Abstract:

In vorliegender Arbeit wurde ein detailliertes Simulationsmodell der Transregio PKM in MATLAB entwickelt. Nach Vorstellung der Grundlagen der Parameteridentifikation wurde ein minimales und parametrisch kontinuierliches Identifikationsmodell der Transregio Kinematik hergeleitet. Hierzu wurden die unterschiedlichen Kriterien der Identifizierbarkeit in Bezug auf die Kinematikstruktur und die gewählte Methode zur Generierung von redundanter Information berücksichtigt. Der Einfluss von Geometriefehlern auf die Posengenauigkeit wurde ausführlich erläutert und ein entsprechendes differentielles Fehlermodell wurde vorgestellt. Es zeigte sich eine, im Vergleich zu der Stewart Kinematik, leicht erhöhte Fehlerfortpflanzung. Dieser Effekt konnte auf den reduzierten Symmetriegrad der untersuchten Kinematik zurückgeführt werden.

Das Verhalten des vorgestellten Kalibrierverfahrens in Bezug auf die neuartige Kinematikstruktur wurde untersucht. Dabei wurden unterschiedliche Aspekte wie Robustheit, Konvergenz und Qualität der Parameteridentifikation vorgestellt. Über eine Korrelationsanalyse der Geometrieparameter in Bezug auf die Endeffektorpose wurde die unterschiedliche Güte des Kalibrierverfahrens zwischen den einzelnen Vektorschleifen begründet. Abschließend wurde das Modell im Rahmen einer experimentellen Untersuchung auf die reale Werkzeugmaschine übertragen. Es konnten erhebliche Unterschiede zwischen dem idealisierten Simulationsmodell und der realen Kinematik festgestellt werden.

Eine Fehleranalyse identifizierte die Gelenke als Grund der Abweichung. Die Gelenke der Transregio PKM sind die mitunter anspruchsvollsten mechanischen Komponenten. Sie befinden sich direkt im Kraftfluss und haben deshalb einen wesentlichen Einfluss auf das Steifigkeitsverhalten der Maschine. Zudem sind sie unmittelbar zwischen der Wirkstelle (TCP) und dem Messort (Linearaktoren) angeordnet. Gelenkfehler wie zum Beispiel Rundlauffehler und nicht schneidende Rotationsachsen spielen deshalb eine entscheidende Rolle für die Identifizierbarkeit der Parallelkinematik. Bei der Konstruktion der Kardangelenke der Transregio PKM gab es Schwierigkeiten die Fertigungstoleranzen einzuhalten. Die Grundvoraussetzung für eine Kalibrierung von schneidenden Drehachsen konnte somit nicht gewährleistet werden. Der zyklische und wiederholbare Fehler wurde auf der Grundlage der für die Kalibrierung ermittelten Messposen mit einer 4 dimensionalen quadratischen Taylorapproximation angenähert. Es konnte so eine erhebliche Verbesserung der Maschinengenauigkeit erreicht werden. Die Konvergenz des Identifikationsalgorithmus konnte für das idealisierte Modell validiert werden. Mit dem Einbau von genaueren Gelenken kann eine Parameteridentifikation mit dem vorgestellten Modell an der Transregio PKM durchgeführt werden.