Ein Beitrag zur Mehrkörperdynamik-Simulation von Nanopositionier- und Nanomessmaschinen mittels spezifischer Modellelemente

Gegenstand der Dissertationsschrift ist die Untersuchung des dynamischen Verhaltens von
Nanopositionier- und Nanomessmaschinen (NPMM) als mechatronisches System im Allgemeinen,
sowie einer vertikalen Positioniereinheit und deren funktions- und präzisionsbestimmender
Baugruppen im Speziellen. Dabei erfolgt die Dynamiksimulation mit Modellen auf
unterschiedlichen Abstraktionsebenen.
Minimalmodelle der NPMM dienen in Verbindung mit Asymptotischen Methoden dazu,
analytische Lösungen zur Beschreibung des stationären Verhaltens zu entwickeln. Durch den
Vergleich der analytischen Ausdrücke für die stationären Amplituden mit experimentell ermittelten
Werten wird die Bestimmung von messtechnisch schwer zugänglichen Parametern
der NPMM möglich.
Komplexe mechatronische Modelle der gesamten NPMM basieren auf der Einbindung realitätsnaher
spezifischer Teilmodelle in das Virtuelle Prototyping. Es wird das Verhalten von
Kugelbuchsenführungen, Messspiegelecken (einschließlich ihrer Lagerung über Kugel – V –
Nut – Paarungen), Gestellelementen und Antriebseinheiten aus Grob – Feintrieb – Kopplungen
mit großer Modelltiefe erfasst und analytisch / numerisch untersucht. Für die Parameteridentifikation
bei Präzisionsführungen kommt ein speziell entwickelter Reibungsprüfstand
zum Einsatz, der die genaue Analyse von Haft – Gleit – Übergängen ermöglicht. Basierend
auf grundlegenden Untersuchungen u.a. zu Reibungseinflüssen werden die Grenzen der Positionierung
aus Sicht der Dynamik diskutiert. Der in dieser Arbeit gewonnene Kenntnisstand
zur computergestützten Dynamiksimulation einer z – Achse kann auf mehrachsige Positioniersysteme
erweitert werden. Die Modellierung der o.g. Baugruppen kann als Basis für den
Aufbau einer umfassenden Modellbibliothek für das Virtuelle Prototyping dienen.