Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBFAktive Schwingungskompensation in Fräsrobotern: adaptive Regelung
Bearbeitungsroboter Flexmatik.
Flexmatik: Neue Klasse von Roboterarmen
Serielle Kinematiken stellen eine vielversprechende Alternative in der Fertigungsindustrie dar. Allerdings können sie die hohen Anforderungen einiger Anwendungen (z. B. Luft- und Raumfahrt) aufgrund ihrer mangelnden Präzision nicht erfüllen. Ziel dieses Projekts ist es, eine neue Klasse von Roboterarmen mit neuen integrierten Technologien zu entwickeln, die eine hohe Präzision und Qualität in Fertigungsprozessen ermöglichen.
Roboterarme bieten die Möglichkeit, flexible Fertigungslinien im Vergleich zu derzeit verwendeten Methoden zu realisieren. Insbesondere bei der Produktion von großen Strukturen können mit Roboterarmen die Produktionszeiten und -flächen reduziert werden, was zu einem kosten- und ressourceneffizienten Prozess führt. Allerdings ist der Einsatz von Roboterarmen derzeit durch die geringere Prozessqualität der Werkstücke bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten begrenzt, was auf die Schwingungswechselwirkungen zwischen Roboterarm und Werkstück zurückzuführen ist. Diese Vibrationen führen zu einer rauen Oberfläche des gefrästen oder geschnittenen Werkstücks.
Fräsvorgang mit AVC-System: Höhepunkt des Fräsmoments.
Experimentelle Testkampagne in den Labors des Fraunhofer IFAM.
Im Rahmen des MAVO-Projekts Flexmatik wurde ein revolutionärer Roboterarm für die Fertigung von Großstrukturen (z.B. Flugzeugkomponenten) entwickelt. Ziel des Flexmatik-Roboters ist es, eine höhere Fertigungspräzision als bei kommerziell erhältlichen Robotern zu ermöglichen. Die Schlüsseltechnologie wird durch die Implementierung des Active Vibration Control (AVC) Systems dargestellt. Drei Paare von Aktoren und Sensoren sind an der Hauptachse, nahe am Werkzeug, installiert. Ziel der experimentellen Untersuchung ist es, die Auswirkungen des AVC-Systems auf die Qualität der Werkstücke zu untersuchen.
Es wurde eine adaptive MIMO-Regelungsstrategie mit Rückkopplung implementiert, ähnlich derjenigen, die für die Rauschunterdrückungstechnologie verwendet wird. Ein adaptiver Algorithmus ermöglicht es dem System, sich selbstständig an die während des Prozesses erzeugten Frequenzen und Amplituden anzupassen und die Rückkopplung macht es unabhängig von einem Referenzsignal. Experimentelle Untersuchungen wurden an einem kommerziellen Roboter für Fräsoperationen durchgeführt. Drei Inertialmassenaktuatoren (Aufnehmer) und Beschleunigungssensoren (Fehlersensoren) wurden an jeder der Hauptachsen installiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schwingungsspitzen bei Fräsvorgängen um bis zu 20 dB reduziert wurden. Es sind deutliche Auswirkungen auf ein gefrästes Werkstück zu beobachten, das bei eingeschalteter AVC eine deutlich glattere Oberfläche aufweist.
Das Projekt wurde gemeinsam mit dem Fraunhofer IFAM und dem Fraunhofer IPK realisiert.