3.4.3 Untersuchung der dynamischen Strukturverformung von Werkzeugmaschinen mit Tracking-Interferometern
- Event
- 16. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2012
2012-05-22 - 2012-05-23
Nürnberg, Germany - Chapter
- 3.4 Optische Verfahren in der Fertigungsmesstechnik
- Author(s)
- A. Guralnik, C. Brecher - RWTH Aachen, H. Schwenke, M. Wissmann - Etalon AG Braunschweig, H. Paluszek, D. Berk - sigma3D, Mainz
- Pages
- 386 - 396
- DOI
- 10.5162/sensoren2012/3.4.3
- ISBN
- 978-3-9813484-0-8
- Price
- free
Abstract
Bei der spanenden Bearbeitung von Werkstücken auf Werkzeugmaschinen treten Schwingungen der Maschinenstruktur auf, die die nutzbare Maschinenleistung deutlich reduzieren können. Bei der Entwicklung von Werkzeugmaschinen und teilweise für die Prozessoptimierung ist es daher erforderlich, mit Hilfe experimenteller Untersuchungen der dynamischen Strukturverformung, Schwachstellen der Maschinenstruktur aufzudecken. Diese Untersuchung, die sogenannte Modalanalyse, umfasst die Messung der Schwingungen an bis zu dreihundert Punkten der Maschine in drei Dimensionen und die mathematische Ableitung der Eigenformen. Zwar steigt mit dem rasanten Wachstum der Rechenleistung auch die Bedeutung der Simulation, doch scheint diese die experimentelle Modalanalyse nur zusätzlich zu fördern.
Hauptanwendungsgebiet der Modalanalyse sind die Charakterisierung von Materialeigenschaften, Abgleich theoretischer Modelle und Simulationsergebnisse sowie, insbesondere vor dem Hintergrund der Anwendungsbeispiele in diesem Artikel, die Identifikation von mechanischen Strukturschwachpunkten im Betrieb. Anhand der Nachgiebigkeitsfrequenzgänge kann die Neigung der Maschine zu Instabilitäten beurteilt sowie kritische Frequenzen identifiziert werden. Jedoch erlaubt nur die Modalanalyse die Identifikation der Schwachpunkte der Maschinenstruktur anhand derer, Verbesserungspotentiale abgeleitet werden können. Der starke Bezug zu Werkzeugmaschinen liegt im Schwerpunkt unserer Forschungs-, Entwicklungs-, und Dienstleistungsaktivitäten. Die meisten Aussagen dieses Artikels sind jedoch genauso gültig für die Modalanalyse von Fahrzeugen, Flugzeugen, Musikinstrumenten und Ähnlichem sowie teilweise für die Modalanalyse von Gebäuden, Brücken usw.
Abhängig von der Art der zu untersuchenden Struktur werden hauptsächlich Beschleunigungssensoren und Laservibrometer für Modalanalysen verwendet. Sogenannte 3D-Scanning-Vibrometer werden vorwiegend bei offenen Oberflächen und dünnen Strukturen in der Automobil-und Luftfahrtindustrie eingesetzt [5]. Die drei Laser-Köpfe des Gerätes werden auf das zu messende Objekt gerichtet, die Messung erfolgt berührungslos und sehr zügig über große Flächen, braucht jedoch einen großen Sichtkorridor. Wegen der Sichtlinienproblematik werden in umhausten oder teilweise verdeckten Strukturen triaxiale Beschleunigungssensoren verwendet. Die zügige Messung mit Vibrometern steht der Flexibilität der Beschleunigungssensoren gegenüber, außerdem weisen einige Forschungsarbeiten den Beschleunigungssensoren bessere Ergebnisse zu. Schließlich sind Systeme auf Basis von Beschleunigungssensoren wesentlich kostengünstiger und in der Regel kompakter.