Messtechnik

Thermische Stabilität in Werkzeugmaschinen

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Sensorsystem erfasst die Strukturverformung des Gesamtsystems

Um diesen Effekten zu begegnen, entwickelten die Forscher des Fraunhofer-IPT ein Sensorsystem, das diese in einer einzigen Messung erfasst: Indem eine praktikable Anzahl an Sensoren die Strukturverformungen der Gesamtmaschinenkonstruktion aus Werkstück und Maschine aufzeichnet, wird die Grundlage für ein echtzeitfähiges Modell geschaffen, das die Verlagerung zwischen Werkzeug und Werkstück beschreibt. Die Korrektur der Verlagerung erfolgt dann durch die Vorschubachsen selber, die die tatsächlichen Differenzen zu den Sollwerten anhand zusätzlicher Korrekturwerte ausgleichen.

Ein Messkanal besteht aus einem Messtaster, einem Sensorstab aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK), einem Aluminium-Stab zum Schutz des CFK-Stabs vor Staub und Verschmutzung sowie zwei Lagerblöcken. Die Abmessungen der Sensoren können an jeden Bauraum angepasst werden, indem Stäbe mit kleinerem Durchmesser gewählt werden oder Lagerblöcke für die jeweilige Fläche umkonstruiert werden. Im Querschnitt messen diese in der Standardform 40 mm × 25 mm. Der Schaltplan der Integration der Sensoren ist in Bild 2 skizziert.

Das mathematische Modell zeichnet sich durch ein nichtlineares algebraisches Gleichungssystem aus, das für jedes Maschinenbauteil anhand von iterativen numerischen Verfahren gelöst wird. Die Kinematik der Maschine wird durch Vektoranalyse abgebildet, um die Verformungen jedes Bauteils miteinander zu verketten. So können Korrekturwerte im Takt der numerischen Steuerung ausgegeben werden – unabhängig davon, wie schnell die Achsen verfahren werden.

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