Die Entwicklung von Technologien und Methoden zur Verbesserung der geometrischen, positionellen und dynamischen Genauigkeit von Maschinen und Robotern boomt im Werkzeugmaschinensektor, der zur Formgebung von Metallteilen oder anderen festen Werkstoffen eingesetzt wird. Das Kooperative Forschungszentrum für Hochleistungsfertigung (CIC marGUNE) koordiniert die Forschungslinie MEDCON mit dem Ziel, die Präzision dieser Maschinen zu erhöhen. Dies ermöglicht es Herstellern, ihr Produktdesign zu optimieren und somit die Wettbewerbsfähigkeit baskischer Hersteller zu steigern. IK4-Tekniker, IK4-Ideko, Tecnalia und Aotek arbeiten in diesem Projekt zusammen.
Die Fertigung großer Bauteile ist ein wichtiger Wachstumstreiber in der Werkzeugmaschinenindustrie. Die damit verbundene Nachfrage stellt die Hersteller vor die Herausforderung, wettbewerbsfähige Konstruktionen in immer größeren Dimensionen zu entwickeln und gleichzeitig die Präzision kleinerer Maschinen beizubehalten. Allerdings fehlen den Herstellern geeignete Werkzeuge, um die Positioniergenauigkeit großer Maschinen praxisnah zu bewerten.
Die innovative Methodik ermöglicht es, Messungen mit Hilfe des Laserinterferometers durchzuführen
„Die am besten geeignete Messtechnik für diese Aufgabe, die sogenannte Multilateration, ähnelt GPS“, erklärt Eneko Gómez-Acedo, Koordinator des Forschungsbereichs MEDCON am IK4-Tekniker. „Dabei wird ein Laserinterferometer mit Nachführfunktion, hoher Auflösung und geringer Messunsicherheit eingesetzt. Die Idee besteht darin, lineare Messungen, die das Interferometer sequenziell von verschiedenen Positionen aus durchführt, zu kombinieren. Anschließend wird eine mathematische Berechnung durchgeführt, um Position und Orientierung der Werkzeugspitze zu bestimmen, analog zu dem Verfahren, das in Satellitennavigationssystemen Anwendung findet.“.
Bei der Arbeit mit großen Werkzeugmaschinen werden einige Grenzen dieser Technologie deutlich. Experimente haben gezeigt, dass das Haupthindernis für das Erreichen der theoretischen Grenze der Multilaterationsgenauigkeit die Instabilität der Umgebungsbedingungen ist, wie beispielsweise sich ändernde Temperaturgradienten und das damit verbundene thermische Verhalten der Maschine.
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, hat IK4-Tekniker eine innovative Methodik entwickelt, mit der eine Reihe von Messungen gewonnen werden kann, indem die mit dem Laserinterferometer gewonnenen Daten, mit denen die Werkzeugpositionen ermittelt werden, mit Neigungsmessungen kombiniert werden, die mit zwei elektronischen Präzisionsnivelliergeräten zur Messung der Ausrichtung der Werkzeugspitze durchgeführt werden.
Ein doppelter Nutzen
Dadurch ergibt sich ein doppelter Nutzen: „Da die Messung schneller erfolgt, erfährt die Maschine geringere thermische Abweichungen, und zudem ist die Messung wirtschaftlicher. Durch die Verwendung der Präzisionsstufen in Verbindung mit der Messung wird nicht nur die Messzeit verkürzt, sondern auch ein wertvoller Indikator für die Stabilität der Maschine im Zeitverlauf gewonnen“, betont Gómez-Acedo.
Diese Methodik verwendet eine von IK4-Tekniker entwickelte, firmeneigene Software, die neben der Durchführung der mathematischen Berechnungen für die Messung auch die besten, durch Simulation berechneten Positionen empfiehlt, an denen die Geräte platziert werden sollten, um die geringsten Messunsicherheiten zu erzielen.
Die Forschungslinie MEDCON hat die Grenzen herkömmlicher Prüfverfahren für Werkzeugmaschinen überwunden, die Positionierfehler im gesamten Arbeitsbereich nicht effizient erfassen. Darüber hinaus ermöglicht die von IK4-Tekniker entwickelte Methodik Werkzeugmaschinenherstellern die Optimierung ihrer Maschinenkonstruktionen und Anwendern die Durchführung regelmäßiger Neukalibrierungen zur Maximierung der Produktqualität.
Quelle: SYNC-Plattform
