Autonomes System zur Herstellung von Organoblechen und Preforms

Abstract

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, 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.