Wirtschaftliche Posemessung an Werkzeugmaschinen mit einem photogrammetrischen Messsystem

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Knut Großmann (†)
• Subject Area: Metal-Cutting and Abrasive Manufacturing Engineering
• Term: from 2010 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 131460163

Der wachsende Bedarf für 5- und 6-achsige Prozessbewegungen (z.B. Freiformflächenbearbeitung) bedingt den verstärkten Einsatz von Bewegungseinrichtungen mit mehr als 3 Achsen, größeren Arbeitsräumen und erweitertem Bewegungsvermögen. Zur Abnahme und Bewertung der Bewegungsgenauigkeit dieser Maschinen wird neben achsspezifischen Kenngrößen auch die Vermessung der räumlichen Bewegungsgenauigkeit in allen 6 Freiheitsgraden gefordert. Dafür bisher eingesetzte Messsysteme (z.B. Lasertracker) sind jedoch sehr teuer und können den Arbeitsraum nicht immer geschlossen erfassen, zudem sind die Messungen zeitaufwändig und erfordern qualifiziertes Fachpersonal. Eine Alternative dazu bieten photogrammetrische Messverfahren, wobei die Messgenauigkeit bisher verfügbarer Systeme mit zueinander fixierten Messkameras schlechter und der vermessbare Arbeitsraum durch Anzahl und Anordnung der Kameras fest vorgegeben ist. Eine frei konfigurierbare Anordnung einer beliebigen Anzahl von Kameras ermöglicht höhere Messgenauigkeiten und einen anpassbaren Arbeitsraum durch eine maschinen- und messaufgabenspezifisch optimierbare Messkonfiguration. Dies führt jedoch zu einer komplizierteren Einrichtung, Kalibrierung und Bedienung derartiger Messsysteme, was deren Werkstatttauglichkeit und Automatisierbarkeit begrenzt Ziel des Vorhabens ist die Erschließung der Potentiale eines frei konfigurierbaren photogrammetrischen Messsystems zur hoch genauen Vermessung der Bewegungsgenauigkeit in 6 Freiheitsgraden im Arbeitsraum einer Werkzeugmaschine. Die dafür erforderlichen Grundlagen sollen im Rahmen dieses Vorhabens erarbeitet und verifiziert werden. Der Lösungsansatz besteht darin, die Messkameras und zu erfassenden Marken sowohl direkt an zu vemessenden Maschinenbaugruppen als auch frei im Arbeitsraum anzuordnen und gemeinsam in einer Bündelblockausgleichung auszuwerten. Dabei werden neben photogrammetrischen Zusammenhängen auch kinematische Verkopplungen von relativ zueinander bewegten Baugruppen sowie Steuerungsinformationen in einem Messmodell zusammengeführt. Die Messkonfiguration (Anzahl und Anordnung der Kameras und Messmarken) soll im Vorfeld hinsichtlich der modellintern erreichbaren Messgenauigkeit sowie des erfassbaren Messbereiches maschinen- und messsystemspezifisch angepasst und optimiert werden. Arbeitsschwerpunkte sind Methoden zur Integration der zu vermessenden Maschinenstruktur und ihres Bewegungsvermögens in ein erweitertes Messmodell sowie Methoden für die Optimierung von Anordnung und Blickfeld der Kameras auf der Basis dieses Modells. Anhand experimenteller Untersuchungen verschiedener Messsystemkonfigurationen soll die Funktion des verfolgten Lösungsansatzes nachgewiesen sowie Möglichkeiten und Grenzen eines solchen Posemesssystems demonstriert und bewertet werden. Als Demonstrator dient eine am IWM Dresden vorhandene sechsachsige Bewegungseinrichtung.

• DFG Programme: Research Grants