„Mitdenkender“ Bearbeitungsroboter reduziert Schwingungen für bessere Bearbeitungsqualität

Links: Industrieroboter mit prototypischem Schwingungskompensator ohne Antriebsspindel Rechts: Prototypischer Schwingungskompensator und dessen Montage am Industrieroboter

Links: Industrieroboter mit prototypischem Schwingungskompensator ohne Antriebsspindel
Rechts: Prototypischer Schwingungskompensator und dessen Montage am Industrieroboter

Wissenschaftler der TU Dresden konstruierten Schwingungskompensator für Bearbeitungsroboter | Intelligentes Bearbeitungssystem zur energieeffizienten Fräsbearbeitung von Faserkunststoffverbunden

Dresden, 30.09.2014
Im BMBF-Verbundvorhaben „Boss“ entwickelten Wissenschaftler des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der Technischen Universität Dresden gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie ein neuartiges energieeffizientes Bearbeitungssystem mit selbstadaptierendem Systemverhalten.

Kernstück der Neuentwicklung ist ein Industrieroboter, der eine kosten- und energieeffiziente Alternative gegenüber klassischen Zerspanungssystemen bildet. Allerdings ist, aufgrund der systembedingt geringen Steifigkeit handelsüblicher Industrieroboter in Verbindung mit den nicht konstanten Schnittkräften bei der spanenden Bearbeitung von Werkstücken, die Bearbeitungsqualität nur für Schrupp- und Grobbearbeitungsvorgänge mit geringen Oberflächen und Genauigkeits-anforderungen ausreichend. Im BMBF-Verbundvorhaben „Boss“ fanden die Forscher neue, praxisgerechte Lösungen zur aktiven Einstellung des Systemverhaltens, um so die Bearbeitungsqualität zu erhöhen und die Produktivität zu steigern.

Im Rahmen des Projektes konstruierten die ILK-Wissenschaftler ein autarkes Kompensatormodul, welches als serielles Glied zwischen Werkzeugspindel und Roboterhand die prozessbedingten Schwingungen gezielt beeinflussen kann. Der Schwingungskompensator wird durch ein integriertes Piezo-Stapelaktor-Netzwerk angetrieben, dessen Sollsignal in einem geschlossenen Regelkreis basierend auf den real gemessenen Schwingungssignalen berechnet wird. Durch gezielte Ansteuerung der Aktoren kann eine Unterbrechung des dynamischen Kraftflusses zwischen dem Zerspanwerkzeug und dem Roboter erreicht werden, was wiederum die Schwingungen des gesamten Bearbeitungssystems „Werkzeug-Roboter“ mindert.

Das „mitdenkende“ Bearbeitungssystem ist mit unterschiedlichen Spindeltypen kombinierbar und verfügt über modulare Steuerungs- und Regelungstechnik zur aktiven Schwingungsdämpfung und Lastkompensation für den Einsatz in unterschiedlichen Bearbeitungsprozessketten. Innerhalb des Vorhabens konnte die Leistungsfähigkeit des neuartigen Schwingungskompensators in umfangreichen experimentellen Versuchen bereits erfolgreich demonstriert werden. Nun gilt es das Potential des Kompensatormoduls für weitere Anwendungsgebiete zu nutzen, die von dem positiven Schwingungsverhalten profitieren können. Vision des Projektkonsortiums ist deshalb die künftige Vermarktung dieser neuen Klasse an hochproduktiven und hochgenauen Bearbeitungssystemen.

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