Ausgleichsaktorik für Roboter erhöht Genauigkeit beim Fräsen

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Eine weitere Reduktion der Abweichungen ist durch das dynamische Verhalten des Roboters, das durch Massen und Nachgiebigkeiten begrenzt ist, nicht möglich. Dazu bedarf es eines zusätzlichen Aktorsystems, das in der Lage ist, die Roboterschwingungen zu kompensieren.

Ausregelung hochfrequenter Schwingungen mit externen hochdynamischer Ausgleichsaktorik

Zur Ausregelung hochfrequenter Schwingungen schlägt das Fraunhofer IPA eine externe hochdynamische Ausgleichsaktorik (HDCM – high dynamic compensation mechanism) vor. Eine neuartige Aktorik wurde am Institut im Rahmen des Forschungsprojekts Comet entworfen. Dabei wird die montierte Spindel, basierend auf einer Verformung von Piezoaktoren, in drei translatorische und senkrecht zueinander stehende Richtungen positioniert. Der Hub des Piezoaktors vergrößert sich durch Hebel auf einen Positionsbereich der Achse von etwa 0 bis 400 µm.

Die Integration der Sensorik zur Erfassung der Spindelposition erlaubt es, die Spindel mit einer Genauigkeit von 1 μm zu positionieren. Durch Adaption einer intelligenten Regelung erreicht die Aktorik eine Bandbreite von mehr als 60 Hz in allen drei Achsen. Diese Dynamik reicht aus, um die Eigenschwingungen des Roboters zu kompensieren. Die erforderlichen Referenzsignale für die Aktorik leiten sich aus den relativen Positionen der Spindel und des Werkstücks ab, die durch das Messsystem K 600 erfasst werden (Bild 3).

Fräsexperimente in Stahl bestätigen die Verbesserung

Durch die Integration aller vorgestellten Komponenten (CN-Steuerung, K 600 und HDCM) gelingt es, die Distanz zwischen Werkzeug und Werkstück online an den Prozess zu adaptieren – und das über ein großes Frequenzspektrum. In Fräsexperimenten in Stahl wurde die Verbesserung bestätigt. Die Vermessung auf der Koordinatenmaschine zeigt, dass der durchschnittliche Fehler der Kreiskontur von 255 auf 47 µm reduziert wird. Wesentlich ist dabei, dass sich nicht nur der gemittelte Fehler verkleinert, sondern dass die Zielkontur Abweichungen unter 100 µm aufweist.

Die Roboterzelle kann in verschiedenen Konfigurationen mit erweitertem Messsystem und bei hochgenauer Bearbeitung mit Erweiterung von Messsystem und externem Ausgleichssystem betrieben und für Tests an Werkstücken eingesetzt werden.

* Dipl.-Ing. Ulrich Schneider und Dipl.-Ing. Manuel Drust sind wissenschaftliche Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in 70569 Stuttgart. Die beschriebenen Arbeiten wurden von der EU im Rahmen des Projekts Comet unterstützt. Weitere Informationen unter www.cometproject.eu

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