Dynamische Präzisionsregelung einer Messmaschine mit redundanten Zusatzachsen

Von:

Michael Ringkowski

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Präzise Messmaschinen stellen einen integralen Bestandteil moderner Produktionsanlagen dar. Für einen hohen Durchsatz ist eine Verkürzung der Messzeiten essentiell. Dies lässt sich durch Lockerung der dynamischen Achsbeschränkungen erreichen. Dadurch ergeben sich erhöhte Störeinflüsse wie dynamische Abweichungen der tatsächlichen TCP-Position von der statisch erwarteten. In der vorliegenden Arbeit wird die tatsächliche TCP-Position mittels eines neuartigen kamerabasierten Sensorsystems mit Sub-Mikrometergenauigkeit erfasst. Somit besteht die Möglichkeit der softwaretechnischen Kompensation dynamischer Fehler und einer TCP-Folgeregelung für scannende Anwendungen. In diesem Kontext werden in der vorliegenden Arbeit modellbasierte Ansätze zur präzisen und genauen TCP-Trajektorienfolgeregelung einer Dual-Stage-Messmaschine mit redundanten Zusatzachsen untersucht. Zunächst wird die betrachtete Messmaschine modelliert und identifiziert. Anschließend werden Konzepte zur Verbesserung der unterlagerten Hauptachsregelung für örtlich stark variierende Reibung untersucht. Weiterhin wird eine genaue Schätzung der TCP-Position aus den verzögerten und langsamer abgetasteten Messungen des Kamerasystems benötigt, wozu modellbasierte Konzepte und eine datenbasierte Erweiterung betrachtet werden. Abschließend wird auf der übergeordneten Referenzgrößenebene modular ein Dual-Stage-Regelungskonzept aufgesetzt, welches die TCP-Trajektorie auf die unterlagert geregelte Haupt- und Zusatzachse aufteilt, um den TCP-Folgefehler bei den betrachteten hochdynamischen Fahrten zu minimieren. Alle Konzepte werden experimentell an einer modifizierten Messmaschine validiert.