Das kontinuierliche Nassdrapierverfahren ermöglicht die automatisierte Herstellung von Faserverbundbauteilen mit hoher geometrischer Komplexität und bietet damit neue Möglichkeiten für die effiziente Fertigung anspruchsvoller Leichtbaustrukturen. Die hierfür erforderliche Flexibilität wird durch das am IFW entwickelte Drapierelement als zentraler Bestandteil des Systems bereitgestellt. Dieses Element besteht aus sechs seriell angeordneten, pneumatisch betriebenen Kontinuums-Aktoren (KA), die sich bei einer Druckbeaufschlagung längen, den Durchmesser dabei aber nicht verändern. Die Formgebung des Drapierelements erfolgt durch zwei verknüpfte Steuermechanismen: Die zweidimensionale Positionierung der Aktorschnittstellen erfolgt über sieben zweiachsige Parallelkinematiken. Durch die Kombination aus dieser Positionierung und der gezielten Druckbeaufschlagung der KA kann sich das Drapierelement dreidimensional verformen und unterschiedliche, Spline-ähnliche Konturen abbilden. Der zugrunde liegende Spline, auch Drapierlinie genannt, wird aus einer idealisierten, geometriebasierten Drapiersimulation abgeleitet.
Bei einer ersten Untersuchung wurde der Fokus auf die zweidimensionale Positionierung der Parallelkinematiken gelegt. Die Systeme sind mit Halleffekt-Encoder ausgestattet, die eine präzise Einstellung der gewünschten Winkel des KA ermöglichen. Ergänzend wurde ein optisches Messsystem integriert, um die tatsächliche Position des Drapierelements im Raum zu erfassen. Hierfür kommt ein System bestehend aus vier PrimeX-13-Kameras der Firma Optirack zum Einsatz, dass die dreidimensionalen Raumkoordinaten der auf dem Drapiermodul angebrachten Marker erfasst. Um die tatsächliche Position in der Simulation zu berücksichtigen, wurde ein Kalibrierskript erstellt, welches die Raumkoordinaten der Referenzpunkte im gesamten Bewegungsraum der Parallelkinematiken erfasst. Mithilfe der Messpunkte und der Soll-Koordinaten lassen sich Abweichungsfelder erzeugen, mit denen sich die Abweichung der x-, y- und z-Koordinaten in Abhängigkeit der Motorwinkel bestimmen lässt. Diese empirischen Daten werden sowohl in der Simulation als auch bei der Erstellung der Steuerdaten berücksichtigt, um die Positionierungsgenauigkeit der Parallelkinematiken zu verbessern.
Im weiteren Projektverlauf soll neben der zweidimensionalen Positionierung auch die Positionierungsgenauigkeit im Dreidimensionalen gesteigert werden. Dazu wird die Beziehung zwischen dem Innendruck der Kontinuums-Aktoren und der resultierenden Längung genauer untersucht, um diese bei der Erstellung der Steuerdaten zu berücksichtigen. Durch die daraus entstehende Vorkompensation, basierend auf kombinierten zwei- und dreidimensionalen empirischen Modellen, soll die Abbildungsqualität der Drapierlinie weiter verbessert und potenzielle Ablegedefekte reduziert werden. Zusätzlich ist vorgesehen, die ermittelten Koordinatendaten in eine Echtzeitregelung einzubinden, um Formabweichungen direkt im Drapierprozess minimieren zu können.
Wir bedanken uns bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), die das Projekt „Optidrap – Modellprädiktive Impedanzregelung pneumatischer Kontinuums-Aktoren im kontinuierlichen Nassdrapierprozess“ finanziell fördert.
Kontakt:
Für weitere Informationen steht Ihnen Lucas Wolf, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 (0) 4141 - 77638 – 15 oder per E-Mail wolf@ifw.uni-hannover.de gern zur Verfügung. Weitere Informationen sind außerdem unter http://www.hpcfk.de/ zu finden.
