Haptikversuchsstand
Ausgangssituation und Aufgabenstellung
Der Anwender bewertet die Qualität eines Produkts mit all seinen Sinnen. Viele Produkte werden vor der Kaufentscheidung intensiv auf ihre haptischen Eigenschaften geprüft. Dabei werden nicht nur mechanische Eigenschaften bewertet, sondern auch „subjektive“ Eigenschaften wie Oberfläche, Shore-Härte und Textur.
Obwohl eine Vielzahl von Texturen verfügbar ist und Kunststoffe durch verschiedene Zusätze modifiziert werden können, fehlt es am grundlegenden Verständnis für die haptische Beurteilung von Materialien.
Daher untersucht das Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT verschiedene Kunststoffe mit variierenden Oberflächen und Texturen im Bezug auf ihre Wirkung auf den Menschen.
Der Haptikversuchsstand, der durch die Kooperation von Fraunhofer UMSICHT und der NOFFZ Computer Technik GmbH realisiert wurde, soll eine Verknüpfung von objektiven Messwerten und subjektiven Empfindungen ermöglichen.
Im Versuchsmittelpunkt steht dabei der Proband, der eine auf dem Versuchsstand befestigte Materialprobe haptisch analysiert. Während seiner Beurteilung werden verschiedene physikalische Messdaten aufgezeichnet. Parallel dazu wird die subjektive Bewertung des Probanden durch den Versuchsleiter festgehalten. In einer anschließenden Auswertung können die objektiven Messwerte mit den subjektiven Daten korreliert werden, um Kriterien für ein anwendungsspezifisches Haptik-Design zu ermöglichen.
Über eine einfache, intuitive Bedienoberfläche soll es möglich sein, Versuchsprofile zu erstellen, die Versuchsleiter und Probanden zuverlässig durch eine Versuchsreihe führen. Ein Versuchsprofil soll auf einer von zwei Analysemöglichkeiten basieren können:
Umsetzung und Herausforderung
Die Herausforderung bestand in der Aufnahme der physikalischen Werte und der Steuerung der Versuchsdurchführung mit Messwegvorgaben. Angefangen bei der Messung von dreidimensionalen Kräften, über Weg- bzw. Spurverfolgung, bis hin zu Temperaturanalysen der Materialien bei haptischer Prüfung.
Der Anwender bewertet die Qualität eines Produkts mit all seinen Sinnen. Viele Produkte werden vor der Kaufentscheidung intensiv auf ihre haptischen Eigenschaften geprüft. Dabei werden nicht nur mechanische Eigenschaften bewertet, sondern auch „subjektive“ Eigenschaften wie Oberfläche, Shore-Härte und Textur.
Obwohl eine Vielzahl von Texturen verfügbar ist und Kunststoffe durch verschiedene Zusätze modifiziert werden können, fehlt es am grundlegenden Verständnis für die haptische Beurteilung von Materialien.
Daher untersucht das Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT verschiedene Kunststoffe mit variierenden Oberflächen und Texturen im Bezug auf ihre Wirkung auf den Menschen.
Der Haptikversuchsstand, der durch die Kooperation von Fraunhofer UMSICHT und der NOFFZ Computer Technik GmbH realisiert wurde, soll eine Verknüpfung von objektiven Messwerten und subjektiven Empfindungen ermöglichen.
Im Versuchsmittelpunkt steht dabei der Proband, der eine auf dem Versuchsstand befestigte Materialprobe haptisch analysiert. Während seiner Beurteilung werden verschiedene physikalische Messdaten aufgezeichnet. Parallel dazu wird die subjektive Bewertung des Probanden durch den Versuchsleiter festgehalten. In einer anschließenden Auswertung können die objektiven Messwerte mit den subjektiven Daten korreliert werden, um Kriterien für ein anwendungsspezifisches Haptik-Design zu ermöglichen.
Über eine einfache, intuitive Bedienoberfläche soll es möglich sein, Versuchsprofile zu erstellen, die Versuchsleiter und Probanden zuverlässig durch eine Versuchsreihe führen. Ein Versuchsprofil soll auf einer von zwei Analysemöglichkeiten basieren können:
- 1. Einspannung mehrerer Materialproben auf einer Kraftmessplatte, um beim Überstreichen der Proben mit dem Finger Kraftkurven aufzuzeichnen
- 2. Probekörper mit Stahlkern wird auf einen Elektromagneten gelegt, es wird eine definierte Gewichtskraft für den Probekörper erzeugt, den der Proband anheben soll
Umsetzung und Herausforderung
Die Herausforderung bestand in der Aufnahme der physikalischen Werte und der Steuerung der Versuchsdurchführung mit Messwegvorgaben. Angefangen bei der Messung von dreidimensionalen Kräften, über Weg- bzw. Spurverfolgung, bis hin zu Temperaturanalysen der Materialien bei haptischer Prüfung.
Diese Werte sollen probanden- und prüflingsbezogen erfasst und abgespeichert werden. Der besondere Anspruch besteht dabei in der parallelen Aufnahme sämtlicher für die Haptik interessanten Messwerte.
Mit dem Finger soll der Proband über eine Oberfläche fahren. Dabei wird über eine Infrarot-Kamera das Wärmebild aufgezeichnet um eine Korrelation zwischen Empfindungen und Hauttemperatur herstellen zu können. Die auftretenden Kräfte werden erfasst. Dadurch wird untersucht, inwieweit der Druck auf eine Oberfläche die Empfindung beeinflusst. In Kombination mit den erfassten Empfindungen ist eine detaillierte Analyse der haptischen Interaktion möglich.
Um eine leicht bedienbare Oberfläche zu erzeugen, wurde die Software NI LabVIEW eingesetzt, die ebenfalls die Aufzeichnung sämtlicher Messwerte übernimmt. Da gerade die Auswertung besonders vielfältig gestaltet sein soll, werden die Daten nach der Aufzeichnung an NI Diadem übergeben. Hier besteht die Möglichkeit, flexible Untersuchungen und Berechnungen mit den Daten durchzuführen.
Fazit und Ausblick
Das Fraunhofer Institut UMSICHT betreibt anwendungsorientierte Forschung im Bereich der Haptik. Dazu unterstützt der Haptikversuchsstand, der auf der Universellen Tester Plattform (UTP) der NOFFZ ComputerTechnik GmbH beruht, sowohl die physikalischen Messungen, als auch die Erfassung der Probandenbewertung sowie die Analysen.
Um die haptischen Eigenschaften eines Materials noch besser beurteilen zu können, sind verschiedene Ergänzungen des Testersystems möglich, die z.B. eine Geräuschmessung beinhalten könnten.
Mit dem Finger soll der Proband über eine Oberfläche fahren. Dabei wird über eine Infrarot-Kamera das Wärmebild aufgezeichnet um eine Korrelation zwischen Empfindungen und Hauttemperatur herstellen zu können. Die auftretenden Kräfte werden erfasst. Dadurch wird untersucht, inwieweit der Druck auf eine Oberfläche die Empfindung beeinflusst. In Kombination mit den erfassten Empfindungen ist eine detaillierte Analyse der haptischen Interaktion möglich.
Um eine leicht bedienbare Oberfläche zu erzeugen, wurde die Software NI LabVIEW eingesetzt, die ebenfalls die Aufzeichnung sämtlicher Messwerte übernimmt. Da gerade die Auswertung besonders vielfältig gestaltet sein soll, werden die Daten nach der Aufzeichnung an NI Diadem übergeben. Hier besteht die Möglichkeit, flexible Untersuchungen und Berechnungen mit den Daten durchzuführen.
Fazit und Ausblick
Das Fraunhofer Institut UMSICHT betreibt anwendungsorientierte Forschung im Bereich der Haptik. Dazu unterstützt der Haptikversuchsstand, der auf der Universellen Tester Plattform (UTP) der NOFFZ ComputerTechnik GmbH beruht, sowohl die physikalischen Messungen, als auch die Erfassung der Probandenbewertung sowie die Analysen.
Um die haptischen Eigenschaften eines Materials noch besser beurteilen zu können, sind verschiedene Ergänzungen des Testersystems möglich, die z.B. eine Geräuschmessung beinhalten könnten.