Integrierte Modellbildung und Simulation von Steuerung und Mechanik unter Berücksichtigung des Bearbeitungsprozesses für Parallelkinematiken mit Seilantrieben
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zur Untersuchung und Beurteilung von einzelnen Maschinen oder deren Komponenten wird immer häufiger die Simulationstechnik angewendet. Dazu existiert am Markt eine große Auswahl an problemspezifischer Simulationssoftware, wie beispielsweise im Bereich der Finiten Elemente (FEM), der Mehrkörpersimulation (MKS) oder der Simulation von Steuerungs- und Elektronikkomponenten. Mit der eingesetzten Software lassen sich gezielte Problemstellungen aus den Themengebieten zur Beurteilung des statischen, dynamischen oder thennischen Maschinenverhaltens bzw. der Steuerungs- und Reglerauslegung abdecken. Zur Untersuchung von komplexen Maschinensystemen, deren Gesamtverhalten, wie es im Fall der seilgetriebenen Parallelkinematik der Fall ist, aus dem Zusammenwirken zahlreicher Subsysteme hervorgeht, sind diese autarken Simulatlons-Softwaresysteme hingegen nicht geeignet. An dieser Stelle setzt die Entwicklung einer integrierten Modellentwicklung an, Innerhalb derer die gesamte Kette von Steuerung der Antriebselemente, über die Regelung der Bewegungsführung bis hin zum Verhalten des mechanischen Systems ganzheitlich simuliert werden kann. Hierbei können nicht nur die relevanten Maschinenkomponenten selbst, sondern ebenso die Zusammenhänge zwischen den Komponenten parallelkinematischer Maschinen und deren gegenseitiger Beeinflussung analysiert werden. Dies geschieht darüber hinaus unter Berücksichtigung des BeariDeitungsprozesses, an dem sich eine zukünftige Verbesserung des Gesamtsystems orientiert. Eine vergleichende Betriebsschwingungsanalyse ist zur Verifikation des integrierten Modells von Steuerung und Mechanik für Parallelkinematiken mit Seilantrieben durchgeführt worden, bei der Fertigungsprozesse real und virtuell verglichen wurden. Hierbei wurden Stabilitätskarten für das Labor- und Simulationsmodell erstellt. Es zeigte sich, dass das Stabllitätsverhalten von der Simulation qualitativ hinreichend abgebildet wird, wenngleich das Labormodell die simulierte Stabilitätsgüte nicht erreicht. Durch Modifikation der vorhandenen Simulationsumgebung lassen sich in Zukunft neuartige Kinematikkonzepte, alternative Materialien für kraftübertragende Bauteile als auch die Brauchbarkeit verschiedener Steuerungs- und Regelungskonzepte realitätsnah überprüfen. Die Unterstützung von Neuentwicklungen sowie die Optimierung vorhandener Maschinenkonzepte wären demnach mögliche Aufgaben, die auf dieser Arbelt aufbauen könnten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Simulation and Optimisation of Tendom Based Stewart Platform. In: Pham, D.T.; Eldukhri, E.E.; Soroka, A.J.: Intelligent Production Machines and Systems, Wales, Großbritannien, Elsevier, 2005, S. 405-410
Schäper, E.; Kraft, M.
- Simulation komplexer parallelkinematischer Maschinen. In: Futur, FhG Berlin (2005), Nr. 2/2005, S. 6-7
Schäper, E.
- Compact spherical joint with integrated strut inclination measurement system for parallel kinematics. In: Journal of machine engineering. Volume I, Wroclaw, Poland, 2006
Uhlmann, E.; Neumann, C.; Tonn, N.
- Integrierte Modellbildung und Simulation von Steuerung und Mechanik unter Berücksichtigung des Bearbeitungsprozesses für Parallelkinematiken mit Seilantrieben. 1. Berliner Runde „Prozess, Struktur und Simulation rund um die Werkzeugmaschine", Berlin, Februar 2006
Schäper, E.
- Integrierte Modellbildung und Simulation von Steuerung und Mechanik unter Berücksichtigung des Bearbeitungsprozesses für Parallelkinematiken mit Seilantrieben. In: Tagungsband zur Berliner Runde 2006, Berlin 2006, S. 95-112
Uhlmann, E.; Schäper, E.; Tonn, N.
- Integrierte Modellbildung und Simulation von Steuerung und Mechanik unter Berücksichtigung des Bearbeitungsprozesses für Parallelkinematiken mit Seilantrieben. In: Heisel, U. (Hrsg.): Buch zum SPP 1099 Fertigungsmaschinen mit Parallelkinematiken - Forschung in Deutschland, Kapitel 6.3, Shaker Verlag, Stuttgart 2007, S. 455-476
Uhlmann, E.; Tonn, N.
