Autonomes System zur Herstellung von Organoblechen und Preforms

Autonomous System for the manufacturing of Organic Sheets and Preforms

  • Durch den gesteigerten Bedarf an Leichtbaustrukturen für Luftfahrt, Raumfahrt und Automobilbau rücken neue Materialien und Produktionstechnologien in den Fokus. Während der letzten Jahrzehnte haben carbonfaserverstärkte Kunststoffe ihr Potenzial als Leichtbauwerkstoff bewiesen, nun gilt es, die Produktivität zu steigern und manuell geprägte Produktionsabläufe zu automatisieren. Eine mögliche Prozesskette hierzu ist die Herstellung von textilen Vorprodukten, so genannten Preforms. Die für die wirtschaftliche Herstellung geforderte Präzision und Geschwindigkeit stellt hohe Anforderungen an die manuelle Ablage und an die Materialhandhabung, insbesondere bei großen Strukturen. Die vorliegende Arbeit zeigt, wie mit einem Industrieroboter biegeschlaffe Carbonfaser-Halbzeuge mit stets veränderlichen Geometrien autonom, d. h. ohne Mitwirkung von Menschen, zu Preforms verarbeitet werden können. Dazu wurde ein auf diesen Anwendungsfall abgestimmtes Bildverarbeitungssystem entwickelt, getestetDurch den gesteigerten Bedarf an Leichtbaustrukturen für Luftfahrt, Raumfahrt und Automobilbau rücken neue Materialien und Produktionstechnologien in den Fokus. Während der letzten Jahrzehnte haben carbonfaserverstärkte Kunststoffe ihr Potenzial als Leichtbauwerkstoff bewiesen, nun gilt es, die Produktivität zu steigern und manuell geprägte Produktionsabläufe zu automatisieren. Eine mögliche Prozesskette hierzu ist die Herstellung von textilen Vorprodukten, so genannten Preforms. Die für die wirtschaftliche Herstellung geforderte Präzision und Geschwindigkeit stellt hohe Anforderungen an die manuelle Ablage und an die Materialhandhabung, insbesondere bei großen Strukturen. Die vorliegende Arbeit zeigt, wie mit einem Industrieroboter biegeschlaffe Carbonfaser-Halbzeuge mit stets veränderlichen Geometrien autonom, d. h. ohne Mitwirkung von Menschen, zu Preforms verarbeitet werden können. Dazu wurde ein auf diesen Anwendungsfall abgestimmtes Bildverarbeitungssystem entwickelt, getestet und hinsichtlich der Verlässlichkeit der Detektion sowie erzielbarer Genauigkeiten validiert. Für den automatisierten Preform-Aufbau wurde ein prototypischer digitaler Workflow entworfen, eine minimalistische Ablaufsteuerung implementiert und die Systemintegration der drei Komponenten Ablaufsteuerung, Bildverarbeitungssystem und Robotersteuerung vorgenommen. Anschließend wurde das System in drei Anwendungsfällen unterschiedlichen Schwierigkeitsgrads zur Preformerstellung eingesetzt und hinsichtlich seiner Verlässlichkeit und Produktivität charakterisiert.show moreshow less
  • Weight reduction in aerospace and automotive structures requires innovative materials and production technique. In the case of carbon fibre reinforced plastics (CFRP) the materials have shown their potentials over the last decades, the goal for now is to achive competitive production rates. One process chain for that purpose is the preforming of semi-finished materials. The precise and fast production of those preforms is a complex challenge for manual layup and problems in handling may arise just as a matter of size. This work focuses on the autonomous production of preforms by robotic layup of individual cutpieces of semi-finished materials without human interaction. First, a dedicated computer-vision system was developed, tested and validated concerning reliability and accuracy. A prototypical digital workflow together with a minimal manufacturing execution system was designed to integrate CAx, computer vision system and industrial robot to an autonomous production system.Weight reduction in aerospace and automotive structures requires innovative materials and production technique. In the case of carbon fibre reinforced plastics (CFRP) the materials have shown their potentials over the last decades, the goal for now is to achive competitive production rates. One process chain for that purpose is the preforming of semi-finished materials. The precise and fast production of those preforms is a complex challenge for manual layup and problems in handling may arise just as a matter of size. This work focuses on the autonomous production of preforms by robotic layup of individual cutpieces of semi-finished materials without human interaction. First, a dedicated computer-vision system was developed, tested and validated concerning reliability and accuracy. A prototypical digital workflow together with a minimal manufacturing execution system was designed to integrate CAx, computer vision system and industrial robot to an autonomous production system. Finally, the system was thoroughly tested in three typical use-cases concerning robustness and productivity.show moreshow less

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Metadaten
Author:Alfons Schuster
URN:urn:nbn:de:bvb:384-opus4-34104
Frontdoor URLhttps://opus.bibliothek.uni-augsburg.de/opus4/3410
Advisor:Michael Kupke
Type:Doctoral Thesis
Language:German
Publishing Institution:Universität Augsburg
Granting Institution:Universität Augsburg, Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät
Date of final exam:2015/12/04
Release Date:2016/02/23
Tag:Zuschnittserkennung; Autonomes Greifen; CAx; Organoblech
preforming; organic sheets; production technology
GND-Keyword:Produktionstechnik; Autonomes System; Bildverarbeitung; CA-Technik; Robotik; Prepreg
Institutes:Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät / Institut für Materials Resource Management
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 67 Industrielle Fertigung / 670 Industrielle Fertigung
Licence (German):Deutsches Urheberrecht