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Marco Löschner

• Die Aufgabe der vorliegenden Arbeit bestand darin, den Prototypen eines mehrachsigen Positioniersystems zu entwickeln, welcher zur Platzierung für Messtechnik, zur Erfassung von Rauheiten, eingesetzt werden soll. Er bildet die Basiskomponente für den Messkopf eines autark arbeitenden Messroboters, der den Oberflächenzustand von Rohrinnenwandungen untersucht. Der Messmolch kommt im Produktionsprozess zur Qualitätskontrolle zum Einsatz und soll in liegenden Rohren verfahren. Für das Positioniersystem wurden nach einer Untersuchung der Rahmenbedingungen folgende Hauptanforderungen für das Positioniersystem ermittelt: · in der Messebene zentriert · reproduzierbare Positioniervorgänge · hinreichend präzise Antastung · lageunabhängige Antastung · zum Messzeitpunkt völlig bewegungslos · möglichst niedrige Positionierfehler · senkrechte Positionierung des Tastsystems · Antastung an fast allen Positionen an der Rohrinnenwand möglich · behutsames Platzieren des Tasters an der Rohrwand Im Rahmen einer Analyse der auf dem Markt erhältlichen Positioniersysteme und deren Aufbau, wurden zunächst die einzelnen Systeme detailliert betrachtet und in einem kritischen Variantenvergleich miteinander verglichen. Im Ergebnis wurde ein System aus Standardpositionierkomponenten als geeignete Variante ausgewählt. Gründe für diese Entscheidung waren unter anderem auf die Flexibilität und Wirtschaftlichkeit zurückzuführen. Weiterhin waren für die Auswahl des Standardsystems die wesentlich bessere Verfügbarkeit , die Modularisierbarkeit und die große Produktvielfalt entscheidend. In einer anschließenden Konzeptentwicklung wurde der geplante Aufbau der Komponenten untersucht. Es entstanden Skizzen und Aufbauvarianten unter dem Gesichtspunkt der vollständigen Abtastbarkeit des Rohrinneren in Abhängigkeit der notwendigen Positioniergenauigkeit für das Messsystem. Dazu wurde der kinematische Aufbau ein zwei Gruppen untergliedert: das Zentriersystem und das Antastsystem. Ersteres ist dafür verantwortlich die Positionierung des gesamten Messkopfes im Mittelpunkt der Messebene sicherzustellen und zweiteres sorgt für die Antastung des Messsystems an der Messoberfläche. Die Hardwarekenngrößen wurden dimensioniert um im Ergebnis dessen, eine Vorauswahl einsetzbarer Komponenten getroffen. Zur sinnvollen Auswahl mussten die Anforderungen einbezogen und mögliche Fehlereinflüsse auf die Positionierung kalkuliert werden. Die ausgewählte Hardware bestand aus folgenden Komponenten, die direkt oder indirekt mit dem Steuerungs-PC verbunden waren: · Kreuztisch zur Zentrierung · laseroptische Abstandssensoren zur Ermittlung der Position in der Messebene · Rotationstisch zur Richtungspositionierung in de Messebene · Lineartisch zur Zubringung des Messsystems an die Rohrinnenwand · mehrachsiger Servocontroller zur Steuerung der Positionierkomponenten · taktiles Tastschnittmesssystem · Analog-Digital-Wandler zur Wandlung der Sensorwerte und Signalerfassung Als die verfügbare Hardware eingetroffen war, wurde der Versuchsaufbau umgesetzt. Mit einem Kreuztisch zur Positionierung und laseroptischen Sensoren zur Positionsbestimmung wurde das Zentriermodul aufgebaut und in einem Testrohr platziert. Das Antastmodul konnte aufgrund fehlender Hardware nicht umgesetzt werden, jedoch waren Testmessungen durch die Simulation des angetasteten Zustands möglich. Nach der physischen Umsetzung der Hardware erfolgten Überlegungen zur softwareseitigen Ansteuerung des Messkopfes. Zur Kommunikation mit dem Prototypen wurde eine Windows MFC Anwendung mit grafischer Benutzeroberfläche entworfen. Mit ihr ist die Auslösung und der Test des Zentrier-, Antast- und Messvorgangs möglich. Weiterhin greift sie auf Positionslisten zur Antastung zu und liefert im Ergebnis eines Messzyklus ein Messprotokoll mit Messwerten und ihren zugeordneten Positionsinformationen. Als Ergebnis ist festzuhalten, dass eine Positionierung taktiler Oberflächenmesssysteme durch Standardpositionierkomponenten möglich ist. Dank hoher Positioniergenauigkeiten ist eine präzise Antastung an die Rohrinnenwand durchaus möglich und durch zunehmende Miniaturisierung auch mechanisch gut lösbar.