Entwicklung eines auf alternativen Kugelkoordinaten basierenden Messsystems zur direkten Erfassung von geometrischen und kinematischen Werkzeugmaschinenfehlern

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Rahmen des Forschungsvorhabens werden die Möglichkeiten zur Anwendung eines kompakten und universell einsetzbaren Koordinatenmessgerätes auf Basis von alternativen Kugelkoordinaten zur Genauigkeitserfassung an Werkzeugmaschinen untersucht sowie die Entwicklung und Erprobung eines solchen neuartigen Messsystems durchgeführt. Durch das spezielle kinematische Konzept des zu entwickelnden Messgerätes lassen sich zeitgleich zu den Positionsabweichungen ebenso rotatorische Achsabweichungen zwischen Werkzeug und Werkstück erfassen und in Kompensationsalgorithmen zur Genauigkeitssteigerung von Werkzeugmaschinen anwenden.Die umfassende und simultane Erfassung der translatorischen und rotatorischen Achsfehlerinformationen ermöglicht einerseits die Anwendung des Messgerätes zur Genauigkeitsuntersuchung an 4- und 5-achsigen Bearbeitungsmaschinen, da die Messkinematik hervorragend zur Fehlererfassung an Achsverbünden aus Linear- und Rundachsen geeignet ist. Andererseits lassen sich durch den kinematischen Aufbau ebenso Vorteile bei konventionellen 3-achsigen Werkzeugmaschinen erzielen, da translatorische Positionsabweichungen, die aus Roll-, Gier- oder Nickabweichungen der verbauten Linearachsen hervorgehen, dank der zusätzlichen Winkelinformationen zu keiner Fehlinterpretation bei der Anwendung von Kompensationsalgorithmen führen.Durch den vergleichsweise einfachen Aufbau des zu entwickelnden Messsystems, welches als ein Kreisformtestgerät mit erweitertem Gelenk- und Sensorumfang angesehen werden kann, wird eine einfache, schnelle und unkomplizierte Anwendung des Messgeräts sichergestellt. Aufgrund des gegenüber Kreisformtestgeräten deutlich gesteigerten Informationsgehaltes der Messwerte durch die simultane Ermittlung der rotatorischen Fehler und Achsabweichungen lässt sich mit einem solchen Messgerät jedoch ein weitaus stärker detailliertes und folglich präziseres Abbild der geometrischen und kinematischen Fehler einer Werkzeugmaschine erstellen.Die Kalibrierung des Messgerätes erfolgt auf Basis eines geometrisch-kinematischen Fehlermodells des Gerätes sowie eines überbestimmten Gleichungsansatzes zur Berücksichtigung der Messunsicherheit des zu verwendenden Koordinatenmessgerätes. In Verbindung mit der ebenso zu entwickelnden Kompensationsstrategie ergibt sich für ein Messgerät auf Basis alternativer Kugelkoordinaten ein hervorragendes Einsatzpotential bei der geometrischen und kinematischen Maschinenabnahme.