Bahnplanung mittels impliziter Methoden für spanende und beschichtende Fertigungsverfahren

Abstract

Das Thema der Dissertation ist die Entwicklung einer auf Level-Sets basierenden Bahnplanungsmethodik. Zu diesem Zweck werden unterschiedliche Ansätze zur impliziten Definition, Repräsentation und Manipulation von für die Planung von Werkzeugbahnen relevanten Flächen und Kurven vorgestellt. Die entwickelten Methoden dienen zur Planung von Werkzeugbahnen in zwei unterschiedlichen Anwendungsszenarien, der spanenden Fertigung dentaler Werkstücke wie Zahnkronen, Brücken oder Inlays mittels einer 5-achsigen Tischfräsmaschine, und zur thermischen Beschichtung von Oberflächen mittels einer am Roboterarm geführten Spritzpistole. Die Verwendung impliziter Methoden führt einerseits zu bedeutsamen Vorteilen gegenüber expliziten Methoden, andererseits jedoch auch zu neuen Herausforderungen, welche in der Dissertation thematisiert werden. Hervorgehoben sei hier der Ansatz zur impliziten Repräsentation von Kammlinien als Projektion des Medialachsenrandes auf eine explizite Oberfläche, sowie die damit verbundene Identifikation von für die Bahnplanung kritischen Bereichen auf der Zieloberfläche. Ebenso werden die den Werkzeugbahnen zugrunde liegenden Kurven auf Oberflächen und im Raum implizit definiert, sowie Ansätze zur Überführung explizit bzw. implizit definierter Kontaktpunktkurven auf Oberflächen in explizit bzw. implizit definierte Werkzeugpositionskurven im Raum vorgestellt. Die Überführung von Kontaktpunktkurven auf Oberflächen in Werkzeugpositionskurven im Raum wird weitergehend vertieft, indem die Bestimmung einer Positionskurve als Lösung eines Optimierungsproblems aufgefasst wird, welche zwischen einer aus prozesstechnischer, geometrischer und dynamischer Perspektive günstigen Positionierung des Werkzeugs abzuwägen vermag. Abschließend wird eine neuartige und auf ausschließlich impliziten Repräsentationen beruhende Methodik zur Simulation des Materialabtrags bei der spanenden Fertigung vorgestellt.