Automated Thermoplastic Composite Blank Preparation : Automating Manufacturing of PEKK-FC Composite Material

Sammanfattning

Användningen av kolfiberförstärkt polymer, även kallat CFRP komposit, ökar inom flyg och rymdbranschen samt i högpresterande fordon. Tillverkningsmetoderna för härdplastkompositer är mogna, men för termoplastkompositer finns det ett behov av ökad automation för tillverkningen av kompositdelar. En metod för att tillverka delar av termoplastkomposit består av att skapa ett ämne från många lager av tunna ark kompositmaterial. Detta konsolideras sedan till en platta som sedan formpressas till den slutliga formen. För att hålla alla lager fixerade under denna process fram tills konsolideringen så utförs lokal sammanfogning i många små punkter mellan lagren. Detta görs i nuläget för hand, men detta examensarbete handlar om att automatisera denna process med en industrirobot. För att automatisera denna process har tidigare arbeten visat att kontaktkraften är en viktig parameter att kontrollera. Kraftkontroll av industrirobotar är ett svårt men högst relevant vetenskapligt ämne. För att applicera den korrekta kontaktkraften till ett lager, undersöker detta examensarbete användningen av en PID reglering jämfört med en admittansreglering. Tillsammans med ett speciellt designat verktyg för en industrirobot kunde detta examensarbete framgångsrikt automatisera processen for lokal sammanfogning av termoplastkompositlager. Detta examensarbete fann att, i linje med tidigare forskning inom testade området, så är kontaktkraften en viktig parameter för processen. Högre kontaktkraft ger generellt en starkare sammanfogning. Effekten av kontakttid testades också men kunde inte bestämmas. I jämförelsen av PID reglering och admittansreglering framkom att PID regleringen presterade statistiskt bättre i sin reglering av kontaktkraften och även hade en mer konsekvent kontakttid. Denna skillnad var dock liten nog att ingen statistiskt signifikant skillnad kunde observeras i varken sammanfogningsstyrka eller sammanfogningskvalitet när regleringarna testades emot varandra. Detta ger viktig insikt i processen, och på dem regleringskrav den medför. För dem som vill forsätta arbetet med att automatisera denna eller liknande processer så fann detta examensarbete att en PID eller admittansreglering kan användas som en yttre loop kontroller för ett reglersystem på en industrirobot, där de flesta ickelineariteter redan har kompenserats av tillverkaren och systemet kan behandlas som ett lägre ordningens system. Detta medför att det blir möjligt att skapa kaskadkopplade reglerstrukturer där egendesignade regulatorer integreras med existerande interna reglerstrukturer i en industrirobot för att utföra eller optimera processer som inte är möjliga med enbart robotens interna kontrollsystem.