Publikationen (gesamt)

Die Arbeit hat das Ziel, einen Beitrag zur Entwicklung von hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen durch die Erarbeitung von Grundlagen zur Optimierung und konstruktiven Ausführung vorhandener sowie der Erarbeitung neuer Messspiegelkonzepte zu leisten. Hierzu wird der Stand der Technik von hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen hinsichtlich Anwendungsfelder, Aufbau und Messsysteme untersucht. Anhand der Untersuchungen ist zu erkennen, dass Messspiegel einen wesentlichen Einfluss auf mechanische und messtechnische Eigenschaften dieser Maschinen haben. Basierend auf dieser Erkenntnis erfolgt die systematische Analyse der Messspiegel. Dabei werden Aufbau, Werkstoffe, Fertigungstechnik, Koppelstellen und der Einfluss des Messspiegels auf die Messgenauigkeit betrachtet. Die Untersuchungen zeigen: Bekannte Messspiegel begrenzen durch Asymmetrie um die Hochachse, große Masse und Verformungen unter Eigengewicht die Genauigkeit und Dynamik von hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen und durch in der Höhe überstehende seitliche senkrechte Spiegelflächen die Größe von Objekt und Tastsystem. Aus den Ergebnissen der Analyse leitet sich die Problemstellung der Arbeit ab. Davon ausgehend folgt eine Auseinandersetzung mit dem konstruktiven Entwicklungsprozess und dessen Anwendung bei der Konstruktion von Messspiegeln. Dem schließt sich die Erarbeitung von Lösungsansätzen durch Anwendung der Methoden Variation und Kombination an. Eine Konkretisierung der Lösungsansätze führt zu fünf unterschiedlichen Gestaltvarianten von Messspiegeln. Besonders hervorzuheben ist die neue und patentierte Gestaltvariante Tetraeder-Messspiegel, da sie bekannte Nachteile wie beispielsweise Asymmetrie um die Hochachse und Einschränkung der Objektgröße unter Einhaltung des Abbe-Komparatorprinzips vermeidet. Anhand von zwei bekannten und bereits in hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen eingesetzten Lösungsvarianten werden deren Gestaltung und Optimierung gezeigt. Für den Tetraeder-Messspiegel werden Berechnungsgrundlagen zur Dimensionierung und Koordinatentransformation erarbeitet. Außerdem erfolgt anhand eines erstellten Versuchsmusters ein Nachweis für dessen Funktion in hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen durch die Integration in einen Versuchsaufbau. Abschließend werden allgemein nutzbare Schlussfolgerungen für den Entwurf von Messspiegeln in einer Konstruktionsrichtlinie zusammengefasst.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Weiterentwicklung eines mobilen Roboters der HENKEL+ROTH GmbH. Dies ist zum einen die Konzeption eines Einmesssystems für einen mobilen Roboter, zur Lagekorrektur bei einfachen Handlingaufgaben, auf Basis konventioneller Sensoren. Der zweite Schwerpunkt ist die Prüfung mit anschließender Bewertung eines Serienroboters für den möglichen Einsatz im mobilen Roboter. Für die Konzeption eines Einmesssystems wurde zunächst eine Übersicht an industriell eingesetzten Sensoren zur Weg- und Positionsbestimmung erstellt. Anschließend eine Bewertung der einzelnen Wirkprinzipe durchgeführt und darauf aufbauend ein Messlayout entwickelt. Mit Hilfe mathematischer Beziehungen konnte anschließend eine Aussage über die benötigte Sensorgenauigkeit getroffen werden. Weiterhin wurden Genauigkeitsuntersuchungen an einem üblichen Laserdistanzmesser durchgeführt und daraus über seine Eignung entschieden. Der Serienroboter, welcher aufgrund seiner technischen Daten sehr gut für den Einsatz im mobilen Roboter geeignet ist, wurde auf seine Energieversorgung hin untersucht. Dabei wurde mit Hilfe eines Ablaufprogramm das dynamische Verhalten bei Wechsel vom dreiphasigen auf den einphasigen Betrieb ermittelt und anschließend mit dem bereits eingesetzten Roboter verglichen. Die guten Ergebnisse führten zu Untersuchungen, in wie weit der Robotertyp in die bestehende Plattform integriert werden kann. Abschließend wurde ein Gesamtkonzept aus den behandelten Elementen entwickelt, wie es in naher Zukunft realisiert werden könnte.

Bei Projektionsbildern, die von mehr als einem Projektor erzeugt werden, spielt die Ausrichtung der Bilder der einzelnen Projektoren zueinander eine wesentliche Rolle hinsichtlich der Qualität des Simulators. Die Bilder müssen sich im Randbereich überlappen, damit keine Schattenbereiche gebildet werden. Zur Gewährleistung der Qualität müssen die Pixel der einzelnen Bilder in dem Überlappungsbereich genau aufeinander liegen. Wird diese Anforderung nicht erfüllt, kommt es zu Bildverzerrungen an diesen Stellen, die in ungünstigen Fällen die Qualität des Gesamtgebildes beeinträchtigen können. Zielstellung der vorliegenden Arbeit ist die Konstruktion einer Justiereinrichtung, die die geforderte Genauigkeitsanforderungen bei der Einstellung der einzelne Bilder erfüllt. Weiterhin wird zwecks Bedienerfreundlichkeit eine bestimmte Justierung gewährleistet. Für eine flexible Anwendung in verschiedenen Simulationsanlagen weist die Justiereinrichtung eine universelle Projektoraufnahme auf. Für eine optimale Justierung der erzeugten Bilder von schwer zugänglichen Projektoren wird die Justiereinrichtung mit einem motorischen Antrieb versehen. Die Funktion der Vorrichtung ist durch die Analyse der Bildverformungen bei dem Justiervorgang untersucht worden. Die optimale Gestalt der tragenden Baugruppen wurde durch verschiedene Belastungsanalysen festgestellt. Zur Minimierung des Herstellaufwandes und zur Steigerung der Bedienerfreundlichkeit, strebte man eine modulare und universelle Lösung mit minimaler Anzahl an Justierachsen an. Die aus den gründlichen Untersuchungen der Bildverformungen und Justierachsenanalyse gewonnenen Erkenntnisse wurden genutzt, um eine modulare in drei Achsen bestimmt justierbare Projektoraufnahme zu konstruieren. Zur Erfüllung aller Anforderung werden fünf justierbare Freiheitsgrade benötigt.