Entwicklung eines Modells zur Beschreibung der Bewegungsabläufe manueller Polierprozesse auf Basis der Fraktal-Theorie

Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Modells zur Beschreibung der Bewegungsabläufe des Polierprozesses, der als finaler Bearbeitungsschritt zur Herstellung komplexer Werkzeuge und Formen zum gegenwärtigen Zeitpunkt weitgehend manuell ausgeführt wird. In der Literatur wurden für die Augenbewegung bestimmte Bewegungsmuster nachgewiesen, die eine fraktale gebrochen rationale Dimension besitzen. Daher wurde die Ausgangshypothese formuliert, dass auch die Bewegungen des Polierwerkzeugs eine fraktale Dimension besitzen und in wiederkehrende Bewegungsmuster unterteilt werden können. Für die Verifizierung dieser Hypothese wurde eine Handpolierstation mit einem sensorintegrierten Messsystem zur Erfassung der Prozessparameter Anpresskraft, Polierpfad, Drehzahl und Polierdauer ausgestattet und eine entsprechende Prozessüberwachung mit einer Software (LabView- Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) realisiert. Mit Hilfe des Messsystems wurden im Rahmen experimenteller Untersuchungen zwei typische Werkzeugstähle unterschiedlicher Härte und Zusammensetzung (X38CrMoV5-1 / 1.2343, 40CrMnNiMo 8-6-4 / 1.2738) über mehrere Prozessschritte mit unterschiedlichen Polierwerkzeugen auf Hochglanz poliert. Die anschließende Analyse bestätigte die Existenz einer gebrochen rationalen Dimension des Polierpfades. Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, dass die Polierbewegungen des Polierers in vier typische Bewegungsmuster eingeordnet werden können. Diese werden als Zickzack, Spiral, Seesaw und Random bezeichnet. Für die Messdatenauswertung von Polierversuche n wurde ein Polierpfad-Analyse-Algorithmus (PAA) entwickelt, der eine automatisierte Bewegungsanalyse des Polierwerkzeugs ermöglicht. Die durch den PAA generierten Ergebnisdateien enthalten die prozentualen Anteile der vier Grundbewegungsmuster, deren zeitliche Abfolge, eine Pfadüberschneidungsmatrix und eine ortsaufgelöste Visualisierung des theoretischen Abtragprofils. Der in dieser Arbeit entwickelte PAA wurde im Rahmen der Untersuchungen für plane Geometrien verifiziert und kann durch entsprechende Anpassungen zukünftig auch für Polierversuche mit komplexen Geometrien verwendet werden. Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden anschließend auf ein roboterbasiertes System übertragen, um die Automatisierbarkeit des manuellen Polierprozesses zu überprüfen.