Methoden der Offline- Bahnkorrektur für die spanende Bearbeitung mit Industrierobotern

Für die spanende Bearbeitung bietet Industrieroboter, durch ihren großen und flexibel erreichbaren Arbeitsraum sowie durch geringere Investitionskosten hinsichtlich vergleichbarer Werkzeugmaschinen, eine wirtschaftliche Alternative. Unter der Nutzung von CAD/ CAM Systemen können komplexe Fräsbahnen offline erzeugt und in herstellerspezifische Programmiersprachen übersetzt werden. Nachteilig ist jedoch die geringe Grundgenauigkeit und mechanische Steifigkeit des Systems gegenüber einer konventionellen Werkzeugmaschine. Zusätzlich entsteht beim Einrichten einer Fräszelle ein erhöhter Zeitaufwand, wenn die Roboterbahnfehler zwischen realem Roboter und Offline-Bahnprogrammierung durch manuelles Nach-Teachen beseitigt werden müssen. Dies bilden die Hauptgrenzen für den verbreiteten Einsatz der Robotik im spanenden Bearbeitungsumfeld.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Offline-Korrekturmaßnahmen zur Steigerung der spanenden Bearbeitungsqualität mit Industrierobotern. Diese Korrekturmaßnahmen erweitern den Einsatzbereich des spanenden Roboters auf Tätigkeiten mit höheren Genauigkeitsanforderungen. Es werden zwei Methoden verfolgt, die „modellbasierte Bahnkorrektur“ und die „kamerabasierte Bahnkorrektur“. Die Methode der modellbasierten Bahnkorrektur nutzt ein virtuelles Modell zur Abbildung des mechanischen Roboterverhaltens sowie ein Modell zur Berechnung der Fräskräfte. Beide Teilmodelle werden miteinander gekoppelt, die virtuellen Bahnabweichungen der Bauteilbearbeitung simuliert und im Anschluss kompensiert. Dem gegenüber steht die Methode der kamerabasierten Bahnkorrektur. Durch eine Oberflächenaufnahme eines gefertigten Masterbauteils und dem anschließenden Vergleich der realen gefrästen Oberfläche mit dem CAD Modell werden Fehlerstellen lokalisiert und ein korrigiertes Bearbeitungsprogramm erzeugt.
In der Durchführung der Arbeit wird zunächst ausgiebig ein aktuelles, am Markt erhältliches Robotersystems KUKA KR210 untersucht und die erreichbare Positioniergenauigkeit und Bahngenauigkeit des Systems gemessen. Darüber hinaus werden die statischen Steifigkeiten und das dynamische Verhalten des Roboters experimentell bestimmt und für die Modellanpassung des Roboterstrukturmodells zur Verfügung gestellt. Darauf aufbauend werden beide Korrekturmethoden auf Bearbeitungsaufgaben angewendet und schließlich an umfangreichen Fräsexperimenten validiert und bewertet.