C06: Versuchsträger

Messtechnische Erfassung von verhaltens- und betriebszustandsrelevanten Größen entlang der thermischen Wirkungskette für Analyse, Bewertung, Simulation und Korrektur an einem spezifischen Versuchsträger

Teilprojektleiter

Dr.-Ing. Jens Müller: TU Dresden, Institut für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik

Das Teilprojekt C06 befasst sich mit der messtechnischen Erfassung von Größen entlang der thermischen Wirkungskette an Werkzeugmaschinen. Ziel ist neben der Beseitigung von derzeit vorhandenen Defiziten in diesem Bereich vor allem die Erarbeitung von Grundlagen für eine verbesserte Ursache-Wirkungs-Analyse des thermischen Verhaltens von Fertigungseinrichtungen sowie für energetische Betrachtungen und Bewertungen. Die Experimentalbasis dafür liefert ein spezifischer Versuchsträger, der als Vorleistung am IWM entwickelt und aufgebaut wird. Daran kommt das Dilemma, das mit der Ermöglichung der Genauigkeitsbearbeitung unter den Bedingungen energieeffizienter Fertigung verbunden ist, besonders deutlich zum Tragen. Es handelt sich dabei um eine dreiachsige, kartesische, serielle Leichtbau-Bewegungseinrichtung mit überwiegend ruckkompensierten Lineardirektantrieben. Die spezielle konstruktive sowie antriebs- und steuerungstechnische Konzeption ermöglicht Korrekturbewegungen in allen 6 Freiheitsgraden. Damit können einerseits thermische Problemstellungen spezifisch analysiert und bewertet und andererseits unterschiedliche Korrekturansätze praktisch nachgewiesen und demonstriert werden.
Das Forschungsprogramm im Teilprojekt C06 gliedert sich in 3 Phasen. In der ersten Phase (Jahr 1 – 4) bildet eine neue Messmethodik, die sich auf drei Säulen stützt, den Schwerpunkt der Arbeiten. Aufbauend auf den Ergebnissen wird in der 2. Phase (Jahr 5 – 8) ein neuer Ansatz zur messtechnisch gestützten Korrektur thermisch bedingter Bewegungsfehler entwickelt und am Beispiel des Versuchsträgers untersucht. Schließlich soll in der 3. Phase (Jahr 9 – 12) die Demonstration sowie Übertragung und Optimierung der bis dahin erarbeiteten Mess- und Korrekturmethoden auf weitere Werkzeugmaschinen erfolgen.
Der Versuchsträger, die neue Messmethodik sowie darauf basierende Messungen bilden gleichsam auch eine Grundlage für Arbeiten in anderen Teilprojekten. Dazu zählen Abgleich und Verifikation thermischer Verhaltensmodelle (A05, C04), Bereitstellung von Messgrößen für Nachweis und Evaluierung der Parameteridentifikation (B04) sowie Nachweis und vergleichende Bewertung der Korrekturwirksamkeit mit unterschiedlichen Ansätzen (B06, B07, C05, B09).
In der ersten Phase des SFB/Transregio wurde zunächst eine Vergleichs- und Modellierungsbasis für den Versuchsträger durch Erfassung genauigkeitsrelevanter Verhaltensanteile mit konventionellen Messmethoden aufgebaut. Arbeitsschwerpunkt waren dabei die Entwicklung der neuen Messmethodik mit ihren drei Säulen, nämlich Messung räumlicher Verformungen und Verlagerungen von Baugruppen und im Arbeitsraum auf Basis der Nahbereichsphotogrammetrie, selektive thermografische Messung von Bauteiltemperaturen, wobei die Lokalisierung zugehöriger Bereiche im Thermobild ebenfalls mit der Nahbereichsphotogrammetrie erfolgt sowie Steuerungsfunktionen und -schnittstellen zur synchronisierten Erfassung von steuerungsinternen Daten und externen Messgrößen. Die Evaluierung der entwickelten Messmethodik erfolgte anhand einer Analyse des thermisch bedingten Verhaltens des Versuchsträgers.
Die aktuelle zweite Phase des SFB/TR verfolgt das Hauptziel, die in der ersten Phase entwickelte und am mobilen Demonstrator verifizierte photogrammetrische Messmethodik in den Versuchsträger zu integrieren. Weitere Ziele dieser Phase sind die Entwicklung eines, auf der selektiven Thermografie basierenden, mobilen Temperatur-Messsystems sowie die Bereitstellung einer Experimentalbasis für andere Teilprojekte. Diese Experimentalbasis besteht aus dem Versuchsträger und der steuerungsintegrierten Messwerterfassung von relevanten Größen entlang der thermischen Wirkungskette (Lastdaten der Antriebe, lokale Temperaturen und Temperaturfelder). Der Arbeitsschwerpunkt der zweiten Phase ist die Erstellung eines fest am Versuchsträger installierten photogrammetrischen Messsystems, mit dem Verlagerungen und Deformationen im einstelligen Mikrometerbereich unter Werkstattbedingungen erfasst werden können. Zusammen mit der steuerungsintegrierten Messwerterfassung bildet dies die Basis, um am Versuchsträger vergleichende Untersuchungen zur Bewertung der Korrekturwirksamkeit unterschiedlicher Ansätze (B06, B07, C05, B09) durchführen zu können.