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SFB 708 Teilprojekt A4

Effiziente Simulation der dy­na­misch­en Effekte bei oberflächenorientierter Roboterprozessführung

Problemstellung

Beim Thermischen Spritzen wer­den in der in­dus­tri­el­len Praxis üblicherweise zusätzliche Antriebe eingesetzt, wie bspw. ein Drehteller, auf dem sich rotations-symmetrische Werkstücke befinden. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass der Prozessparameter der Oberflächengeschwindigkeit nicht durch den Roboter, sondern durch den externen Antrieb bestimmt wird. Dem Roboter verbleibt in diesem Fall lediglich die Aufgabe, entlang der Kontur des Rotationskörpers zu verfahren, um eine gleichmäßige Überdeckung des Sprühstrahls auf dem Werkstück zu erlangen. Neben der Relativgeschwindigkeit des Werkzeugs zur Oberfläche sind die Parameter Werkzeugabstand und Anstellwinkel die wesentlichen Stellgrößen, die durch den Roboter be­ein­flusst wer­den kön­nen. Die komplexen Oberflächen der in diesem SFB betrachteten Umformwerkzeuge er­lau­ben jedoch einen solchen Ansatz nicht. Daher muss bei der rein roboterbasierten Umsetzung, wie sie in der ersten Projektphase un­ter­sucht wurde, die Einhaltung dieser Prozessparameter intensiv überwacht und forciert wer­den. Dies wird in Ko­ope­ra­ti­on mit den Teilprojekten B1 und B4 des SFB über einen iterativen Optimierungsprozess der Roboterbahnen realisiert wer­den, der auf einer prozessspezifischen Robotersimulation basiert.

Zielsetzung

Das Ziel des Teilprojektes ist die Wei­ter­ent­wick­lung des robotergestützten thermischen Spritzens auf Basis einer effizienten Robotersimulation. Hierzu soll ein verallgemeinertes Modell für die Anwendung auf unterschiedliche Roboter und auch wechselnde Werkzeuge ent­wi­ckelt wer­den, das ins­be­son­de­re auch die dy­na­misch­en Effekte berücksichtigt und durch eine „schnelle Simulation“ zur Optimierung des Gesamtprozesses beiträgt.

Die angestrebte Simulation hat folgende Entwicklungsziele:

  • Effizienz: Die Simulation soll dazu geeignet sein, eine hohe Anzahl von Iterationen zur optimierenden Bahnplanung zu leisten.
  • Berücksichtigung von anwendungsspezifischen Effekten: Das zu entwickelnde Modell soll einfach für anwendungsspezifische Belastungen erweiterbar zu sein. Als Beispielanwendung soll hier beim Thermischen Spritzen die Zusatzbelastung durch das Kabel- und Schlauchpaket des Spritzwerkzeugs in die Robotersimulation einfließen.
  • Hersteller- und Modellunabhängigkeit: Das Modell und die Ermittlung der notwendigen Daten soll nicht an einen be­stimm­ten Hersteller oder ein bestimmtes Robotermodell gebunden sein.

Vorgehensweise

Zur Ent­wick­lung einer optimierungsgeeigneten Robotersimulation zur In­te­gra­ti­on in die Simulation der Gesamtprozesskette erfolgt eine anwendungsspezifische Modellierung der dy­na­misch­en Effekte. Bei der Wahl des Modellierungsansatzes wird die Anforderung berücksichtigt, anwendungsspezifische dynamische Belastungen des Roboters in das Modell integrieren zu kön­nen. Solche zusätzlichen Belastungen ergeben sich bei­spiels­weise beim thermischen Spritzen hauptsächlich durch die ausgeprägten Schlauch- und Kabelpakete, die dem am Roboterflansch montierten Brenner zugeführt wer­den müssen und ins­be­son­de­re bei schnellen Umorientierungen des Werkzeuges, wie sie bei der Beschichtung von komplex geformten Oberflächen notwendig sind, zu hohen Trägheitsmomenten führen. Der thermische Spritzprozess soll hier als Testszenario für das umzusetzende Kon­zept einer anwendungsspezifischen Störgrößenerfassung dienen. Das Modell soll über empirisch ermittelte Größen parametriert wer­den. In einer Mess- und Evaluationszelle sollen die notwendigen Daten gewonnen wer­den. Dazu wird ein Messverfahren für die Vermessung von Industrierobotern ent­wi­ckelt, das unabhängig von der konkreten Roboterausführung auf eine standardisierte Weise die notwendigen Daten generiert, die zur Parameterschätzung notwendig sind. Das zu entwickelnde Messkonzept berücksichtigt dabei neben dem eigentlichen Roboter auch die anwendungsspezifischen Erweiterungen, die am Roboter montiert wer­den.

Forschungs- und Entwicklungspartner

Die Partner im SFB 708 sind auf der SFB-Homepage aufgeführt.

Förderhinweis

Das Teilprojekt A4 wird im Rah­men des Sonderforschungsbereichs 708 durch die Deut­schen Forschungs­gemein­schaft (DFG) ge­för­dert.

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