Erläuterung von PKM

Im Gegensatz zu konventionellen, kartesisch aufgebauten Maschinen entspricht bei allen Parallel-Kinematik-Strukturen das Werkstück (Programmier)- Koordinatensystem nicht dem Maschinen-Koordinatensystem. Dies hat zur Folge, daß zur Programmierung der Maschine eine kinematische Transformation erfolgen muß, die der Steuerung die Anweisung für das Verfahren der beteiligten Maschinenachsen mitteilt. Aus diesem Grund haben wir für alle Maschinen mit einer Kinematik, die nicht dem Werkstückkoordinatensystem entspricht – also auch bei allen konventionellen 5-Achs-Maschinen – eine kinematik-abhängige Echtzeittransformation realisiert, die auf der Steuerung abläuft. Dadurch kann die NC-Programmierung die gesamte Bahnerzeugung im Werkstückkoordinatensystem darstellen. Wir haben mittlerweile drei verschiedene Transformationen bzw. Parallel- Kinematiken als Transformationen realisiert. Die klassische Hexapod-Kinematik mit längenveränderlichen Gelenkstäben, die Paracop-Kinematik (auch als Linapod- bzw. Triaglide-Kinematik bekannt) und die Tricept®-Kinematik.

Erreicht man bei kartesischen Maschinen die Arbeitsgenauigkeit mittels Justage der mechanischen Komponenten (z.B. Linearführungen), so realisiert man dies bei PKM durch Kalibrierung. D.h. die Werkstückqualität bestimmt jetzt maßgeblich der Automatisierungs-Hersteller. Bei der Kompensation von Fehlern müssen unterschiedliche Aspekte betrachtet werden. Fehler sind dabei statischer und dynamischer Natur. Es handelt sich dabei um

  • Spindelsteigungsfehler,
  • die räumliche, nicht exakte Anordnung der Gelenke und das Gelenkverhalten,
  • die temperaturbedingte Veränderung des Maschinenrahmens.
Diese Einflüsse können durch die Steuerung kompensiert werden. Die Lösungsmöglichkeiten sind hier vielfältig. Wir können bezogen auf die einzelnen Stäbe individuelle Spindelsteigungsfehler- oder Temperaturfehlerkompensationen verwenden. Die statischen Fehler von Gelenkpunkten bzw. Gelenkverhalten behandeln wir nicht dynamisch, sondern bei der Inbetriebnahme in Form der Auto- Kalibrierung.

Bei der Kalibrierung geht es darum, die beschriebenen produktions- und montage- bedingten Fehler bei den Gelenkpunkten und den Beinlängen zu erfassen und zu kalibrieren. Für einen industriellen Einsatz einer neuen Maschine ist es von entscheidender Bedeutung, daß der Kalibriervorgang einfach, zuverlässig und schnell ist. Zur Zeit verfolgen wir drei Arten von Kalibrierung:

  • Auto-Kalibrierung unter Verwendung eines redundanten, internen Maschinenmeßsystems
  • Kalibrierung durch Einmessen der Gelenkpositionen mit einem externen Meßsystem
  • Kalibrierung durch Verwendung eines Referenzwerkstücks.
Parallelstrukturen können grundsätzlich mit längenveränderlichen Stäben oder mit Stäben fester Länge realisiert werden, was die Systematik der Antriebsarten zeigt. Da sie in manchen Maschineneigenschaften, wie beispielsweise derTrägheit bewegter Massen, der Steifigkeit und der Dynamik ein nichtlineares Verhalten aufweisen, ist der Einsatz moderner Entwicklungstools notwendig. Dazu zählen Simulationen der Antriebs- und Regelungstechnik, aber auch die finite Element Analyse und Simulation des Mehrkörpersystems. Ein einfacher Weg zur ersten Überprüfung der kinematischen Bestimmtheit bzw. funktion der PKM kann mit Hilfe der Grübler-Formel durchgeführt werden.