Kunstmatige Intelligentie Blog 2023
Samengestelde lay-up (een kernstap in het proces van het maken van een samengesteld onderdeel) is van oudsher een arbeidsintensief proces.
Het proces vereist bekwame technici om de benodigde onderdelen te maken met behulp van gespecialiseerde gereedschappen en apparatuur. Dit is vaak traag en duur, wat de hoeveelheid onderdelen beperkt die composietfabrikanten kunnen maken.
De Composites & Automated Solutions-groep van Fives heeft een technologie ontwikkeld waarmee hun klanten composietonderdelen kunnen maken met behulp van een robotkop voor het plaatsen van vezels. Deze technologie biedt een goedkoper instappunt in het composiet lay-upproces, waardoor het voor fabrikanten gemakkelijker wordt om de onderdelen te maken die ze nodig hebben.
Dit heeft het potentieel om het samengestelde lay-upproces voor de klanten van Fives aanzienlijk te verbeteren. Dergelijke robotoplossingen kunnen meer bedrijven helpen de voordelen van automatisering te benutten en op hun markt te concurreren.
Uiteindelijk komt dit ten goede aan de eindgebruikers van de gecreëerde producten, in dit geval ruimtevaartbedrijven.
Dit is hoe Fives Group RoboDK gebruikte om hun nieuwe oplossing te creëren.
Waarom ruimtevaart nauwe toleranties nodig heeft voor vezelplaatsing
De lucht- en ruimtevaartindustrie heeft notoir strikte kwaliteitseisen en nauwere toleranties dan veel andere industrieën. Bij de fabricage van vliegtuigen is er een delicaat evenwicht tussen kracht en gewicht. Er is minder marge voor fouten dan in andere industrieën, waar veiligheid kan worden gegarandeerd door een hoge veiligheidsfactor – bij een vliegtuig moet je weten dat je het goed bouwt.
Deze strenge eisen maken het vooral noodzakelijk om hoogwaardige materialen en fabricageprocessen te gebruiken.
Vezelplaatsing is zo’n proces dat nauwe toleranties vereist. De nauwkeurige plaatsing van vezels in een composietonderdeel is van cruciaal belang voor de sterkte en duurzaamheid van het eindproduct, zoals een vliegtuigvleugel.
Composieten spelen een belangrijke rol bij het verminderen van het gewicht van vliegtuigen, waardoor de brandstofefficiëntie wordt verbeterd en de impact op het milieu wordt verminderd. Vezelversterkte kunststoffen worden veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie vanwege hun hoge sterkte-gewichtsverhoudingen.
Een uitdaging is dat het plaatsen van glasvezel een arbeidsintensief proces is. Een enkel onderdeel kan duizenden vezels bevatten, die bijna onmogelijk handmatig te plaatsen zijn.
Geautomatiseerde plaatsing van vezels is een proces waarbij geautomatiseerde machines worden gebruikt om meerlaagse composietproducten te maken.
Introductie van Fives Group en High Precision Machines
Fives Group is een multinationale industriële engineeringgroep die innovatieve oplossingen en producten biedt om grote marktleiders te helpen hun prestaties te verbeteren.
De bedrijfsfilosofie is dat de industrie het antwoord is op de grote problemen in de moderne wereld, zoals milieu-, maatschappelijke en economische uitdagingen.
High Precision Machines-groep is één groep binnen Fives. Het is toegewijd aan het ontwikkelen van productiemachines die voldoen aan de strengste eisen van nauwkeurigheid, herhaalbaarheid en betrouwbaarheid.
Hun technologieën omvatten oplossingen voor materiaalverwijdering, composieten en geautomatiseerde oplossingen, slijpen, snijden, vullen, afdichten en lasersystemen.
De groep is altijd op zoek naar nieuwe manieren om hun klanten te helpen hun processen te verbeteren. Dit kan betekenen dat er oplossingen worden gecreëerd die de dingen anders doen dan de bestaande opties op de markt, zoals bij dit project.
Robotische vezelplaatsing
Een uitdaging voor fabrikanten is dat composiet lay-upprocessen vaak complex en duur zijn. Automatisering is noodzakelijk, maar de instapkosten kunnen voor sommige bedrijven en productiegroepen een belemmering vormen.
Amanda Kotchon, Controls Engineer bij Fives, legt uit:
We wilden een goedkoper toegangspunt bieden tot de composiet lay-up markt door eindgebruikers in staat te stellen snel complexe onderdelen te maken binnen de ruimtevaarttoleranties.
Ze moesten hun robots programmeren in een offline programmeeromgeving. Maar het probleem was dat de robotsystemen op de markt geen nauwkeurige programmering mogelijk maakten.
Kotchon vervolgt:
Toen we met het project begonnen, boden de meeste robotfabrikanten geen nauwkeurige of gecorrigeerde modellen van hun robots aan.
De aanname was dat uw gekochte robot perfect overeenkwam met de nominale geometrie – waarvan we weten dat deze niet waar is.
Dit leidde ertoe dat het team positioneringsfouten zag in de orde van grootte van 1-10 mm voor de meeste kant-en-klare robots, wat niet acceptabel was voor hun proces. Hun toepassing vereiste dat ze honderden punten nauwkeurig moesten synchroniseren met zeer hoge snelheden – binnen milliseconden – om aan de vereiste processnelheden te voldoen.
Ze wilden een oplossing die niet vastzat in het ecosysteem van de robotfabrikant.
Waar RoboDK binnenkwam
RoboDK bood het team een flexibel platform dat hen de nauwkeurigheid en het gebruiksgemak gaf die ze nodig hadden.
De kalibratiefuncties van RoboDK waren een belangrijk voordeel van het gebruik van het platform. Kalibratie is een van de krachtige functies van het platform. Hiermee kunt u snel en eenvoudig de nauwkeurigheid van bijna elke industriële robot verbeteren.
Voor Fives Group gaven de kalibratiefuncties van RoboDK hen de controle die ze nodig hadden om aan hun krappe toleranties te voldoen.
Kotochon zegt:
RoboDK is erg behulpzaam geweest door niet alleen kalibratiesoftware te leveren, maar ons ook inzicht te geven in de hoofdoorzaken van robotgedrag en foutbronnen in de machinebeweging.
We waarderen de bereidheid van RoboDK om zij aan zij met ons samen te werken bij het ontwikkelen van onze applicatie en om diep in robotmechanica te duiken om met creatieve oplossingen voor nieuwe uitdagingen te komen.
De robotconfiguratie van het team
We vinden het altijd leuk om te zien hoe onze gebruikers hun robothardware en -software instellen voor maximale efficiëntie.
Dit zijn de componenten van hun systeem:
De robothardware
De oplossing is gebaseerd op deze twee kernhardwarecomponenten:
- Een ABB IRB 8700-robot.
- Een op maat gemaakte eindeffector voor het plaatsen van de vezels.
De robotsoftware
De belangrijkste softwarecomponenten van het systeem zijn:
- B&R besturingsplatform. Dit ondersteunt eenvoudige integratie met hun ABB-robot en ook COMAU-robots.
- De ACES-software van het team, die de optimale koolstofvezelplaatsing en onderdeelgeometrie bepaalt met behulp van de onderdeelgegevens van de klant.
- Een speciaal aangepaste versie van RoboDK om de robot te kalibreren en robotbewegingen te corrigeren met behulp van de gegenereerde kalibratie.
Hoe het systeem werkt
De oplossing kan complexe gebogen composietonderdelen produceren.
Om de vereiste pad- en positienauwkeurigheid te bereiken, begint het team met het gebruik van de RoboDK-kalibratie. Dit lost de verschillen op tussen elke “as-built” industriële robot en het ideale robotmodel. Elke robot in het systeem krijgt dan zijn eigen unieke gecorrigeerde aanpassingen.
Het systeem synchroniseert 16 afzonderlijke gemotoriseerde tapespoelen en -snijders met de gegenereerde robotbanen. Ze bereiken dit met een combinatie van de robotvezelplaatsingskop en de software van het bedrijf.
Het pad wordt gesynchroniseerd met procesgegevens op de B&R-controller van het team. Hierdoor kunnen ze nauwkeurig de duizenden input-output-gebeurtenissen timen die moeten plaatsvinden tijdens het plaatsingsproces van de vezel.
Wie is de ideale gebruiker voor Fives’ Composite Lay-Up Solution?
Met dit project wil Fives Group een goedkoper instappunt bieden voor composiet lay-up projecten. Door het gebruik van een robotarm, gekalibreerd op ruimtevaarttoleranties.
Brent Keller, de Engineering Director van de High Precision Machines-groep, legt uit dat de perfecte gebruiker voor deze oplossing in een onderbediend gat in de markt zit:
Deze oplossing is ideaal voor een eindgebruiker die op zoek is naar een bewegingsplatform met positienauwkeurigheid, dat het gat vult tussen kant-en-klare robotsystemen en Cartesiaanse platformen voor werktuigmachines.
