Hexamove – Bewegung leicht gemacht

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RÄDER-VOGEL - RÄDER- UND ROLLENFABRIK GMBH & CO. KG

Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

Franke GmbH

Oelhydraulik Hagenbuch AG

Eine Vielzahl von Funktionsmodulen

All diese Möglichkeiten können erst dann genutzt werden, wenn eine leistungsfähige Software eine einfache Bedienung bietet. Der Kern des Echtzeit-Systems für den Hexapoden ist dazu mit einer Vielzahl von Funktionsmodulen ausgestattet.

• Lineare Bahnkontrolle zu einer neuen Position

• Vollständige Integration von verschiedenen Koordinatensystemen

• Sinus- und Signal-Generator

• Freie Drive-Files

• Joystick und 3D-Maus-Bedienung

• Verschiedene Modi für Datenstrom-Kontrolle (z.B. via Ethernet)

• Video-Synchronisation

• Automatische Aufnahme von Bauteilkennlinien

• Beschleunigungskontrolle für Vibrationen

• Hand-Steuerbirne

Ein besonderes Merkmal des Hexamove-Systems ist, dass die einzelnen Freiheitsgrade gleichzeitig wahlweise in Position oder Kraft geregelt werden können. Während z.B. in X-Richtung eine Kraft geregelt wird kann gleichzeitig die Höhe kontrolliert verändert werden oder vielleicht Winkel eingestellt werden. Solche Möglichkeiten machen den Hexapoden zu einer Universalmaschine, die auch dann im Vorteil ist, wenn eigentlich für eine Messaufgabe nicht alle Freiheitsgrade notwendig sind.

Statt dem Bau einer Spezialmaschine oder dem mehrfachen Umspannen für eine Prüfaufgabe wird beim Hexapoden die Bewegung einfach in der Richtung neu programmiert. Die Erfahrung zeigt, dass der Hexapod damit auch bezüglich Kosten oft im Vorteil ist, denn der Bau von Spezialmaschinen, welche vielleicht einfacher im Aufbau sind, bringt immer auch einen grossen Engineering-Aufwand mit sich.

Für die Validierung von Bauteilen

Die im Titelbild gezeigte Anlage wird primär für die Validierung von Bauteilen eingesetzt. Im ersten Schritt werden die Bauteile vermessen und Kennlinien in allen Freiheitsgraden aufgenommen, also die Verformung bei Einleiten von Kräften und Momenten gemessen (oder umgekehrt). Kundenspezifische Software-Module erlauben, dass solche Messprozesse fast vollautomatisch und damit sehr effizient ablaufen. Entsprechen die Messergebnisse den Vorgaben, werden die Bauteile auch einer Dauerprüfung unterzogen.

Die Kräfte und Wege können dazu über einen Funktionsgenerator vorgegeben werden, oder, was häufiger vorkommt, in Form von freien Drive-Files. Solche Drive-Files können vom Kunden sehr einfach erstellt werden – einfache Excel-Tabellen mit der richtigen Anzahl von Spalten sind dabei schon ausreichend.

Problemlösungen

Bei dynamischen Bewegungen mit Kontrolle von Kräften beginnen die Trägheitskräfte der bewegten Massen einen zunehmend störenden Einfluss zu nehmen. Die bewegte Masse setzt sich dabei aus den Strukturteilen des Hexapoden selber sowie aber auch aus dem Prüfling selber zusammen. Bei höheren Beschleunigungen können diese Einflüsse nicht mehr vernachlässigt werden.

Dieses Problem kann auf zwei Arten angegangen werden. Der direkte Ansatz ist, die Trägheitskräfte rechnerisch zu kompensieren. Dazu müssen die Massen und vor allem deren Verteilung genau bekannt sein. Während dies bei den Strukturteilen der Fall ist sind diese Daten bei den Aufspannungen und vom Prüfling nicht immer bekannt oder liegen zumindest nicht immer ohne weiteres vor.

Zu berücksichtigen ist auch, dass diese Kompensation sehr viel Rechenleistung erfordert.

Ein zweiter Ansatz geht dieses Problem indirekt an und steigert gleichzeitig die Genauigkeit des Systems. Dabei wird ein zweites Messsystem zur Messung der Kräfte eingesetzt, welches nicht mitbewegt wird. Dieser Weg eliminiert störende Einflüsse von Lager-Reibung sowie Messfehlern von Biegemomenten in den Kraftmessdosen.

Der Referenz-Mess-Hexapod ist dabei innen liegend im grossen Hexapod aufgebaut und trägt die untere Aufspann-Plattform für die Prüflinge. Der Referenz-Mess-Hexapod hat dabei selber eine Kraftmessdose in jedem Bein. Die 6 Messsignale verarbeitet die Steuerung und ermittelt ein zweites Referenz-Signal bezogen auf den gleichen Referenz-Messpunkt wie der Antriebs-Hexapod. Eine Besonderheit stellen dabei die sog. Punkt-Federgelenke dar.

Diese konischen Verjüngungen in den Bauteilen nehmen Biegung in der Plattform auf, welche sich durch die Verformung bei Einleitung von bis zu 20 Tonnen Last unweigerlich ergeben. Die kleinen Winkeländerungen in diesen Bauteilen stellen sicher, dass keine Biegung in die Kraftmessdosen eingeleitet wird. Auch hier zeigt die Erfahrung, dass die Messgenauigkeit erstaunlich hoch ist.

Für den Einsatz als Prüfmaschine

Ein weiteres Feature prädestiniert das Hexamove-System zusätzlich für den Einsatz als Prüfmaschine: Von Haus aus integriert ist ein umfassendes Messdatenerfassungssystem. Die Anzahl an Messkanälen wird jeweils den Bedürfnissen der Kunden angepasst. Die Abtastrate kann theoretisch bis zu 16 kHz erreichen, wird jedoch bei den Hexapoden in der Regel maximal auf die Zyklus-Zeit des Kerns begrenzt (2 kHz).

Die Bedienung der Hexapoden ist ähnlich wie bei einer Werkzeugmaschine. Verschiedene Koordinatensysteme können frei definiert werden. Nach dem Aufbau des Prüflings auf der Basis-Plattform muss dieser mit der zweiten, bewegten Plattform verbunden werden. Der Benutzer bewegt dazu den Hexapoden mittels einer Steuerbirne nahe am Prüfling, so dass die ersten Schrauben eingesetzt werden können.

Das System wird jetzt in einen speziellen Modus umgeschaltet. Dieser regelt die Kräfte in allen Achsen auf null. Beim Anziehen der Schrauben fährt der Hexapod also nach und richtet die Plattform automatisch auf die Fläche des Prüflings aus. Dies erleichtert den Einbau sehr, denn das Ausrichten von Auge um mehrere Winkel ist schwierig. (Swiss Made: Oelhydraulik Hagenbuch)

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