협업 복합제조(CCM) 시스템 운영

Summary

prepreg 테이프를 사용하여 복합 라미네이트의 로봇 레이업을 위해 협업 복합 제조 시스템이 개발되었습니다. 제안 된 시스템은 기하학적 복잡성의 높은 수준의 복합 라미네이트의 생산을 할 수 있습니다. 경로 계획, 로봇 조정 및 제어의 문제는 제안 된 방법으로 해결됩니다.

Abstract

자동 테이프 배치와 자동 섬유 배치(AFP) 기계는 기존의 수동 섬유 배치보다 더 안전한 작업 환경을 제공하고 작업자의 노동 강도를 줄입니다. 따라서 복합 소재 제조의 생산 정확도, 반복성 및 효율성이 크게 향상됩니다. 그러나 현재의 AFP 시스템은 큰 개방표면 또는 단순한 회전 부품이 있는 복합 부품만 생산할 수 있으며, 이는 산업에서 발생하는 소규모 복합 또는 폐쇄 구조에 대한 증가하는 관심을 충족시킬 수 없습니다.

이 연구에서는 1도(DoF) 회전 스테이지, 6-RSS 병렬 로봇 및 6-DoF 직렬 로봇을 채택하여 복잡한 복합 부품을 제조할 때 AFP 시스템의 손재도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 병렬 로봇에 장착된 회전 스테이지는 맨드렐을 고정하는 데 활용되며 직렬 로봇은 복잡한 윤곽을 가진 맨드렐에 섬유를 배치하기에 충분한 손재주가 있는 두 사람의 손을 모방하기 위해 배치 헤드를 운반합니다.

CCM 시스템은 복합 재료 제조의 유연성을 증가시킵니다, 그것은 매우 시간이 많이 걸리거나 같은 제약을 고려하여 후속 섬유의 균일 한 레이업을 보장 가능한 오프라인 경로를 생성하는 것은 불가능 특이점, 섬유 배치 헤드와 맨드렐 사이의 충돌, 매끄러운 섬유 방향 변경 및 부품 표면의 규범을 따라 섬유 배치 헤드 유지 등 또한, 로봇의 기존 위치 오류로 인해 온라인 경로 보정이 필요합니다. 따라서, 온라인 포즈 보정 알고리즘은 병렬 및 직렬 로봇의 경로를 보정하고, 두 로봇 사이의 상대 경로를 시각적 피드백을 통해 변경되지 않고 유지하도록 제안되어 제약 조건 또는 특이성 문제가 발생할 때 오프라인 경로 계획이 수행됩니다. 실험 결과는 설계된CCM 시스템이 Y-shape를 이어 복합 구조를 제조하는 데 필요한 이동을 충족시킬 수 있음을 입증한다.

Introduction

최근, 다양한 산업에서 고성능 복합구조에 대한 필요성이 증가함에 따라 복합제조기술의 발전을 크게 주도하고 있다^1,2. 기존의 수동 생산은 신흥 산업의 높은 효율성, 정확성 및 품질 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 이러한 측면은 AFP 시스템과 같은 새로운 생산 기술의 개발을 장려했다. AFP 기술은 반 중합 수지의 함침 섬유 테이프 (유리, 탄소 등)로 구성된 스트립 형태로 존재하는 prepregs를 사용하여 복합 재료 구조의 생산을 자동화합니다. AFP 시스템에서는 수지 프리프레그(prepregs)를 가열하고 압축하는 기능을 갖춘 증착 헤드가 섬유 배치 기계 또는 산업용 로봇에 장착됩니다. 증착 헤드를 운반하는 섬유 배치 기계 또는 로봇은 툴링 맨드렐의 표면을 통과하는 프레프리그(prepregs)를 낳습니다. 제조 과정에서, 툴링 맨드렐은 복합 부품의 특정 구조를 형성하기 위해 프레그저에 의해 감겨질 금형으로 사용됩니다. 맨드렐은 부품이 경화된 후 제거됩니다. 현재 AFP 시스템은 크게 복합 재료 의 생산의 효율성과 품질을 향상시킬 수^{있습니다 3,4,}

Protocol

1. CCM 시스템의 프레임 정의

참고: 광학 CMM은 이중 카메라 센서로, 경직된 반사판 세트를 대상으로 하여 물체를 실시간으로 추적할 수 있습니다. 이러한 대상의 배치 원칙은 대상이 비대칭 위치에 붙어 있다는 것입니다. 대상은 로봇 이나 배치 헤드에 고정 해야 하 고 광학 CMM의 시야 (FOV)에 남아. 광학 CMM에 의해 정의된 각 프레임에 대해 항상 적어도 4개의 타겟을 관찰해야 한다. 병렬 로봇의 기본 프레임, 병렬 로봇의 최종 이펙터 프레임 및 직렬 로봇의 도구 프레임은 각각 F_b,F_t^P및 F_t^S로표시됩니다. 이러한 프레임의 정의는 그림 1에나와 있습니다. 병렬 로봇과 직렬 로봇의 기본 프레임이 고정되어 있기 때문에 두 기본 프레임 간의 변환 매트릭스는 교정을 통해 파생될 수 있습니다.

Results

이 실험은 제안된 CCM 시스템의 Y자형 맨드렐에 섬유를 놓는 동작을 실현하는 과정을 입증하는 것을 목표로 합니다. 이 과정은 경로 생성의 세 단계로 수행됩니다. 궤적 분해; 특이점 및 제약 조건 회피.

경로 생성
일반적으로 표준 방향은 라미네이트의 상이한 플라이를 정의하기 위해 산업에서 사용됩니다. 이 백서에서는 방향 정의를 -shape 바디에 맞게 조정해야 합니다. 맨드렐의 중심 축을 참조로 사용함으로써, 즉 0°, 3개의 서로 다른 방향의 표고, 0°, 45°, 90°의 실용적인 복합 산업 응용 분야에 대해 연구됩니다. 90° 표고 방향에 대한 경로 생성이 예로 도시됩니다. 90 ° ply는 피치가 복합 테이프의 폭인 나선 곡선 코스로 얻어진다. 따라서 코스와 레퍼런스 사이의 실제 각도는 90°에 가깝습니다. 생성된 90°.......

Discussion

실험 결과는 설계된 CCM 시스템의 90° ply 배치 각도의 제조 공정을 보여줍니다. 이 백서에 제시된 방법론은 Y-Shape 및 기타 모양의 맨드렐에 0° 및 45° 표고 배치 각도로 섬유를 배치하는 데 사용할 수 있습니다. 직렬 로봇의 내장 컨트롤러는 특이점 회피^{기능(17)을}제공할 수 있지만, 최종 이펙터의 선형 이동만 지원된다. 최종 이펙터가 원 이동 작업을 실행하면 피쳐가 작동하지 않으므로 생성된 원하는 오프라인 경로를 보장할 수 없습니다. 또한 내장 된 컨트롤러 기능을 통해 조인트 제약 문제를 해결할 수 없습니다. 따라서 이 백서에서는 직렬 및 병렬 로봇에 대한 최적의 보정 포즈를 생성하여 언급된 단점을 극복하고 두 로봇 간의 상대 경로를 유지하여 오프라인 경로를 따라 가는 온라인 경로 보정 방법이 제안됩니다. 광학 CMM 피드백을 기반으로 합니다. 조인트 한계 및 특이성에 대한 트리거링 조건은 컨트롤러가 이동 명령 신호를 전송하여 병렬 로봇을 구동하고 그에 따라 직렬 로봇 .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
AeroBasic	Aerotech		모션 제어 소프트웨어
CCM(Collaborative Composite Manufacturing) 시스템	Concordia University		CCM 시스템은 현재 AFP 시스템보다 궤적 계획에 대한 수요가 높은 더 복잡한 복합 구성 요소를 제조하기 위해 제안되었습니다. 이 시스템은 파이버 배치 헤드를 고정하는 6 자유도(DOF) 직렬 로봇, 1-DOF 맨드릴 홀더가 설치된 6-DOF 회전-구형-구형(RSS) 병렬 로봇, 병렬 로봇과 직렬 로봇의 양쪽 엔드 이펙터의 포즈를 감지하는 눈-투-손 광학 CMM 센서(예: C-track)로 구성됩니다.
C-track	(주)크레아폼		눈과 손으로 보는 광학 CMM 센서
Fanuc M-20iA	Fanuc Inc.		시리얼 로봇
Matlab	MathWorks		: 다중 패러다임 수치 컴퓨팅 소프트웨어
Quanser	Quanser Inc.		교육 및 연구를 위한 엔지니어링 실험실 장비 제공.
VB	마이크로 소프트		비주얼 베이직
Vxelements	Creaform Inc.		C-track용 소프트웨어