Modellbasierte planungsintegrierte und steuerungstechnische Störgrößenkompensation bei robotergestützten Bearbeitungsprozessen

• Model-based planning-integrated and control-related compensation of disturbance variables in robot-supported machining processes

Lienenlüke, Lars; Brecher, Christian (Thesis advisor); Abel, Dirk (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : Apprimus Verlag (2020)
Buch, Doktorarbeit

In: Ergebnisse aus der Produktionstechnik 34/2020
Seite(n)/Artikel-Nr.: vi, 180 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Die vorliegende Dissertationsschrift stellt eine wissenschaftliche Methode zur Steigerung der Prozessfähigkeit von Industrierobotern bei der spanenden Fertigung vor. Im Mittelpunkt stehen Bearbeitungsaufgaben mit höheren Anforderungen an eine Bahntreue, wie z. B. das Entgraten, das Tapelegen oder die spanende Bearbeitung. Die Methode zielt auf die Verwendung konventioneller Industrieroboter mit serieller Kinematik ohne die Verwendung zusätzlicher Sensor- oder Aktorsysteme ab, um die wesentlichen Vorteile der hohen Flexibilität und geringer Investitionskosten zu wahren. Kern der Abhandlung ist ein Ansatz zur modellgestützten planungs- und steuerungstechnischen Störgrößenkompensation. Die Basis bildet ein Mehrkörpermodell einer seriellen Roboterkinematik, welches die Simulation des statischen und dynamischen Bewegungs- und Prozessverhaltens ermöglicht. Für die digitale Fertigungsplanung robotergestützter Prozesse ist ein Verfahren entwickelt worden, das anhand drei definierter Bewertungsfunktionen die für ein zu fertigendes Bauteil festgelegten Operationen analysiert und bewertet. Anhand der Erweiterung des Planungssystems kann automatisiert der multikriterielle Einfluss von verschiedenen Prozessparametern wie die Aufspannposition, die Bearbeitungsstrategie, die Roboterpose und -konfiguration ausgewertet werden. Die Methodik ist um einen NC-integrierten Kompensationsalgorithmus erweitert worden. Die modellbasierte Bahninterpolation ermöglicht die Kopplung der Gelenkarme zu einem Gesamtsystem. Basierend auf den Ergebnissen der optimierten Planung können abhängig der Bewegungsgrößen des Industrieroboters sowie simulierter oder gemessener Prozesskräfte kompensatorische Gelenkmomente berechnet werden. Ergebnis dieser Arbeit ist die Gegenüberstellung der aktuell erhältlichen industriellen Lösungen und der entwickelten Methode anhand der Fertigung eines für die Evaluation von Werkzeugmaschinen genormten Prüfnormbauteils in Anlehnung an die DIN ISO 10791-7. Unter Variation der verschiedenen Steuerungs- und Kompensationsmethoden wird unter Verwendung des Robotersystems MAX 100 der MABI Robotic AG mit einer Sinumerik 840D sl der Siemens AG der vorgestellte Lösungsansatz validiert und hinsichtlich seiner Wirksamkeit evaluiert.