מבצע של מערכת הייצור המשולב שיתופי (CCM)

לאחרונה, הצורך הגובר למבנים מורכבים בעלי ביצועים גבוהים בתעשיות שונות הניע מאוד את פיתוח טכנולוגיות הייצור המורכב^1,2. ההפקה הידנית המסורתית אינה יכולה לעמוד ביעילות גבוהה, בדיוק ובדרישות האיכות של התעשייה המתעוררים. היבט זה עודד פיתוח טכנולוגיות ייצור חדשות כגון מערכות AFP. טכנולוגיית AFP ממכן את הייצור של מבני חומרים מרוכבים באמצעות prepregs, אשר נמצאים בצורה של רצועות המורכב של קלטות סיבים ספוג (זכוכית, פחמן, וכו ‘) של שרף למחצה פלגניים. במערכת AFP, ראש התצהיר עם היכולת של חימום ודחיסת prepregs שרף הוא רכוב על מכונת השמה סיבים או רובוט תעשייתי. מכונת המיקום סיבים או רובוט נושאת את ראש התצהיר מניח את הprepregs לעבור את פני השטח של המנדלס הנוסע. בתהליך הייצור, משמש הרכב כתבנית להיות הפצע סביב ידי prepregs ליצור מבנה מסוים של חלק מורכב. . האדם יוסר אחרי שהחלק יירפא מערכות ה-afp הנוכחיות יכולות לשפר באופן משמעותי את היעילות והאיכות של ייצור חומרים מרוכבים^3,4,5. עם זאת, הם מוגבלים לייצור המשטחים הפתוחים המציגים משטח שטוח או מתאר, או חלקי מהפכה פשוטים כגון צילינדרים או איצטרובלים בשל הקושי המוגבל של המערכת והקשיים ביצירת מסלולים. במיוחד, תעשיית התעופה ותעשיות הייצור של ציוד ספורט מעוניינים כעת בטכניקה זו לייצור מבנים עם גיאומטריות מורכבות יותר, כמו צינורות “Y” או מבנים היוצרים לולאות סגורות כגון מסגרות אופניים.

כדי להיות מסוגל לייצר את המבנים בעלי גיאומטריות מורכבות, יש לשפר את הגמישות של מערכת AFP. לדוגמה, מערכת של 8 מערכות AFP המוצעת⁶ על-ידי הוספת מסלול לינארי לרובוט תעשייתי 6, ולשלב הסיבוב לפלטפורמת ההחזקה של המנדל. עם זאת, המערכת עדיין לא מתאימה ליצור את החלקים הנ ל עם גיאומטריות מורכבות. מערכת רובוטית שיתופית המורכב של שני רובוטים הוא פתרון מבטיח כדי להגדיל את המיומנות על ידי שימוש ברובוט אחד להחזיק את הראש מיקום סיבים בסוף-אפקטור ורובוט אחר להחזיק את mandrel. מערכת דו-טורית רובוט שיתופי לא יכול לפתור את הבעיה מיקום סיבים, מאז רובוטים סדרתיים נוטים עוות ולאבד את הדיוק בשל מבנה הזיז שלה, בהתחשב במשקל של מוט ואת כוח דחיסה⁷. בהשוואה לרובוטים הסדרתיים, 6 הרובוטים המקבילים, שנוצלו בסימולטור הטיסה ובכלים הרפואיים, נהנים מנוקשות ודיוק^שמונה. לכן, מערכת רובוטית שיתופית מקבילה, בנוסף לשלב הרוטציה הרכוב על פלטפורמת הרובוט המקביל, בנויה לטיפול בייצור מבנים מורכבים בנייר זה.

עם זאת, המערכת הבנויה רובוטית שיתופית תשואות קשיים בעיצוב בקר עבור כל רובוט לפגוש את הדרישה דיוק גבוהה של מיקום סיבים. את המדידה מיקום מדויק של סוף-אפקטור יכול להיות מושגת על ידי שימוש במערכת מעקב לייזר, אשר משמש בדרך כלל כדי להנחות את הרובוט התעשייתי ביישומים שונים קידוח החלל^9,10. למרות מערכת מעקב לייזר יכול לספק מדידה מיקום מדויק גבוה, החסרונות העיקריים לשכב בעלות של המערכת ואת הבעיה סגר. מערכת מעקב לייזר הוא יקר, למשל, גשש לייזר מסחרי ואביזרים שלה עולה עד US $90000, ואת קרן הלייזר בקלות לחסימה במהלך התנועה של הרובוטים. פתרון מבטיח נוסף הוא מערכת מדידה החזון, אשר יכול לספק 6D להציב את המדידה של הקצה-אפקטור עם דיוק ניכר בעלות נמוכה. התנוחה מכונה שילוב של מיקום 3D וכיוון 3D של הקצה-אפקטור ביחס למסגרת הבסיסית של הרובוט. CMM אופטי (ראה טבלת חומרים) הוא חיישן חזותי מבוסס מצלמה כפול. על ידי התבוננות מטרות המחזיר מספר מחובר על הקצה-העריקים של שני הרובוטים, היחסי מהווה בין הרובוטים ניתן למדוד בזמן אמת. CMM אופטי הוחל בהצלחה על כיול רובוטית¹¹ ו הנתיב הדינמי מעקב¹² ולכן הוא הציג כדי לספק את מדידת משוב מערכות בקרת לולאה סגורה של מערכת cmm המוצעת במחקר זה.

האיכות של המוצר בקצה המורכב תלויה במידה רבה באופן בו הנתיב המקורי של סיבים נוצר עבור afp^13,14. תהליך יצירת הנתיב מבוצע בדרך כלל באמצעות תוכנת תיכנות לא מקוונת. הנתיב שנוצר מורכב מסדרה של נקודות תג על mandrel, אשר מצביעים על פוזה של ראש מיקום סיבים. בניגוד ליישומים אחרים בתכנון מסלול כגון התצהיר לצייר, ליטוש או עיבוד שבבי, כאשר סוגים שונים של נתיבי כיסוי אפשריים, הבחירה מוגבלת במקרה של AFP, מאז סיבים רציפה ולא ניתן לבצע בפתאומיות שינויים בכיוון (פינות חדות) מבלי לפגוע בו, ויש לשמור על ראש המיקום בנורמה של החלקים. הפיתוח הראשון של טכניקת הדור מסלול עבור AFP התמקדה בייצור פאנלים שטוחים גדולים⁵ לפני הזזת לכיוון הייצור אובייקטים של צורות 3d כגון משטחים מעוקל פתוח או קונוסים^{5, 14}. אך לא פותחה מתודולוגיה מעשית ליצירת נתיב לא מקוון עבור חלקים עם גיאומטריות מורכבות כגון צורת Y או צורות אחרות. לפיכך, אלגוריתם תכנון נתיב אפקטיבי עבור החלקים עם משטחי מתאר מורכבים נועד להבטיח שכבה אחידה של הסיבים הבאים ללא פערים או חופף במחקר הקודם שלנו¹⁵. בהתחשב במעשיות ובאפקטיביות של אלגוריתם הנתיב היוצר, רק את 6-הרובוט הסדרתי עם ראש המיקום והשלב 1-הסיבוב הראשון כמו מחזיק מוט נחשבים מערכת היעד כדי למצוא את התכנון מסלול אופטימלי ב שטח משותף עם קריטריוני זמן מינימליים. זה יכול להיות מסובך מדי ולגזול זמן כדי ליצור את מסלול מחוץ לקו עבור כל 13 המערכת מערכת ccm בשל החישוב kinאמאם הכבד ואת השיקול של אילוצים שונים כמו בקטבים, התנגשויות, הכיוון חלקה שינוי ו שמירה על ראש המיקום בנורמה של משטח החלקים וכו ‘.

תכנון המסלול המוצע מחוץ לשורה יכול ליצור את הפניית הסרוו עבור 6 הרובוט הסדרתי והשלב הסיבוב בהתאמה עם התזמון המדויק. אפילו עם תכנון מסלול לא מקוון זה, זה יכול להיות בלתי אפשרי ליצור נתיב אפשרי תחת כל האילוצים עבור חלקי הגיאומטריה מסוימים. יתר על כן, שגיאות המיקום של הרובוטים עלולים לגרום לרובוטים להתנגש עם מוט או התקן אחר בסביבת העבודה. שינוי הנתיב המקוון מיושם בהתבסס על המשוב החזותי מתוך CMM האופטי. לפיכך, אלגוריתם התיקון המקוון מוצע כדי לתקן את הנתיב של הרובוט המקביל ולכוונן היסט מתאים בנתיב של הרובוט הסדרתי בו באמצעות המשוב החזותי. כאשר מזוהים ההתנגשות ואילוצים אחרים, היחס היחסי בין שני הרובוטים נשמר גם הוא ללא שינוי בזמן שהוא ממשיך בנתיב שנוצר מחוץ לקו. באמצעות תיקון הנתיב המקוון, מערכת ה-CCM יכולה להימנע מנקודות אלה בצורה חלקה ללא כל סיום. בשל הגמישות של הרובוט המקביל, ניתן ליצור הסטת תיקון 6D ביחס לאילוצים שונים. כתב יד זה מציג נוהל פעולה מפורט של מערכת ה-CCM באמצעות אלגוריתם תיקון מקוון.