An Werkzeugmaschinen können steuerungsintegrierte geometrisch-kinematische Korrekturmodelle, wie z.B. das VCS, sowie Laserinterferometer und Lasertracker zur Bestimmung von Korrekturparametern als Stand der Technik angesehen werden. Defizite bestehen derzeit in der Charakterisierung des genauigkeitsrelevanten Maschinenzustandes durch Bestimmung von Verformungen sowie der räumlichen Lagevermessung bewegter Maschinenbaugruppen im gesamten Arbeitsraum. Photogrammetrische Verfahren sind zwar prinzipiell in der Lage, dies zu realisieren, erreichen aber nicht die notwendige Genauigkeit und können hinsichtlich der Anzahl der Kameras und des Sichtfeldes nicht an die räumlichen Gegebenheiten einer Werkzeugmaschine angepasst werden.
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines photogrammetrischen Verfahrens zur Charakterisierung des Maschinenzustandes mit hoher Genauigkeit. Grundlage ist ein Messmodell, in dem die kinematische Struktur und die Messanordnung zusammengeführt wird. Weiterhin werden alle Objektzustände zusammengeführt, um einen möglichst hohen Informationsgehalt zu erreichen und diesen für statistische Auswertungen zugänglich zu machen.
Zur Verifizierung werden Analysen von Komponenten und Maschinen sowie die Simulation von Messungen vorgestellt. Dabei wird die kinematische Achsanordnung im Messmodell berücksichtigt, was sowohl die Erstellung optimierter Messkonfigurationen als auch die direkte Parameterermittlung von Korrekturmodellen ermöglicht. Für die Bestimmung thermo-elastischer Verlagerungen an einem Hexapod wird eine erweiterte 6DoF-Messkonfiguration, bestehend aus stationären und mit der Maschine bewegten Kameras, vorgestellt.
Damit können Messunsicherheiten von weniger als 10 μm bzw. 10 μm /m in einem Messvolumen von 600 mm x 600 mm x 400 mm experimentell verifiziert werden.
Im Mittelpunkt steht dabei die Entwicklung eines Modellierungskonzepts für photogrammetrische Messungen. Anhand von Beispielmessungen wird gezeigt, dass dadurch die erzielbare Messgenauigkeit deutlich erhöht werden kann. Im Vordergrund steht dabei die Kombination der Modelle von Maschine und Messsystem sowie des Messzyklus in einem geschlossenen Messmodell. Durch die Entwicklungen im Bereich Industrie 4.0 besteht ein zunehmender Bedarf, Maschinen zu konfigurieren und zu kalibrieren. Gleichzeitig verbessern sich Leistung, Verfügbarkeit und Zugänglichkeit von maschinenspezifischen Modellen.
Die Kombination von maschinenspezifischen Modellen mit Modellen der Messsysteme unter Verwendung der entwickelten Methodik ermöglicht eine deutliche Erhöhung der Messgenauigkeit.:Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Motivation 1
1.1 Bedeutung und Genauigkeit von Werkzeugmaschinen 2
1.2 Erfassung der Genauigkeit 4
1.3 Anforderungen der Industrie 4.0 an WZM 5
1.4 Inhalt und Aufbau dieser Arbeit 6
2 Aufbau, Verhalten und Korrektur von WZM 9
2.1 Kinematischer Aufbau von WZM 10
2.2 Fertigungs- und Maschinengenauigkeit 11
2.3 Genauigkeitsbestimmende Verhaltensbereiche 13
2.4 Steuerungsintegrierte Korrektur 18
2.5 Methoden zur Erfassung von Abweichungen 20
2.6 Typische Messmittel an WZM 21
2.7 Defizite 29
3 Photogrammetrische Methoden 33
3.1 Bildentstehung 34
3.2 Bildverarbeitung 38
3.3 Objektrekonstruktion 41
3.4 Genauigkeitskenngrößen 50
3.5 Auswertemethoden 53
3.6 Potenziale und Defizite 59
4 Konkretisierung der Zielstellung 61
4.1 Bedarf 62
4.2 Zielstellung 63
4.3 Methodik 63
5 Entwicklung eines Modellierungskonzeptes für WZM 65
5.1 Struktur und Parameter der Modelle 66
5.2 Genauigkeitsrelevante Einflussgrößen 70
5.3 Modellierungskonzept 78
5.4 Beispielhafte Modellierung: DMU80 90
6 Realisierung und Test der Modellumgebung 95
6.1 Hard- und Softwarekonzept 96
6.2 Softwarekomponenten 97
6.3 Bildaufnahme und Bildspeicher 98
6.4 Realisierung und Test der Bildmessung 99
6.5 Implementierung der Modellkomponenten 107
6.6 Realisierung und Test der Ausgleichungskomponente 109
6.7 Verifikation der 3D-Koordinatenbestimmung 111
6.8 Zwischenfazit 112
7 Experimentelle Verifikation 113
7.1 Komponentenanalyse 115
7.2 Analyse von Maschinen 131
7.3 Simulation von Messkonfigurationen 144
8 Zusammenfassung und Ausblick
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:71555 |
| Date | 22 July 2020 |
| Creators | Riedel, Mirko |
| Contributors | Ihlenfeldt, Steffen, Maas, Hans-Gerd, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-726038, qucosa:72603 |
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