सहयोगी समग्र विनिर्माण (सीसीएम) प्रणाली के संचालन
Summary
एक सहयोगी समग्र विनिर्माण प्रणाली prereg टेप का उपयोग कर समग्र टुकड़े टुकड़े के रोबोट बिछाने के लिए विकसित की है. प्रस्तावित प्रणाली ज्यामितीय जटिलता के उच्च स्तर के साथ समग्र टुकड़े टुकड़े के उत्पादन की अनुमति देता है. पथ नियोजन, रोबोट और नियंत्रण के समन्वय के मुद्दों को प्रस्तावित विधि में संबोधित किया जाता है।
Abstract
स्वचालित टेप प्लेसमेंट और स्वचालित फाइबर प्लेसमेंट (एएफपी) मशीनों एक सुरक्षित काम वातावरण प्रदान करते हैं और पारंपरिक मैनुअल फाइबर प्लेसमेंट से श्रमिकों के श्रम की तीव्रता को कम करता है. इस प्रकार, समग्र विनिर्माण की उत्पादन सटीकता, पुनरावर्तकता और दक्षता में काफी सुधार हुआ है। हालांकि, वर्तमान एएफपी सिस्टम केवल बड़ी खुली सतह या सरल क्रांति भागों, जो उद्योग से छोटे जटिल या बंद संरचनाओं में बढ़ती रुचि को पूरा नहीं कर सकते के साथ समग्र घटकों का उत्पादन कर सकते हैं.
इस शोध में, स्वतंत्रता के एक 1-डिग्री (DoF) घूर्णी चरण, एक 6-आरएसएस समानांतर रोबोट, और एक 6-DoF सीरियल रोबोट को रोजगार से, एएफपी प्रणाली की निपुणता काफी जटिल समग्र भागों के निर्माण के लिए सुधार किया जा सकता है. समानांतर रोबोट पर घुड़सवार घूर्णी चरण mandrel पकड़ करने के लिए उपयोग किया जाता है और सीरियल रोबोट प्लेसमेंट सिर किया जाता है दो मानव हाथ है कि पर्याप्त निपुणता जटिल समोच्च के साथ mandrel करने के लिए फाइबर बिछाने के लिए नकल करने के लिए किया जाता है.
हालांकि सीएम प्रणाली समग्र विनिर्माण के लचीलेपन को बढ़ाता है, यह काफी समय लेने वाली या भी असंभव है संभव ऑफ लाइन पथ उत्पन्न करने के लिए, जो बाद में फाइबर की वर्दी बिछाने सुनिश्चित करता है जैसे बाधाओं पर विचार विलक्षणता, फाइबर प्लेसमेंट सिर और mandrel के बीच collisions, चिकनी फाइबर दिशा परिवर्तन और भाग की सतह के आदर्श के साथ फाइबर प्लेसमेंट सिर रखने, आदि. इसके अलावा, रोबोट की मौजूदा स्थिति त्रुटि के कारण, ऑन लाइन पथ सुधार की आवश्यकता है। इसलिए, ऑन-लाइन मुद्रा सुधार एल्गोरिथ्म दोनों समानांतर और सीरियल रोबोट के रास्तों को सही करने के लिए प्रस्तावित है, और दो रोबोट के बीच सापेक्ष पथ दृश्य प्रतिक्रिया के माध्यम से अपरिवर्तित रखने के लिए जब बाधा या विलक्षणता समस्याओं में ऑफ लाइन पथ योजना हो सकती है। प्रयोगात्मक परिणाम डिजाइन सीएम प्रणाली वाईआकार के साथ एक समग्र संरचना के निर्माण के लिए आवश्यक आंदोलन को पूरा कर सकते हैं प्रदर्शित करता है।
Introduction
हाल ही में, विभिन्न उद्योगों में उच्च निष्पादन मिश्रित संरचनाओं की बढ़ती आवश्यकता ने संयुक्त विनिर्माण प्रौद्योगिकियों1,2के विकास को काफी प्रेरित किया है। पारंपरिक मैनुअल उत्पादन उभरते उद्योग की उच्च दक्षता, सटीकता और गुणवत्ता की आवश्यकता को पूरा नहीं कर सकता। इस पहलू ने एएफपी प्रणालियों जैसी नई उत्पादन प्रौद्योगिकियों के विकास को प्रोत्साहित किया है। एएफपी प्रौद्योगिकी preregs का उपयोग कर समग्र सामग्री संरचनाओं के उत्पादन को स्वचालित, जो अर्द्ध बहुलक राल के गर्भवती फाइबर टेप (ग्लास, कार्बन, आदि) से बना स्ट्रिप्स के रूप में मौजूद हैं. एएफपी प्रणाली में, हीटिंग और राल prepregs compacting की क्षमता के साथ एक जमाव सिर एक फाइबर प्लेसमेंट मशीन या एक औद्योगिक रोबोट पर मुहिम शुरू की है. फाइबर प्लेसमेंट मशीन या रोबोट जमा सिर ले जाने के लिए उपकरण mandrels की सतह traversing prepregs देता है. विनिर्माण की प्रक्रिया में, उपकरण mandrel एक मोल्ड के रूप में प्रयोग किया जाता है के आसपास preregs द्वारा घाव के लिए समग्र भाग की एक निश्चित संरचना के रूप में. भाग ठीक होने के बाद मैंड्रेल को हटा दिया जाएगा। वर्तमान एएफपी प्रणालियों से मिश्रितसामग्रियोंके उत्पादन की दक्षता और गुणवत्ता में काफी सुधार हो सकता है3,4,5. हालांकि, वे खुली सतहों के उत्पादन के लिए सीमित कर रहे हैं एक फ्लैट या समोच्च सतह पेश, या इस तरह के सिलेंडर या शंकु के रूप में सरल क्रांति भागों प्रणाली के अपर्याप्त DoF और tracectories पैदा करने में कठिनाइयों के कारण. विशेष रूप से, एयरोस्पेस उद्योग और खेल उपकरणों के उत्पादन उद्योग अब अधिक जटिल geometries के साथ संरचनाओं के उत्पादन के लिए इस तकनीक में रुचि रखते हैं, जैसे “वाई” ट्यूब या संरचनाओं ऐसे साइकिल फ्रेम के रूप में बंद छोरों बनाने.
जटिल geometries के साथ संरचनाओं का निर्माण करने में सक्षम होने के लिए, एएफपी प्रणाली के लचीलेपन में सुधार किया जाना चाहिए. उदाहरण के लिए, एक 8 DoF एएफपी प्रणालीएक 6 DoF औद्योगिक रोबोट और मैंड्रेल होल्डिंग मंच के लिए एक घूर्णन मंच के लिए एक रैखिक ट्रैक जोड़कर 6 प्रस्तावित किया गया है. हालांकि, प्रणाली अभी भी जटिल geometries के साथ उपर्युक्त भागों के निर्माण के लिए उपयुक्त नहीं है. दो रोबोटों से मिलकर सहयोगी रोबोट प्रणाली एक आशाजनक समाधान के लिए एक रोबोट को रोजगार के लिए अंत प्रभावक और एक अन्य रोबोट पर फाइबर प्लेसमेंट सिर पकड़ करने के लिए mandrel पकड़ द्वारा निपुणता बढ़ाने के लिए है. दो-सीरियल-रोबोट सहयोगी प्रणाली फाइबर प्लेसमेंट समस्या को हल नहीं कर सकते हैं, क्योंकि सीरियल रोबोट को विकृत करने के लिए करते हैं और इसकी cantilver संरचना के कारण सटीकता खो देते हैं, mandrel और संहनन बल7के वजन पर विचार . सीरियल रोबोट, 6 DoF समानांतर रोबोट, जो उड़ान सिम्युलेटर और चिकित्सा उपकरणों में उपयोग किया गया है के साथ तुलना में, बेहतर कठोरता और सटीकता8का आनंद लें. इसलिए, समानांतर रोबोट के मंच पर घुड़सवार एक घूर्णी चरण के लिए अतिरिक्त एक समानांतर-सीरियल सहयोगी रोबोट प्रणाली, इस कागज में निर्माण जटिल संरचनाओं को संभालने के लिए बनाया गया है।
हालांकि, निर्मित सहयोगी रोबोट प्रणाली फाइबर प्लेसमेंट के उच्च सटीकता की आवश्यकता को पूरा करने के लिए प्रत्येक रोबोट के लिए नियंत्रक डिजाइन करने में कठिनाइयों पैदावार. अंत प्रभावक की सही स्थिति माप लेजर ट्रैकिंग प्रणाली है, जो आमतौर पर विभिन्न एयरोस्पेस ड्रिलिंग अनुप्रयोगों9,10में औद्योगिक रोबोट मार्गदर्शन करने के लिए प्रयोग किया जाता है का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। हालांकि लेजर ट्रैकिंग प्रणाली उच्च सटीक स्थिति माप प्रदान कर सकते हैं, मुख्य कमियां प्रणाली की लागत और occlusion मुद्दे में झूठ बोलते हैं. लेजर ट्रैकिंग प्रणाली महंगा है, जैसे, एक वाणिज्यिक लेजर ट्रैकर और उसके सामान की लागत 90,000 अमेरिकी डॉलर तक है, और लेजर बीम आसानी से रोबोट के आंदोलन के दौरान occluded है. एक और आशाजनक समाधान दृष्टि माप प्रणाली है, जो एक कम कीमत पर एक काफी सटीकता के साथ अंत प्रभावक के 6D मुद्रा माप प्रदान कर सकते हैं. मुद्रा रोबोट के आधार फ्रेम के संबंध में 3 डी स्थिति और अंत प्रभावक के 3 डी अभिविन्यास के संयोजन के रूप में जाना जाता है. ऑप्टिकल सीएमएम (सामग्री की तालिकादेखें) एक दोहरी कैमरा आधारित दृश्य सेंसर है. दो रोबोट के अंत effectors पर संलग्न कई परावर्तक लक्ष्यों को देख कर, रोबोट के बीच रिश्तेदार बन गया वास्तविक समय में मापा जा सकता है. ऑप्टिकल सीएमएम सफलतापूर्वक रोबोट अंशांकन11 और गतिशील पथ ट्रैकिंग करने के लिए लागू किया गया है12 और इस प्रकार इस अध्ययन में प्रस्तावित सीएमसिस्टम प्रणाली के बंद लूप नियंत्रण प्रणाली के लिए प्रतिक्रिया माप प्रदान करने के लिए शुरू की है.
अंत समग्र उत्पाद की गुणवत्ता काफी हद तक कैसे मूल फाइबर पथ AFP13,14के लिए उत्पन्न होता है पर निर्भर है. पथ उत्पादन प्रक्रिया सामान्य रूप से ऑफ लाइन प्रोग्रामिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग करके किया जाता है. उत्पन्न पथ mandrel पर टैग अंक की एक श्रृंखला के होते हैं, जो फाइबर प्लेसमेंट सिर की मुद्रा से संकेत मिलता है. इस तरह के रंग जमाव, चमकाने या मशीनिंग, जहां कवरेज पथ के विभिन्न प्रकार संभव हैं के रूप में अन्य प्रक्षेपपथ योजना अनुप्रयोगों के विपरीत, विकल्प एएफपी के मामले में सीमित है, क्योंकि फाइबर निरंतर है और यह अचानक प्रदर्शन करने के लिए संभव नहीं है इसे नुकसान पहुँचाए बिना दिशा (तेज कोनों) में परिवर्तन और प्लेसमेंट सिर भागों की सतह के आदर्श में रखा जाना चाहिए। एएफपी के लिए प्रक्षेप पथ उत्पादन तकनीक का पहला विकास खुले घुमावदार सतहों या शंकु5जैसे 3 डी आकृतियों की वस्तुओं के निर्माण की ओर बढ़ने से पहले बड़े फ्लैट पैनलोंके निर्माण पर केंद्रित किया गया है, 14. लेकिन, वाई-आकार या अन्य आकृतियों जैसे जटिल भू-गणित वाले भागों के लिए ऑफ-लाइन पथ उत्पन्न करने के लिए कोई व्यावहारिक पद्धति विकसित नहीं की गई है। इसलिए, जटिल-कंटूर्ड सतहों के साथ भागों के लिए एक प्रभावी पथ योजना एल्गोरिथ्म को हमारे पिछले शोध15में अंतराल या ओवरलैप के बिना बाद के फाइबर की वर्दी बिछाने सुनिश्चित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। व्यावहारिकता और पथ पैदा एल्गोरिथ्म की प्रभावशीलता को ध्यान में रखते हुए, प्लेसमेंट सिर के साथ केवल 6-DoF सीरियल रोबोट और 1-DoF घूर्णी चरण के रूप में mandrel धारक लक्ष्य प्रणाली के रूप में माना जाता है इष्टतम प्रक्षेप पथ योजना खोजने के लिए न्यूनतम समय मापदंड के साथ संयुक्त स्थान. यह बहुत जटिल और समय लेने वाली भारी शुद्ध गति की गणना और विलक्षणता, टकराव, चिकनी दिशा बदलने की तरह विभिन्न बाधाओं के विचार के कारण पूरे 13 DoF सीएम प्रणाली के लिए ऑफ लाइन प्रक्षेप पथ उत्पन्न करने के लिए हो सकता है और भागों सतह, आदि के आदर्श में प्लेसमेंट सिर रखते हुए
प्रस्तावित ऑफ लाइन प्रक्षेप पथ योजना सटीक समय के साथ क्रमशः 6 DoF सीरियल रोबोट और घूर्णी चरण के लिए इमदादी संदर्भ उत्पन्न कर सकते हैं. यहां तक कि इस ऑफ लाइन प्रक्षेप पथ योजना के साथ, यह कुछ ज्यामिति भागों के लिए सभी बाधाओं के तहत एक व्यावहारिक पथ उत्पन्न करने के लिए असंभव हो सकता है. इसके अलावा, रोबोट की स्थिति त्रुटियों रोबोट काम के माहौल में mandrel या किसी अन्य डिवाइस के साथ टकराने के लिए कारण हो सकता है. ऑन-लाइन पथ संशोधन ऑप्टिकल CMM से दृश्य प्रतिक्रिया के आधार पर लागू किया गया है। इसलिए ऑन लाइन मुद्रा सुधार एल्गोरिथ्म समानांतर रोबोट के पथ को सही करने के लिए और दृश्य प्रतिक्रिया के माध्यम से एक साथ सीरियल रोबोट के पथ पर एक इसी ऑफसेट धुन करने के लिए प्रस्तावित है। जब टक्कर और अन्य बाधाओं का पता चला है, दो रोबोट के बीच रिश्तेदार मुद्रा भी अपरिवर्तित रखा है, जबकि ऑफ लाइन उत्पन्न पथ का पालन. ऑन लाइन पथ के सुधार के माध्यम से, सीएम प्रणाली किसी भी समाप्ति के बिना आसानी से इन बिंदुओं से बच सकते हैं। समानांतर रोबोट के लचीलेपन के कारण, 6D सुधार ऑफसेट विभिन्न बाधाओं के संबंध में उत्पन्न किया जा सकता है। इस पांडुलिपि पर लाइन मुद्रा सुधार एल्गोरिथ्म का उपयोग कर सीएम प्रणाली की एक विस्तृत संचालन प्रक्रिया प्रस्तुत करता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
प्रयोगात्मक परिणाम डिजाइन सीसीएम प्रणाली के 90 डिग्री प्लाई प्लेसमेंट कोण के निर्माण की प्रक्रिया दिखाते हैं। इस कागज में प्रस्तावित तरीकों को Y-Shape और अन्य आकृतियों के साथ mandrel पर 0 डिग्री और 45 डिग्री प्ला…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस परियोजना के प्राकृतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग अनुसंधान परिषद (NSERC) स्वचालित कम्पोजिट्स विनिर्माण में कनाडा औद्योगिक अनुसंधान अध्यक्ष के द्वारा वित्त पोषित किया गया था और Fonds de recherche du Qubec – Natrue एट प्रौद्योगिकियों (FRQNT).
Materials
| AeroBasic | Aerotech | Motion control software | |
| Collaborative Composite Manufacturing (CCM) System | Concordia University | A CCM system is proposed to manufacture more complex composite components which pose high demand for trajectory planning than those by the current AFP system. The system consists of a 6 degree-of-freedom (DOF) serial robot holding the fiber placement head, a 6-DOF revolute-spherical-spherical (RSS) parallel robot on which a 1-DOF mandrel holder is installed and an eye-to-hand optical CMM sensor, i.e. C-track, to detect the poses of both end-effectors of parallel robot and serial robot. | |
| C-track | Creaform Inc. | An eye-to-hand optical CMM sensor | |
| Fanuc M-20iA | Fanuc Inc. | Serial robot | |
| Matlab | MathWorks | A multi-paradigm numerical computing software | |
| Quanser | Quanser Inc. | Providing the engineering lab equipments for teaching and research. | |
| VB | Microsoft | Visual Basic | |
| Vxelements | Creaform Inc. | Software for C-track |
References
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