Universität Stuttgart
Permanent URI for this communityhttps://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/1
Browse
Search Results
Item Open Access Verfahren zur automatisierten Handhabung von hochsensiblen Photovoltaik-Substraten aus Flüssigkeiten(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Giesen, Tim; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Bestrebungen in der Entwicklung und der Produktion zukünftiger kristalliner Photovoltaik-Zellen haben unter anderem den reduzierten Einsatz von hochreinem Silizium mittels neuer Produktionstechnologien im Fokus. Für die Herstellung von ultra-dünnen Siliziumsubstraten kann das thermomechanische Verhalten des Siliziums genutzt werden, um folienartige, stark gebogene Substrate mit Dicken zwischen 50 - 80 μm zu erzeugen. Diese müssen in anschließenden Prozessschritten gereinigt werden, um flache, nutzbare Substrate für Photovoltaikzellen zu gewinnen. Ziel dieser Arbeit ist es, für die Reinigung der sich transformierenden Substrate - von einem gebogenen in einen flachen Zustand während des Reinigungsschrittes - eine automatisierte Handhabung zu entwickeln und zu erproben. In der Folge werden die Randbedingungen für das Handhabungsverfahren analysiert, Anforderungen an das Verfahren abgeleitet und das Verfahren konzipiert. Unter der Berücksichtigung von unsteten Bedingungen durch die Prozessflüssigkeit wird das Handhabungsverfahren im aufgestellten Modell regelbar ausgelegt. Die Komplikationen des Handhabungsverfahrens werden erörtert und dabei die Wirkzusammenhänge zwischen Greifpunktpräzision und resultierender Positioniergenauigkeit für einen kontinuierlich stabilen Prozess deutlich. Mit dem Aufbau eines Demonstrators wird das konzipierte Verfahren umgesetzt und die einzelnen Verfahrensfunktionen experimentell untersucht und charakterisiert. Durch die Identifikation der signifikanten Parameter werden die Bedingungen für eine automatisierte Handhabung in Flüssigkeiten beschrieben. Für die Erprobung werden im Dauerversuch Handhabungsvorgänge bei unterschiedlichen Flüssigkeitszuständen bewertet. Die Erprobungsergebnisse zeigen die potentielle Anwendbarkeit des Verfahrens für die industrielle Nutzung. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Grundlagen für die Automatisierung eines Schlüsselprozesses geschaffen, der die zukünftige Produktion ultra-dünner Siliziumsubstrate und deren Handhabung aus Prozessflüssigkeiten heraus ermöglicht. Es wird ein hoher Erfüllungsgrad der an das Verfahren gestellten Anforderungen aufgezeigt. Synergien des automatisierten Handhabungsverfahrens lassen sich aus den eigens entwickelten Teilsystemen der Greifpunktbestimmung und der Handhabungsbewertung für die situative Prozesslenkung auf weitere, vergleichbare Anwendungsfälle übertragen.Item Open Access Reibadaptive Gleitführungen für Vorschubantriebssysteme(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Engel, Tobias; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)The precision of feed drive systems depends strongly on the frictional behaviour of the bearing elements. Friction has two effects onto the feed drive system, on the one hand it improves the damping and reduces vibrations and on the other hand it induces nonlinear effects that affect the motion quality in terms of precision and smoothness. In this thesis, an idea is investigated that uses the good damping properties of sliding bearings and improves their frictional behaviour using high frequency oscillations. The phenomenon that friction is reduced in the presence of high-frequency oscillations was observed in various experiments since the 1950’s and found its way into industrial applications such as ultrasonic deep drawing, drilling, grinding and cutting. However, the idea to use this effect to come up with new bearing elements has not been investigated yet. The goal of this thesis is to develop a systematic design for sliding bearings that allow high-frequency oscillations. The theory of friction in the presence of vibrations is used to investigate the influence of vibration and motion parameters such as longitudinal, transversal, angluar and higher harmonic vibrations onto the friction force. Chapter 4 introduces the basic setup of high-frequency sliding bearings containing a vibration module with actuator resonator and sliding elements. Basic design principles for the different components are developed in Chapter 5. The design of the resonator plays a key role in transmitting the vibrations from the actuator to the sliding elements. The design is based either on a two-mass model or as an waveguide depending on the dimension of the bearing. An demonstrator is developed in Chapter 6 using FEM to optimize the stiffness an vibration characteristics of the bearing. Chapter 7 presents the results of experimental investigations of the vibrational and frictional properties of the developed bearing elements. It is shown, that the sliding and static friction can be reduced significantly and that the frictional force can be controlled using the acutator voltage and frequency. Thus, it is possible to actively design the frictional behaviour of the bearing element, giving the possibility to linearize the friction and thereby changing the damping and linearity properties of the bearing. Using this effects, experiments are made that show that the friction control allows to minimize and even eleminate the appearing of stick-slip during movement.Item Open Access Untersuchung von modellbasierter Fehlerkompensation und erweiterter Positionsregelung zur Genauigkeitssteigerung von roboterbasierten Zerspanungsprozessen(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Schneider, Ulrich Johannes; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult.)Produktionssysteme haben sich in den letzten Jahrzehnten stark verändert. Während Mitte des 20. Jahrhunderts der Fokus auf Skaleneffekten durch Massenproduktion lag, werden heute außer geringen Produktionskosten noch weitere Anforderungen an Produktionssysteme gestellt. Produkte werden in einer großen Variantenvielfalt hergestellt, jedes Produkt muss zu einem möglichst großen Grad auf die Bedürfnisse des Kunden abgestimmt werden. Daraus resultierend wird eine hohe Flexibilität und Wandlungsfähigkeit von Produktionsanlagen erwartet. Industrieroboter sind ein nützliches Mittel, um verschiedene Prozesse in einer Produktionsanlage umzusetzen. Jedoch wird der Einsatz von Industrierobotern bisher noch durch verschiedene Faktoren begrenzt: Anforderungen an Sicherheit, Programmierung und Genauigkeit schränken beispielsweise das Anwendungsspektrum stark ein. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Steigerung der Genauigkeit von Industrierobotern in spanenden Prozessen, mit dem Ziel Roboter für ein breites Anwendungsspektrum zu qualifizieren. Die Literatur behandelt bereits verschiedene Maßnahmen, um die Genauigkeit von Industrierobotern zu verbessern. Zum einen wird das Roboterverhalten modelliert und zur Kompensation von Abweichungen verwendet. Im Speziellen wird in der Literatur die Vermessung der Kinematik und die Bestimmung von Steifigkeitsparametern zur Kompensation der Abdrängung durch Kräfte am Endeffektor betrachtet. Limitierender Faktor dieser Kompensationen ist jeweils die Güte des identifizierten Modells, welches das Roboterverhalten abbildet. Zum anderen wird zusätzliche Sensorik verwendet, um die Präzision der Positionierung und Bahnführung zu verbessern. Es werden sowohl Sensoren auf Gelenkebene eingesetzt als auch großvolumige Messsysteme verwendet, welche die Pose des Endeffektors im Raum erfassen. Im statischen Fall kann damit eine gute Genauigkeit erzielt werden, jedoch lassen sich mit diesen Mitteln die dynamischen Eigenschaften des Industrieroboters nur marginal beeinflussen, da sie maßgeblich von der Masse, der Steifigkeit und der Reibung bestimmt werden. Schwingungen jenseits der Bandbreite des Roboters können demnach nicht durch die Robotermechanik kompensiert werden. Aufbauend auf einer systematischen Analyse von Einflussparametern auf den Roboter in spanenden Prozessen werden in dieser Arbeit verschiedene Methoden zur Genauigkeitssteigerung weiterentwickelt. Zunächst wird die Kompensation der Abdrängung des Endeffektors durch Prozesskräfte, als einer der wesentlichen Quellen von Fehlpositionierung, adressiert. Durch einen neuen Ansatz der Beschreibung des Verformungsverhaltens durch nichtlineare Funktionen in mehreren Freiheitsgraden kann das Roboterverhalten realitätsnäher abgebildet werden. Eine innovative Identifikationsmethode erlaubt die Bestimmung der Modellparameter basierend auf einer breiten Datenbasis. Aus einer Onlinemessung von Kräften und Momenten am Endeffektor und aus dem vorgestellten Modell kann online die Verformung des Roboters berechnet und kompensiert werden. Um den Fehler beim Zerspanen mit Industrierobotern weiter zu reduzieren, wird eine externe Aktorik eingesetzt, die aufgrund ihrer großen Dynamik Schwingungen jenseits der Bandbreite von Industrierobotern kompensieren kann. In dieser Arbeit wird eine Regelung vorgestellt, die einerseits die genaue Positionierung der Frässpindel durch Piezoaktoren gewährleistet und andererseits eine überlagerte Regelung von Roboter und Aktorik auf Basis einer direkten Positionsmessung des Endeffektors realisiert. Dabei wird der Fehler der relativen Positionierung von Werkstück und Werkzeug sowohl der Robotersteuerung als auch der Aktorik als Rückführgröße zur Verfügung gestellt. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei dem eingeschränkten Stellbereich der Aktorik gewidmet. Zur Qualifizierung und relativen Einordnung der vorgestellten Methoden werden diese zusammen mit einem unkompensierten Roboter in einem produktionsnahen Anwendungsszenario evaluiert. Durch Fräsen von Kreisgeometrien in Stahl und Vermessung auf einer Koordinatenmessmaschine wird die Wirksamkeit der Methoden dargestellt. Abweichungen können auf einen Bereich von ±100 m reduziert werden. Im Vergleich zum unkompensierten Fall kann der durchschnittliche Fehler um 87,4% verringert werden. Ausgehend von der praktischen Erprobung der Kompensationsmethoden wird die Eignung der Methoden für verschiedene spanende Prozesse dargestellt und analysiert. Dabei werden die Kombination der Methoden und monetäre Aspekte betrachtet. Die Arbeit schließt mit einem Ausblick auf weitere Entwicklungspotentiale. Dabei wird zum einen die Modellierung und Identifikation der Modellparameter adressiert. Zum anderen werden konstruktive Aspekte der externen Aktorik in Betracht gezogen und Weiterentwicklungen im Bereich der Regelung des gesamten Robotersystems aufgezeigt.Item Open Access Zustandsmodellbasierte, steuerungsnahe Energieverbrauchsoptimierung von Werkzeugmaschinen(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Eberspächer, Philipp; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Ressourceneffizienz und Umweltschutz haben in den letzten Jahren auch für die Industrie deutlich an Bedeutung gewonnen. Der Druck auf Unternehmen bezogen auf die Energieeffizienz in der Fertigung steigt zum einen durch nationale und internationale Richtlinien, durch steigende Strompreise, durch den Wettbewerb, aber auch direkt durch die Erwartungen der Gesellschaft. Um weiterhin wirtschaftlich agieren zu können, verfolgen industrielle Unternehmen das Ziel, ihre Energiekosten zu reduzieren. Speziell beim Betrieb von Werkzeugmaschinen wird vor allem während der Nicht-Produktivzeit elektrische Energie unnötig umgesetzt, da zwar Energiesparmodi dem Stand der Technik entsprechen, diese jedoch nicht effizient aufgerufen werden. Mit dieser Arbeit wird daher das Ziel verfolgt, Zeiten, in denen Werkzeugmaschinen nicht produzieren, energieverbrauchsoptimal zu überbrücken. Es wird eine parametrier-bare, modellbasierte Lösung zur Energieverbrauchsoptimierung für Werkzeugmaschinen während Produktionsunterbrechungen entwickelt. Zunächst wird eine Methode untersucht und entwickelt, die es ermöglicht, ein Betriebszustandsmodell während des Betriebs von Werkzeugmaschinen zur Verbrauchsberechnung und zur Ermittlung des aktuellen Betriebszustands einzusetzen. Um dieses mit deutlich reduziertem Aufwand zu identifizieren und zu parametrieren, wird daraufhin eine Methode zur teilautomatisierten Zustandsmodellerstellung entwickelt, die es zusätzlich ermöglicht Expertenwissen zu integrieren. Das so parametrierte Betriebszustandsmodell kann dann bei der Energieverbrauchsoptimierung eingesetzt werden. Zum Abschluss wird eine Methode zur verbrauchsmodellbasierten Energieverbrauchsoptimierung hergeleitet. Der Optimierungsmethode liegen graphenbasierte Suchalgorithmen bei der Ermittlung der energieverbrauchsoptimalen Betriebszustandssequenzen während Produktionsunterbrechungen zu Grunde. Die Einsetzbarkeit der entwickelten Methoden wird an einer Demonstratormaschine vom Typ Digma HSC600 der Firma Exeron innerhalb eines Steuerungsframeworks validiert.Item Open Access Ein gekoppeltes Materialflussmodell zur durchgängigen Entwicklungsunterstützung von Materialflusssteuerungen(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Hoher, Simon; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult.)Innerbetriebliche Materialflusssysteme beeinflussen unmittelbar die Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens. Die Anforderungen an die Materialflusssteuerung haben zugleich ein hohes Ausmaß an Komplexität erreicht. Die Eintrittswahrscheinlichkeit und das Schadensausmaß von Ausfällen der Steuerungstechnik durch Softwarefehler stellen ein dominierendes Problem im innerbetrieblichen Materialfluss dar. Deshalb werden je nach Entwicklungsphase und Zielsetzung neue individuelle und problemspezifische Materialflusssimulationen entworfen, um die Entwicklung des innerbetrieblichen Materialflusssystems abzusichern. Die Kosten, die aufgrund des zusätzlichen Zeitaufwandes für die Erstellung der Simulation entstehen, und diejenigen für die Simulationssoftware amortisieren sich schon nach dem einmaligen Einsatz. Dennoch ist die Erstellung der individuellen und problemspezifischen Simulationen in den Entwicklungsphasen immer noch sehr zeitaufwändig. Für jede Modellerstellung wird speziell ausgebildetes Fachpersonal benötigt. Ferner können die jeweiligen Simulationsergebnisse nicht direkt für die Entwicklungsunterstützung von Materialflusssteuerungen verwendet werden. Die Modellvalidität - also die Richtigkeit der Simulation für den Einsatzzweck - geht zwischen den jeweiligen Simulationsläufen in den Entwicklungsphasen wegen der neu erstellten Modelle verloren und muss jedes Mal erneut nachgewiesen werden. Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, die unterschiedlichen Materialflussmodelle in einem Materialflussmodell zu koppeln. Die Entwicklung der Materialflusssteuerung kann dann mit einem einzigen Simulationsmodell und gezielten Simulationsläufen unterstützt werden. Dadurch reduziert sich der Modellerstellungsaufwand erheblich. Außerdem können doppelte Schritte bei der Modellerstellung vermieden werden und die Modellvalidität für bereits erstellte Modelle bleibt erhalten.Item Open Access Methode zur Planung modularer, produktflexibler Montagekonfigurationen in der variantenreichen Serienmontage : am Beispiel der Automobilindustrie(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Küber, Christian; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. a. D. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Die Automobilindustrie sieht sich mit der Herausforderung eines wachsenden Produktportfolios und neuer Fahrzeugtechnologien konfrontiert. Dadurch ist zukünftig die Nachfrageentwicklung kaum noch prognostizierbar und folglich auch nicht das fahrzeugspezifische Nachfragevolumen. Besondere Bedeutung ergibt sich daraus für das Gewerk der Montage, in dem ein Großteil der Fahrzeugvarianz entsteht. Indem mehr als ein Fahrzeug variantenmix-unabhängig auf einer gemeinsamen Linie montierbar ist, kann die Kapazität der Montagelinie für unterschiedliche Fahrzeuge bedarfsorientiert genutzt werden. Nachweislich existieren Freiheitsgrade in der Anordnung von Montagemodulen, die Arbeitsvorgänge zum Verbau einer Baugruppe bzw. eines Bauteils beinhalten. In der heutigen Montageplanung werden diese jedoch nicht methodisch genutzt. Darin besteht die Forschungslücke. Die entwickelte Planungsmethode nutzt die Freiheitgrade zwischen zuvor definierten, fahrzeug- und linienübergreifenden Montagemodulen für die Konfiguration fahrzeugflexibler Endmontagelinien.Item Open Access Direkte Sliding-Mode-Stromregelung von Vorschubantrieben(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Laptev, Igor; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Als innerste Kaskade der Regelung elektrischer Vorschubantriebe muss die Stromregelung mehreren konkurrierenden Anforderungen wie gute dynamische Eigenschaften, große Robustheit sowie energieeffiziente Arbeitsweise gerecht werden. Dies ist unter anderem wegen den nichtlinearen Eigenschaften der Leistungselektronik nicht trivial. Das Stellglied der Stromregelung besitzt einen schaltenden Charakter und frequenzabhängige Schaltverluste. Die klassische PI-Stromregelung kann diese Eigenschaften lediglich indirekt, mittels einer nachgeschalteten Pulsweitenmodulation berücksichtigen. Durch diese Struktur werden die Eigenschaften der Stromregelung und letztendlich des gesamten Vorschubantriebs verschlechtert. Das Ziel vorliegender Arbeit ist die Steigerung der Effizienz elektrischer Vorschubantriebe durch den Einsatz eines neuen direkten Stromregelungskonzeptes. Die neue Regelung soll den oben genannten konkurrierenden Anforderungen besser genügen, als es die zurzeit standardmäßig eingesetzte PI-Stromregelung mit Pulsweitenmodulation ermöglicht. Als Lösungsansatz wird eine sogenannte Sliding-Mode-Regelung (Englisch: Sliding Mode Control, SMC) vorgeschlagen, die in der Regelungstechnik seit Jahrzehnten bekannt ist. Sie hebt sich dabei besonders durch die hohe Robustheit und Dynamik hervor. SMC besitzt einen schaltenden Charakter und ist dadurch prinzipiell gut geeignet für den Einsatz an schaltender Leistungselektronik. Die bekannten Sliding-Mode-Stromregler (SM-Stromregler) weisen jedoch Defizite in Bezug auf hohe Anforderungen an die Regelung der Vorschubachsen auf. In der vorliegenden Arbeit wird daher eine neue direkte Sliding-Mode-Stromregelung für Servoantriebe in Vorschubachsen entwickelt. Die wesentlichen Nachteile bereits bekannter SM-Stromregler werden dabei durch die besondere Reglerstruktur beseitigt, die sich sowohl in phasenbezogenen Koordinaten als auch in feldorientierten Koordinaten des Motors befindet. Durch den Einsatz von SMC wird ein bedarfsgerechtes Schalten der Leistungselektronik gewährleistet, wodurch die Energieeffizienz des Antriebs erhöht wird. Des Weiteren bietet SMC ein robustes Regelverhalten bei sehr guten dynamischen Eigenschaften. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass die neue direkte SMStromregelung der klassischen PI-Regelung in vielen Gesichtspunkten überlegend ist und versprechen einen Einsatz mit guten wirtschaftlichen Aussichten. Die vorliegende Arbeit weist einen klassischen Aufbau auf. Zunächst wird im Kapitel Wissenschaftlich-technische Problemstellung Stand der Technik in modernen Vorschubantrieben mit den Vor- und Nachteilen herkömmlicher Stromregelung beschrieben. Daraus wird die Zielsetzung für diese Arbeit abgeleitet. Im Kapitel Stand der Forschung werden bekannte Alternativen zum Stand der Technik im Einzelnen beschrieben und klassifiziert. Besondere Aufmerksamkeit ist den direkten Stromregelverfahren und den Reglern auf SMC-Basis gewidmet. Die Defizite bekannter Stromregelverfahren werden abschließend zusammengefasst. Ausgehend aus dem beschriebenen Stand der Forschung wird der Entwurf eines neuen direkten Sliding-Mode-Stromreglers als Lösungseinsatz vorgeschlagen. Im Kapitel Reglerentwurf wird auf die Entwicklung der neuen direkten Sliding- Mode-Stromregelung detailliert eingegangen. Neben dem Entwurf des Regelgesetzes wird die Stabilität der Regelung untersucht. Eine anschauliche Erklärung der SM-Stromregelung ist in ein separates Unterkapitel ausgegliedert und trägt zum besseren Verständnis des theoretischen Teils bei. Des Weiteren werden anhand eines vereinfachten Antriebsmodels Vorschriften für die Reglerparametrierung ausgearbeitet. Im Kapitel Simulative Untersuchung werden anhand eines detaillierten Modells eines Vorschubantriebs Präzision, dynamische Eigenschaften, Robustheit und Energieeffizienz der direkten SM-Stromregelung untersucht. Zum Vergleich wird die herkömmliche Stromregelung ebenso simuliert. Die Simulationsergebnisse werden miteinander verglichen und bewertet. Des Weiteren wird der Einfluss der neuen Stromregelung auf die äußeren Regelkaskaden untersucht und bewertet. Die erzielten theoretischen Ergebnisse werden im Kapitel Experimentelle Verifikation am Versuchsstand unter Beweis gestellt. Zunächst wird der Aufbau des Versuchsstandes vorgestellt und die Besonderheiten der Implementierung erläutert. Experimentelle Untersuchungen stellen den Kern dieses Kapitels dar. Der entworfene Regler wird in der Praxis erprobt. Die Eigenschaften der direkten Sliding- Mode-Stromregelung werden durch unmittelbaren messtechnischen Vergleich mit dem Stand der Technik bewertet. Im Kapitel Zusammenfassung und Ausblick werden die wesentlichen erzielten Ergebnisse zusammengefasst und kritisch bewertet. Mit den Anmerkungen zur möglichen Weiterentwicklung der direkten Sliding-Mode-Stromregelung wird die vorliegende Arbeit abgeschlossen.Item Open Access Automatisierte Inbetriebnahme von rekonfigurierbaren Bearbeitungsmaschinen mit serviceorientierten Paradigmen(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Abel, Michael; Klemm, Peter (Prof. Dr.-Ing.)Rekonfigurierbare Maschinen sind ein Mittel, um die Wandlungsfähigkeit eines Unternehmens auf technischem Niveau umzusetzen. Die (Re)Konfiguration der Maschinen erfolgt dabei durch die Kombination von mechatronischen Modulen, welche die Funktionalität der Maschine bereitstellen. Nach einer Rekonfiguration müssen die Maschinen erneut zeitaufwendig in Betrieb genommen werden. Diese Arbeit stellt daher ein Konzept zur automatisierten Inbetriebnahme von rekonfigurierbaren Bearbeitungsmaschinen vor, um diese Stillstandszeiten zu minimieren. Zu Beginn werden eine Analyse und eine Systematisierung von Tätigkeiten bei der Inbetriebnahme vorgenommen. Auf dieser Basis wird ein Informationsmodell der Inbetriebnahme abgeleitet. Danach wird ein Konzept zur automatisierten Inbetriebnahme von rekonfigurierbaren Bearbeitungsmaschinen auf Basis einer maschineninternen serviceorientierten Architektur entwickelt. Im Anschluss wird eine für die automatisierte Inbetriebnahme geeignete Systemarchitektur abgeleitet. Den Kern dieser Architektur stellen innerhalb der mechatronischen Module der Maschine verteilte Dienste in Kombination mit einem Inbetriebnahmekoordinatorsystem dar. Letzteres ist nach serviceorientierten Prinzipien entworfen und nutzt eine Orchestration-Engine zur Ausführung von Inbetriebnahmetätigkeiten. Abschließend wird eine Forschungsplattform mit dem Ziel der Evaluierung von Inbetriebnahmestrategien für rekonfigurierbare Bearbeitungsmaschinen vorgestellt. Die Forschungsplattform dient einerseits der praxisnahen Erprobung des entwickelten Inbetriebnahmekonzepts und andererseits der Evaluierung von Aufbaukonzepten und den daraus resultierenden Inbetriebnahmestrategien. Das in dieser Arbeit entworfene Inbetriebnahmekonzept für rekonfigurierbare Maschinen stellt einen weiteren Schritt in Richtung einer Praxis-Einführung dieses Maschinentyps dar, da dieser Maschinentyp erst dadurch zu einem wirtschaftlichen Einsatz in der Praxis befähigt wird.Item Open Access Modeling method for simulation of assembly variances(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Reuß, Matthias; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)High quality machine tools are necessary for industrial production of precise work-pieces. In this work a method is displayed, which allows to monitor and ensure the production of these machine tools with a constant precision and quality. This method is based on measuring of the complete friction of the linear axes by current of the servo motors, which is available in the NC controller. Thereby, a deviation between identical machine tool axes becomes obvious. This deviation allows drawing conclusions on the assembly conditions of components. At the machine tool maker’s production this measurement can be conducted and be used as reference during its life expectancy in order to supervise changes of behavior. The discussed measurements have been conducted at machine tools during start-up and at a test rig with distinct assembly failures. Furthermore, a modeling method for simulation of assembly variations is introduced. By this simulation method effects on friction can be estimated at an early stage of the product development. Hence, critical assembly steps can be determined and assessed during the design phase. This allows an improvement of assembly planning by increase of effort in critical steps, whereas it becomes possible to reduce the effort for noncritical steps.Item Open Access Modeling techniques and reliable real-time implementation of kinematics for cable-driven parallel robots using polymer fiber cables(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Schmidt, Valentin Lorenz; Pott, Andreas (Jun.-Prof. Dr.-Ing.)In this thesis, the accuracy of cable-driven parallel robots is investigated by presenting and discussing relevant factors. Models to compensate factors affecting accuracy, including cable properties such as mass, elasticity, creep and ovalization, cable pulleys, and drive trains, are given and applied where necessary. Ovalization was previously ignored in literature, but it is shown to have a significant effect. Methods of estimating the impact of each factor are used to determine a classification for cable-driven parallel robots constructed with plastic fibers. Estimations indicate that some of the factors, such as pulleys, elongation and ovalization are more significant than cable mass, temperature and a non-linear transmission ratio. These findings give an indication of which factors should be modeled first. A focus lies in the real-time capability of the presented models. The incorporation of accuracy factors in the robot controller to improve the robot kinematics is not trivial, particularly for the forward kinematics. Methods for the numerical evaluation of the forward kinematics are thus presented. The most effective improvement is an adapted intersection method for estimating the position from given cable lengths. The intersection method works remarkably well for most geometry types. Further, it is shown that the type of numerical algorithm and value preconditioning affect the proficiency of numerical solvers. The models for improving accuracy are grouped into four architecture types: direct implementation, compensation, offline calculation, and sensor feedback. The direct architecture enables complex control algorithms but is only suitable for a few mathematical models. Compensation is applicable for a wide range of models and has the advantage of retaining reliability. Factors which cannot be compensated in real-time can also be calculated offline, and any factors which have additional measurable parameters need to be incorporated into a feedback control. However, cable forces can also be approximated to achieve a simple elongation compensation. In a practical investigation, the extended models which compensate factors affecting accuracy, are verified for two cable robots. Positional accuracy, positional repeatability, pose drift, posing time and static compliance are tested. For cable robots driven by plastic fiber cables, accuracy scales with size and is 1.38mm and 40.42mm for a robot with a 1.54m and 20.2m diagonal size respectively. The repeatability of the same robots is 0.0806mm and 5.24mm. There is a significant negative correlation between static compliance and accuracy. Improvements through applying extended models are verified. Positional accuracy is improved by 30% when using a simple elongation compensation in the case of the IPAnema 3 cable robot.