Algorithmen zur automatisierten Handhabung von biegeschlaffen Faser-Halbzeugen in 2D

Abstract

Die Herstellung von Faser-Verbundwerkstoffen wie beispielsweise Carbonfaserverstärkten-Kunststoffen (CFK) wird wegen der Robustheit mit gleichzeitig geringer Masse der CFK immer bedeutender. Ein Bestandteil der Verbundwerkstoffe sind biegeschlaffe Faser-Halbzeuge. Sie werden für die Konsolidierung mit Kunststoffen benötigt und verleihen dem Verbundstoff die beschriebenen Eigenschaften. Die Programmerstellung für den Abtransport der zugeschnittenen Halbzeugmenge N durch ein Greifsystem, wurde bisher manuell durchgeführt. Dabei musste entschieden werden welche Kombinationen von Halbzeugen in welcher Reihenfolge zu greifen sind, als auch die genaue Position für das Fixieren der Halbzeuge durch das Greif-System. Die Position muss so gewählt werden, dass Halbzeuge von Wirkflächen überdeckt werden, da sonst kein Abtransport möglich ist. Als Vorverarbeitungsschritt nach der zu Polygonen interpolierten Zuschnitten, zeigen wir einen Algorithmus zur Extraktion von Polygonen aus den gegebenen Zuschnittskonturen. Wir stellen nicht nur ein Verfahren vor, dass automatisiert für eine einfache (evt. gelöcherte) Polygonmenge N in O(|N|^|C_opt|·2^|N|||N||) die optimale Überdeckung (Cover-Berechnung) durch ein rechteckiges Polygon (Greifer) unter Berücksichtigung eines Arbeitsraumes bestimmt, sondern führen auch eine Positionsoptimierung durch. Wir vergleichen dabei Verfahren der diskreten Suche und dem Genetischen Algorithmus mit einer hybriden Variante aus diskreter Suche und dem metaheuristischen Simulierte Abkühlung Algorithmus. Wir stellen ein genaueres In-Place Verfahren vor mit direkter Positions-Optimierung während der Cover-Suche, als auch eine nachgelagerte Variante als einfache Migration aus beiden Verfahren mit einer Laufzeit von O((|N|^|C_opt|·2^|N|+|C_opt|)·||N||). Die Implementierung unserer Verfahren der Positions-Optimierung übernehmen wir in MATLAB, die Cover-Berechnung wird in Java durchgeführt.