Verformungssensoren korrigieren Fertigungsfehler im laufenden Prozess

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Verformung wird direkt gemessen

Das Fraunhofer-IPT arbeitet deshalb im Rahmen mehrerer Forschungsvorhaben an einem alternativen Ansatz: Die Grundlage dafür bildet ein Sensorsystem, das die Verformung der Maschinenstruktur direkt misst. Das System wird dauerhaft in eine Maschine integriert und erlaubt es damit, die Maschinenverformung laufend und parallel zum Fertigungsprozess zu überwachen. Mit einem mathematischen Modell, in dem die Daten weiterverarbeitet werden, wird näherungsweise die Verlagerung am Tool-Center-Point bestimmt. In einem nachfolgenden Schritt können die bekannten Positionierfehler korrigiert werden. Dazu werden Korrekturwerte für die Zustellachsen berechnet und an die Steuerung übertragen.

Das Messprinzip beruht auf der Integration von Stäben aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) in die Maschinenstruktur. Diese sind aufgrund des sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten thermisch stabil und dienen als Referenz für die Verformungsmessung. Durch eine spannungsfreie Fest-Los-Lagerung der Stäbe wird erreicht, dass die mittlere Dehnung, die auf der überspannten Länge der Stäbe auftritt, direkt mit sehr hoher Genauigkeit gemessen werden kann. Die überbrückte Länge kann wenige Zentimeter bis zu mehreren Metern betragen – die Messgenauigkeit ändert sich praktisch nicht.

Die Messung der Längenänderung erfolgt an der Los-Lagerseite mit einem üblichen Wegaufnehmer. Getestet wurden bereits berührende und berührungslose Messverfahren, einschließlich optischer Verfahren. Für unterschiedliche Anwendungen kann das geeignete Sensorprinzip entsprechend den Anforderungen an Messbereich und Auflösung eingesetzt werden. Für den Aufbau der Sensoren wurde ein Baukastensystem für unterschiedliche Anwendungen entwickelt. So kann das Sensorsystem bereits bei der Konstruktion neuer Maschinen berücksichtigt werden und etwa in Gestelle aus Reaktionsharzbeton eingegossen werden.

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