie verstellbaren Effektors mit mehreren Wirkmodulen, wobei ein Zusammenhang zwischen einem Verstellen des Effektors und einem Verformen des Materials (100) hergestellt wird, Verfahren zum Drapieren eines biegeschlaffen flächigen Materials (100) mit wenigstens zwei verkreuzten Fasersystemen, wobei zunächst das Drapieren nach einem derartigen Verfahren simuliert und nachfolgend das Material (100) unter Berücksichtigung von Simulationsergebnissen mithilfe eines zwischen einer Aufnahmegeometrie und einer Ablagegeometrie verstellbaren Effektors mit mehreren Wirkmodulen drapiert wird, und Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt Programmcodeabschnitte umfasst, mit denen ein derartiges Verfahren durchführbar ist, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem programmierbaren Computer oder einer sonstigen programmierbaren Vorrichtung ausgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Drapieren eines biegeschlaffen flächigen Materials mit wenigstens zwei verkreuzten Fasersystemen mithilfe eines zwischen einer Aufnahmegeometrie und einer Ablagegeometrie verstellbaren Effektors mit mehreren Wirkmodulen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Drapieren eines biegeschlaffen flächigen Materials mit wenigstens zwei verkreuzten Fasersystemen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt.
Aus der DE 10 2013 202 571 A1 ist ein Endeffektor bekannt für einen Manipulator, aufweisend mehrere Wirkmodule zum Zusammenwirken mit Werkstücken und mehrere Aktuatormodule zum Bewegen der Wirkmodule, bei dem die Wirkmodule mithilfe der Aktuatormodule jeweils in sechs kartesischen Freiheitsgraden relativ zueinander bewegbar sind. Ein Wirkmodul kann ein Greifelement aufweisen. Ein Wirkmodul kann ein Saugelement aufweisen. Ein Werkstück kann aus einem Faserwerkstoff bestehen. Die Fasern können unidirektional, als Gewebe oder als Gelege vorliegen.
Aus der DE 100 27 814 A1 ist ein Sauggreifer für einen Roboter bekannt mit einer Greiferplatte mit Löchern und einer Beleuchtungseinrichtung. Zusätzlich zu der Beleuchtungseinrichtung kann eine Kamera vorgesehen sein.
Aus der DE 198 14 779 A1 ist eine Vorrichtung an einem Roboterarm bekannt mit einer Hülse, die ein Werkzeug zum Eingriff mit einem optisch erfassbaren Gegenstand trägt. In der Hülse ist eine Kamera mit einer Kameraoptik angeordnet. An dem Werkzeug kann eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein.
Aus der DE 10 2013 208 778 A1 ist eine Einrichtung bekannt zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von textilen Strukturen mit zwei winklig verkreuzten Fasersystemen, insbesondere bei einer Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen, wobei die Einrichtung eine Gitterstruktur mit einem ersten Stabsystem mit ersten parallelen Stäben und einem zweiten Stabsystem mit zweiten parallelen Stäben aufweist, wobei das erste Stabsystem und das zweite Stabsystem zueinander winklig verkreuzt angeordnet und rhombusartig oder parallelogrammartig verschiebbar sind. An der Gitterstruktur können Halteelemente zum Halten einer textilen Struktur variabel positionierbar angeordnet sein. Die Halteelemente können jeweils an eine textile Struktur angepasst positionierbar sein. Die Halteelemente können Sauggreifer sein. Die Halteelemente können einen Coanda-Effekt nutzen.
Aus der am 12.05.2015 angemeldeten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2015 107 394.3 ist ein Effektor bekannt zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von textilen Strukturen, insbesondere bei einer Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen, der Effektor aufweisend ein Basismodul, mehrere relativ zum Basismodul kontrolliert verlagerbare Wirkmodule und Betätigungsmodule zum kontrollierten Verlagern der Wirkmodule, bei dem die Betätigungsmodule jeweils passiv adaptiv sind. Außerdem ist aus dieser Patentanmeldung ein Verfahren bekannt zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von textilen Strukturen, insbesondere bei einer Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen, wobei eine derartige Vorrichtung verwendet wird und die Wirkmodule koordiniert verlagert werden, um textile Strukturen aufzunehmen, zu handhaben und/oder abzulegen.
Aus der am 02.03.2016 angemeldeten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2016 103 761.3 ist ein Wirkmodul bekannt zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken, wobei das Wirkmodul einen Halteabschnitt zum Aufnehmen und/oder Halten eines Werkstücks und einen optischen Sensorabschnitt mit wenigstens einer Lichtquelle, wenigstens einem Bildsensor und/oder einer elektrischen Kontrolleinrichtung aufweist, wobei der Sensorabschnitt baulich in den Halteabschnitt integriert ist. Außerdem ist aus der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2016 103 761.3 ein Effektor bekannt zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken, insbesondere für einen Industrieroboter, wobei der Effektor wenigstens ein derartiges Wirkmodul aufweist. Außerdem ist aus der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2016 103 761.3 ein Verfahren bekannt zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von Werkstücken mithilfe eines derartigen Effektors, wobei der Effektor und/oder der Halteabschnitt des wenigstens einen Wirkmoduls unter Berücksichtigung von Informationen des Sensorabschnitts des wenigstens einen Wirkmoduls kontrolliert werden/wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eingangs genannte Verfahren zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Computerprogrammprodukt zu verbessern.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Besonders bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Simulieren kann zur Analyse eines dynamischen Systemverhaltes dienen. Beim Simulieren kann ein Drapieren mithilfe eines Modells des Materials und eines Modells des Effektors durchgeführt werden, um Erkenntnisse über ein reales System und einen realen Verfahrensablauf zu gewinnen. Beim Simulieren können das reale System und der reale Verfahrensablauf abstrahiert dargestellt werden. Beim Simulieren können insbesondere Struktur, Funktion, Verhalten des Systems und des Verfahrensablaufs dargestellt werden. Das Simulieren kann mit konkreten Werten parametrisiert erfolgen. Simulationsergebnisse können interpretiert und auf das reale System und den realen Verfahrensablauf übertragen werden. Das Simulieren kann mithilfe eines Computers und eines Computerprogramms erfolgen.
Ein Verstellen des Effektors kann simuliert werden. Ein Drapieren des Materials kann für unterschiedliche Greifmuster oder Haltemuster simuliert werden. Unterschiedliche Greifmuster oder Haltemuster können sich durch verstellen des Effektors und/oder durch Aktivieren/Deaktivieren von Wirkmodulen ergeben. Ein Drapieren des Materials kann für unterschiedliche Greifmusterverläufe oder Haltemusterverläufe simuliert werden. Ein Greifmusterverlauf oder Haltemusterverlauf kann Änderungen einer Aktivierung/Deaktivierung von Wirkmodulen während eines Drapierens des Materials beschreiben.
Änderungen von Verkreuzungswinkeln der Fasersysteme können ermittelt werden. Änderungen von Bezugspunktpositionen des Materials relativ zueinander können ermittelt werden. Haltepunkte der Wirkmodule an dem Material können als Bezugspunkte ausgewählt werden. Eine Relativbewegung zwischen Wirkmodulen und dem Material kann ermittelt werden. Die Relativbewegung kann unter Berücksichtigung von Kenngrößen des Materials ermittelt werden. Auf die Wirkmodule wirkende Kräfte können ermittelt werden. Die Kräfte können unter Berücksichtigung von Kenngrößen des Materials ermittelt werden. Kenngrößen des Materials können von Werkstoffkenngrößen beeinflusst sein. Kenngrößen des Materials können von einer Bindungs- und/oder Vernähungsart beeinflusst sein.
Erste Haltepunkte, an denen eine Verstellbewegung des Effektors nicht in das Material eingeleitet wird, können ermittelt werden. Zweite Haltepunkte, an denen eine Verstellbewegung des Effektors in das Material eingeleitet wird, können ermittelt werden. Während eines Drapierens können die Haltepunkte erneut ermittelt werden.
Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Unteranspruchs.
Das Drapieren kann ein Aufnehmen des Materials von einer Aufnahmefläche, ein Umformen des Materials und ein Ablegen des Materials an einer Ablagefläche umfassen. Das Drapieren kann zum Anpassen des Materials an die Ablagefläche dienen. Das Drapieren kann dazu dienen, vorgegebene Faserverläufe darzustellen. Das Material kann beim Drapieren zumindest abschnittsweise umgeformt, gestreckt und/oder verzogen werden. Ein Drapierverhalten kann von Kenngrößen des Materials beeinflusst sein. Das Material kann ausgehend von einem Startpunkt drapiert werden. Je größer eine Entfernung von dem Startpunkt ist, desto größer können/kann eine Umformung, eine Streckung und/oder ein Verzug sein.
Zum Aufnehmen des Materials können die Wirkmodule mit dem Material in Kontakt gebracht werden. Die Wirkmodule können aktiviert werden, um das Material zu greifen.
Die Wirkmodule können jeweils einen Halteabschnitt zum Aufnehmen und/oder Halten des Materials und einen optischen Sensorabschnitt mit wenigstens einer Lichtquelle, wenigstens einem Bildsensor und/oder einer elektrischen Kontrolleinrichtung aufweisen, wobei der Sensorabschnitt baulich in den Halteabschnitt integriert ist. Die Wirkmodule können jeweils pneumatisch wirken. Die Wirkmodule können jeweils mithilfe einer Druckdifferenz wirken. Die Wirkmodule können jeweils mithilfe eines Unterdrucks wirken. Die Wirkmodule können jeweils einen pneumatischen Anschluss aufweisen. Die Wirkmodule können jeweils einen elektrischen Anschluss aufweisen. Die Wirkmodule können jeweils mithilfe einer elektrischen Steuereinrichtung kontrollierbar sein. Die Wirkmodule können jeweils einen Basisabschnitt aufweisen. Der Basisabschnitt kann Saugkanäle aufweisen. Der Basisabschnitt kann eine Aufnahme für den Sensorabschnitt aufweisen.
Der Halteabschnitt kann eine Haltefläche aufweisen. Die Haltefläche kann beispielsweise eine kreisartige Form aufweisen. Die Haltefläche kann Saugöffnungen aufweisen. Die Saugöffnungen können mithilfe offener Enden von Saugkanälen gebildet sein. Die Saugöffnungen können mit einer Saugluftströmung und/oder einem Unterdruck beaufschlagbar sein. Die Saugöffnungen können über die Haltefläche verteilt angeordnet sein. Die Saugöffnungen können über die Haltefläche regelmäßig und/oder gleichmäßig verteilt angeordnet sein. Die Haltefläche kann zumindest annähernd eben sein. Die Haltefläche kann einen zumindest annähernd ebenen Halteflächenabschnitt aufweisen. Der zumindest annähernd ebene Halteflächenabschnitt kann eine kreisringartige Form aufweisen. Der zumindest annähernd ebene Halteflächenabschnitt kann erste Saugöffnungen aufweisen. Die Haltefläche kann einen konkaven Halteflächenabschnitt aufweisen. Der konkave Halteflächenabschnitt kann eine kugelkalottenartige Form aufweisen. Der konkave Halteflächenabschnitt kann zweite Saugöffnungen aufweisen. Die ersten Saugöffnungen und die zweiten Saugöffnungen können mit einer unterschiedlichen Saugluftströmung und/oder einem unterschiedlichen Unterdruck beaufschlagbar sein.
Der Halteabschnitt kann aktivierbar sein. Zum Aktivieren des Halteabschnitts können die Saugöffnungen mit einer Saugluftströmung und/oder einem Unterdruck beaufschlagt werden. Ein Aktivieren des Halteabschnitts kann zum Aufnehmen und/oder Halten des Materials dienen. Der Halteabschnitt kann deaktivierbar sein. Zum Deaktivieren des Halteabschnitts kann eine Beaufschlagung der Saugöffnungen mit einer Saugluftströmung und/oder einem Unterdruck beendet werden. Ein Deaktivieren des Halteabschnitts kann zum Ablegen des Materials dienen.
Der Sensorabschnitt kann eine Lichtquelle, einen Bildsensor, wenigstens eine optische Linse und/oder einen Controller aufweisen. Die Lichtquelle kann dazu dienen, Licht in Richtung einer Materialoberfläche in einem schrägen Winkel relativ zu der Materialoberfläche zu emittieren. Die Lichtquelle kann eine Leuchtdiode (LED) oder eine Laserdiode sein. Der Bildsensor kann dazu dienen, reflektiertes Licht von der Materialoberfläche zu detektieren. Der Bildsensor kann ein CMOS-Bildsensor sein. Der Bildsensor kann ein CCD-Bildsensor sein. Die wenigstens eine optische Linse kann dazu dienen, auf dem Bildsensor ein scharfes Bild der Materialoberfläche zu erzeugen. Der Controller kann dazu dienen, Bilddaten von dem Bildsensor zu empfangen. Der Controller kann dazu dienen, Tracking-Merkmale in den Bilddaten zu identifizieren. Der Sensorabschnitt kann zum Detektieren einer Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul und einem textilen Material parametrisiert sein.
Der Sensorabschnitt kann gegenüber der Haltefläche zurückgesetzt sein. Der Sensorabschnitt kann an der Haltefläche angeordnet sein. Der Sensorabschnitt kann an der Haltefläche zentral angeordnet sein. Der Sensorabschnitt kann an der Haltefläche zumindest annähernd mittig angeordnet sein. Der Sensorabschnitt kann an dem konkaven Halteflächenabschnitt angeordnet sein.
Mithilfe des Sensorabschnitts kann feststellbar sein, ob ein Material aufgenommen und/oder gehalten ist. Mithilfe des Sensorabschnitts kann ein Material klassifizierbar sein. Mithilfe des Sensorabschnitts kann eine Entfernung zu dem Material feststellbar sein. Mithilfe des Sensorabschnitts kann eine Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul und dem Material feststellbar sein. Mithilfe des Sensorabschnitts kann ein Vektor einer Relativbewegung zwischen dem Wirkmodul und dem Material feststellbar sein. Mithilfe des Sensorabschnitts können Faserrichtungen des Materials feststellbar sein. Mithilfe des Sensorabschnitts können Bilder aufnehmbar sein. Mithilfe des Sensorabschnitts können Tracking-Merkmale einer Oberfläche feststellbar sein.
Das Wirkmodul kann den Dopplereffekt nutzen. Der Sensorabschnitt kann ein vor dem wenigstens einen Bildsensor angeordnetes Objektiv aufweisen. Das Objektiv kann eine Festbrennweite aufweisen. Das Objektiv kann piezoelektrisch verstellbar sein.
Das Material kann mithilfe der Wirkmodule unter Bildung einer Wirkpaarung gegriffen werden. Kontaktpunkte zwischen dem Material und den Wirkmodulen können auch als Greifpunkte oder Haltepunkte bezeichnet werden. Zum Umformen des Materials kann der Effektor bei gegriffenem Material verstellt werden, wobei Haltepunkte relativ zueinander verlagert werden. Die Haltepunkte können zueinander translatorisch und/oder rotatorisch verlagert werden. Die Haltepunkte können zueinander mit einem Freiheitsgrad f von bis zu f = 6 verlagert werden. Zum Ablegen des Materials können die Wirkmodule deaktiviert werden, um das Material loszulassen.
Das Material kann eine Textilie sein. Das Material kann ein Konfektionsteil sein. Das Material kann ein Zuschnitt sein. Das Material kann ein Gewebe, Gewirk, Gestrick, Geflecht, Nähgewirke oder Tape sein. Das Material kann organische Fasern, wie Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, Plexiglas-Fasern, und/oder anorganische Fasern, wie Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, aufweisen. Die Fasern können Filamente aufweisen. Die Filamente können zu einem Roving zusammengefasst sein. Das Material kann ein erstes Fasersystem und ein zweites Fasersystem aufweisen. Die Fasern eines Fasersystems können zumindest annähernd gleich gerichtet sein. Die Fasern eines Fasersystems können zueinander zumindest annähernd parallel verlaufen. Das Material kann ein Faserhalbzeug sein. Das Material kann ein trockenes Faserhalbzeug sein.
Das Material kann zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils dienen. Das Material kann zur Einbettung in einer Matrixkomponente dienen. Die Matrixkomponente kann eine thermoplastische Matrix aufweisen. Die Matrixkomponente kann Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethen (PTFE) aufweisen. Die Matrixkomponente kann eine duroplastische Matrix aufweisen. Die Matrixkomponente kann Epoxidharz (EP), ungesättigtes Polyesterharz (UP), Vinylesterharz (VE), Phenol-Formaldehydharz (PF), Diallylphthalatharz (DAP), Methacrylatharz (MMA), Polyurethan (PUR) und/oder Aminoharze, wie Melaminharz (MF/MP) oder Harnstoffharz (UF), aufweisen. Die Matrixkomponente kann Benzoxaine aufweisen.
Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann in einem Laminierverfahren hergestellt werden. Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann in einem Harzinjektionsverfahren hergestellt werden. Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann in einem Vakuum-Infusionsverfahren hergestellt werden. Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann in einem Spritzpressverfahren, auch Resin Transfer Moulding (RTM), hergestellt werden. Das Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann ein Fahrzeugbauteil sein. Das Fahrzeug kann ein Landfahrzeug, Kraftfahrzeug, Luftfahrzeug, Wasserfahrzeug oder Raumfahrzeug sein.
Die Aufnahmefläche kann eben sein. Die Aufnahmefläche kann zu einer Zuschneideeinrichtung oder zu einer Ablage gehören. Auf der Aufnahmefläche können mehrere Materialstücke angeordnet sein. Die Materialstücke können gestapelt sein. Das Material kann von der Aufnahmefläche oder von einem Materialstück-Stapel aufgenommen werden. Die Ablagefläche kann gekrümmt sein. Die Ablagefläche kann mehrfach und/oder räumlich gekrümmt sein. Die Ablagefläche kann eine Oberfläche eines Formwerkzeugs sein. An der Ablagefläche kann bereits Material angeordnet sein. Das Material kann an der Ablagefläche und/oder an einem bereits an der Ablagefläche angeordneten Material abgelegt werden.
Die Wirkmodule können einzeln, gruppenweise und/oder gemeinsam aktiviert und/oder deaktiviert werden. Der Effektor kann unter Berücksichtigung von Simulationsergebnissen verstellt werden. Die Wirkmodule können unter Berücksichtigung von Simulationsergebnissen aktiviert und/oder deaktiviert werden.
Eine Haltekraft der Wirkmodule kann kontrolliert werden, um eine Verstellbewegung des Effektors an ersten Haltepunkten nicht in das Material einzuleiten, und eine Verstellbewegung des Effektors an zweiten Haltepunkten in das Material einzuleiten. Eine Haltekraft der Wirkmodule kann erhöht werden. Eine Haltekraft der Wirkmodule kann reduziert werden. Eine Haltekraft der Wirkmodule kann gesteuert oder geregelt kontrolliert werden.
An dem Material können Drapierabschnitte mit unterschiedlichen Randbedingungen definiert werden. Die Randbedingungen können sich auf Kenngrößen des Materials beziehen. Das Material kann ausgehend von einem Startpunkt drapiert werden. Die Randbedingungen können sich auf eine maximal zulässige Umformung und/oder Streckung und/oder auf einen maximal zulässigen Verzug beziehen.
Erste Drapierabschnitte, an denen eine Verstellbewegung des Effektors vollständig in das Material eingeleitet wird, können bestimmt werden. Zweite Drapierabschnitte, an denen eine Verstellbewegung des Effektors teilweise in das Material eingeleitet wird, können bestimmt werden. Beim teilweisen Einleiten einer Verstellbewegung des Effektors in das Material kann eine vorbestimmte Kraft eingeleitet und/oder ein vorbestimmtes Umformen, Strecken und/oder Verziehen des Materials bewirkt werden. Die vorbestimmte Kraft und/oder das vorbestimmte Umformen, Strecken und/oder Verziehen kann konstant sein oder einer vorbestimmten Funktion folgen. Dritte Drapierabschnitte, an denen eine Verstellbewegung des Effektors nicht in das Material eingeleitet wird, können bestimmt werden.
Die Wirkmodule können jeweils einem ersten Drapierabschnitt, einem zweiten Drapierabschnitt oder einem dritten Drapierabschnitt zugeordnet werden. Eine Haltekraft der Wirkmodule kann entsprechend einer Zuordnung eines Wirkmoduls zu einem Drapierabschnitt kontrolliert werden.
Eine Haltekraft eines einem ersten Drapierabschnitt zugeordneten Wirkmoduls kann erhöht werden, wenn zwischen diesem Wirkmodul und dem Material eine Relativbewegung festgestellt wird. Eine Haltekraft eines einem zweiten Drapierabschnitt zugeordneten Wirkmoduls kann erhöht werden, wenn zwischen diesem Wirkmodul und dem Material bei einer Relativbewegung ein vorgegebener Weg, eine vorgegebene Geschwindigkeit und/oder eine vorgegebene Beschleunigung überschritten werden/wird. Eine Haltekraft eines einem zweiten Drapierabschnitt zugeordneten Wirkmoduls kann reduziert werden, wenn zwischen diesem Wirkmodul und dem Material bei einer Relativbewegung ein vorgegebener Weg, eine vorgegebene Geschwindigkeit und/oder eine vorgegebene Beschleunigung unterschritten werden/wird. Eine Haltekraft eines einem zweiten Drapierabschnitt zugeordneten Wirkmoduls kann erhöht oder reduziert werden, wenn zwischen diesem Wirkmodul und dem Material bei einer Relativbewegung eine vorgegebene Richtung verlassen wird. Eine Haltekraft eines einem dritten Drapierabschnitt zugeordneten Wirkmoduls kann reduziert werden, wenn zwischen diesem Wirkmodul und dem Material keine Relativbewegung festgestellt wird. Während eines Drapierens können die Drapierabschnitte erneut bestimmt werden.
Das Material kann in mehreren Schritten drapiert werden. Eine Reihenfolge der Drapierschritte kann bestimmt werden. Ein Drapieren kann unter Berücksichtigung von Informationen der Sensorabschnitte überwacht werden.
Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
Das Computerprogrammprodukt kann auf einem physischen Speichermedium gespeichert sein. Das Speichermedium kann ein Datenträger sein. Das Speichermedium kann computerlesbar sein. Das Computerprogrammprodukt kann als Signal vorliegen.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Ermittlung von Drapiereinflüssen auf Greifwirkflächen. In einer Software können Bereiche eines Zuschnitts herausgefunden werden, in denen Greifsysteme mit ihren Wirkflächen wirken. Mithilfe einer Drapiersimulation kann bestimmt werden, in welchen Bereichen Verscherung auftritt. Ebenso kann eine Wegdifferenz, die Kreuzungspunkte zwischen einem unverformten und einem verformten Zustand zurücklegen, bestimmt werden. Diese Informationen können in der Software kombiniert werden. In dieser Software können Bereiche definiert werden, in denen Wirkflächen eines Greifsystems vorhanden sind. Mithilfe von Materialdaten zur Drapiersteifigkeit kann so bestimmt werden, welche Kräfte durch die Verformung auf die Wirkflächen ausgeübt werden. Hierbei kann festgelegt werden, welche Bereiche kein Rutschen zulassen dürfen und welche Rutschen zulassen müssen, damit die Verformung durchgeführt werden kann. Diese Software ermöglicht eine Betrachtung eines Zusammenhangs zwischen Verformung der Wirkflächen eines Greifersystems und der Verformung eines daran haftenden Zuschnittes und deren Relativbewegung zueinander. Dafür können CAD-Daten eines Greifsystems mit einer Zuschnittsgeometrie verglichen werden. Die dann auf dem Zuschnitt befindlichen Wirkflächen können mit der Drapiersimulation abgeglichen werden. Ein Bezug zwischen zweidimensionaler Position von Zuschnitt und Wirkflächen mit einem dreidimensionalen Zustand kann eine Relativbewegung und daraus resultierende Rutschbereiche liefern.
Mit „kann” sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen schematisch und beispielhaft:
1 erwartete Faserwinkeländerungen an einem simulierten Materialzuschnitt zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils und
2 erwartete Faserwinkeländerungen und/oder Verschiebungen an einem simulierten Materialzuschnitt zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils mit an Wirkmodulpositionen wirkenden Kräften.
1 zeigt erwartete Faserwinkeländerungen an einem simulierten Materialzuschnitt 100 zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils. Der Materialzuschnitt 100 ist aus einem biegeschlaffen flächigen Material mit zwei zueinander rechtwinklig verkreuzten Fasersystemen ausgeschnitten.
Der Materialzuschnitt 100 wird von einer ebenen Aufnahmefläche aufgenommen und an einer mehrfach und/oder räumlich gekrümmten Oberfläche eines Formwerkzeugs drapiert. Beim Drapieren wird der Materialzuschnitt 100 durch Umformen, Strecken und/oder Verziehen an die Oberfläche des Formwerkzeugs angepasst, wobei sich Faserwinkeländerungen ergeben.
Bei der Simulation werden insbesondere Kenngrößen des Materials und ein Drapier-Startpunkt vorgegeben. In 1 sind erwartete Faserwinkeländerungen ersichtlich. In einem Bereich 102 werden geringe Faserwinkeländerungen von weniger als 1° erwartet. In Bereichen 104 werden größere Faserwinkeländerungen von mehr als 1° erwartet.
Das Drapieren erfolgt mithilfe eines zwischen einer Aufnahmegeometrie und einer Ablagegeometrie verstellbaren Effektors mit mehreren Wirkmodulen. In der Simulation werden die in 1 ersichtlichen Wirkmodulpositionen 106, 108, 110, 112, 114, 116 vorgegeben oder ermittelt. Die Wirkmodulposition 106 befindet sich in dem Bereich 102 an einem Drapier-Startpunkt. Die Wirkmodulposition 108 befindet sich vollständig in dem Bereich 102. Die Wirkmodulpositionen 110, 112 befinden sich jeweils teilweise in dem Bereich 102 und teilweise in dem Bereich 104. Die Wirkmodulpositionen 114, 116 befinden sich jeweils vollständig in dem Bereich 104. Die Wirkmodulpositionen 106, 108, 110, 112, 114 können auch als Haltepunkte bezeichnet werden.
2 zeigt erwartete Faserwinkeländerungen und/oder Verschiebungen an einem simulierten Materialzuschnitt 200 zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils mit an Wirkmodulpositionen 202, 204, 206, 208, 210, 212 wirkenden Kräften 214, 216, 218, 220, 222. Die Kräfte 212, 214, 216, 218, 220, 222 sind als Vektoren dargestellt, sodass jeweils ein Betrag und eine Richtung ersichtlich sind. An der Wirkmodulposition 202, die sich an dem Drapier-Startpunkt befindet, wird keine Kraft erwartet. An der Wirkmodulposition 204, die sich in einem Bereich mit geringen Faserwinkeländerungen und/oder geringen Verschiebungen von Faserkreuzungspunkten befindet, wird eine geringe Kraft 214 erwartet. An den Wirkmodulpositionen 206, 208, die sich in Bereichen mit größeren Faserwinkeländerungen und/oder größeren Verschiebungen von Faserkreuzungspunkten befinden, werden größere Kräfte 216, 218 erwartet. An den Wirkmodulpositionen 210, 212, die sich in Bereichen mit noch größeren Faserwinkeländerungen und/oder größeren Verschiebungen von Faserkreuzungspunkten befinden, werden noch größere Kräfte 220, 222 erwartet. Im Übrigen wird insbesondere auf 1 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
Das Simulieren dient zur Analyse des dynamischen Systemverhaltes beim Drapieren, wobei ein Verstellen des Effektors und ein Verformen des Materials zueinander in Bezug gesetzt werden. Nach dem Simulieren wird ein reales Material mithilfe eines realen Effektors drapiert. Dabei werden Simulationsergebnisse berücksichtigt.
Bezugszeichenliste

100: Materialzuschnitt
102: Bereich
104: Bereich
106: Haltepunkt, Wirkmodulposition
108: Haltepunkt, Wirkmodulposition
110: Haltepunkt, Wirkmodulposition
112: Haltepunkt, Wirkmodulposition
114: Haltepunkt, Wirkmodulposition
116: Haltepunkt, Wirkmodulposition
200: Materialzuschnitt
202: Haltepunkt, Wirkmodulposition
204: Haltepunkt, Wirkmodulposition
206: Haltepunkt, Wirkmodulposition
208: Haltepunkt, Wirkmodulposition
210: Haltepunkt, Wirkmodulposition
212: Haltepunkt, Wirkmodulposition
214: Kraft
216: Kraft
218: Kraft
220: Kraft
222: Kraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013202571 A1 [0002]
DE 10027814 A1 [0003]
DE 19814779 A1 [0004]
DE 102013208778 A1 [0005]
DE 102015107394 [0006]
DE 102016103761 [0007, 0007, 0007]

Claims

Verfahren zum Simulieren eines Drapierens eines biegeschlaffen flächigen Materials (100, 200) mit wenigstens zwei verkreuzten Fasersystemen mithilfe eines zwischen einer Aufnahmegeometrie und einer Ablagegeometrie verstellbaren Effektors mit mehreren Wirkmodulen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusammenhang zwischen einem Verstellen des Effektors und einem Verformen des Materials (100, 200) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Änderungen von Verkreuzungswinkeln der Fasersysteme ermittelt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Änderungen von Bezugspunktpositionen des Materials (100, 200) relativ zueinander ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Bezugspunkte Haltepunkte (106, 108, 110, 112, 114, 116, 202, 204, 206, 208, 210, 212) der Wirkmodule an dem Material (100, 200) ausgewählt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter Berücksichtigung von Kenngrößen des Materials (100, 200) auf die Wirkmodule wirkende Kräfte (214, 216, 218, 220, 222) ermittelt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste Haltepunkte, an denen eine Verstellbewegung des Effektors nicht in das Material (100, 200) eingeleitet wird, und zweite Haltepunkte, an denen eine Verstellbewegung des Effektors in das Material (100, 200) eingeleitet wird, ermittelt werden.
Verfahren zum Drapieren eines biegeschlaffen flächigen Materials (100, 200) mit wenigstens zwei verkreuzten Fasersystemen, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das Drapieren nach einem Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6 simuliert und nachfolgend das Material (100, 200) unter Berücksichtigung von Simulationsergebnissen mithilfe eines zwischen einer Aufnahmegeometrie und einer Ablagegeometrie verstellbaren Effektors mit mehreren Wirkmodulen drapiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltekraft der Wirkmodule kontrolliert wird, um eine Verstellbewegung des Effektors an ersten Haltepunkten nicht in das Material (100, 200) einzuleiten, und eine Verstellbewegung des Effektors an zweiten Haltepunkten in das Material (100, 200) einzuleiten.
Computerprogrammprodukt, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogrammprodukt Programmcodeabschnitte umfasst, mit denen ein Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6 durchführbar ist, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem programmierbaren Computer oder einer sonstigen programmierbaren Vorrichtung ausgeführt wird.