Methodik einer Echtzeit-Kollisionserkennung und -vermeidung für Werkzeugmaschinen

Die vorliegende Arbeit thematisiert die Erkennung von ungewollten Kollisionen im Arbeitsraum einer Werkzeugmaschine und stellt eine neue Methode auf der Basis von Hüllen vor, welche es ermöglicht, drohende Kollisionen in Echtzeit zu vermeiden. Die Grundlage bildet dabei ein Ablauf aus zehn Schritten, welcher beschreibt, wie es ausgehend von den Konstruktionsdaten möglich ist, mit Einsatz eines virtuellen Maschinenmodells drohende Kollisionen in Echtzeit zu erkennen und die Maschine zu stoppen, bevor diese eintreten. Den Kern der Methodik bildet dabei das neu vorgeschlagene n-Hüllen-Modell, welches das notwendige Bremsvolumen für jede dynamische Komponente definiert. Um die Einsatzfähigkeit in der Praxis nachzuweisen, steht eine Softwareimplementierung der vorgeschlagenen Lösung sowie die Validierung des entwickelten Systems anhand von Prozessen auf Drehfräsmaschinen im Fokus. Einen weiteren essenziellen Aspekt für Kollisionsvermeidungssysteme stellt der Materialabtrag am Werkstück dar, um dessen aktuellen Zustand in der Kollisionsprüfung zu berücksichtigen. Daher besteht ein weiterer Inhaltspunkt dieser Arbeit darin, die Echtzeitfähigkeit einer auf einem adaptiven Voxelmodell basierenden Materialabtragssimulation zu untersuchen.

The present thesis addresses the detection of unwanted collisions in the workspace of a machine tool. It presents a new method based on hulls, which allows to avoid impending collisions in real time. A process of ten steps defines the basis of the approach. It describes how, based on the design data, it is possible to use a virtual machine model to detect impending collisions in real time and stop the machine before they occur. The newly suggested n hull model is the core of the methodology, which defines the necessary brake volume for every dynamic component. In order to prove the practicability, this paper focuses on a software implementation of the proposed solution as well as the validation of the software in process on mill-turning machines. Another essential aspect of a collision avoidance systems is the material removal at the work piece to consider the current state of it in the collision check. Therefore, it is another content point in this thesis to investigate the real-time capability of a material-removal simulation based on an adaptive voxel model.