Multi-Robot Scan-n-Print for Wire Arc Additive Manufacturing

要約

ロボット ワイヤー アーク積層造形 (WAAM) は金属積層造形技術であり、柔軟な 3D プリンティングを提供しながら、高品質のニアネットシェイプ最終部品を保証します。
ただし、WAAM は、特にアルミニウム合金などの低融点金属の場合、幾何学的な不正確さにも悩まされます。
この論文では、WAAM プロセスの監視と制御のためのマルチロボット フレームワークを紹介します。
3 つのロボットのセットアップを検討します。6 自由度の溶接ロボット、2 自由度のトラニオン プラットフォーム、手首に取り付けて印刷部品の高さプロファイルを測定するレーザー ライン スキャナを備えた 6 自由度のセンシング ロボットです。
ワイヤの送り速度を含む溶接パラメータは使用される材料に基づいて一定に保たれるため、制御入力はロボットのパス速度になります。
測定された出力は部品の高さプロファイルです。
計画段階では、ターゲット形状を均一な高さのスライスに分解します。
実行中、センシング ロボットは印刷された各レイヤーをスキャンし、次のレイヤーのロボット パス速度は、目的のプロファイルからの偏差に基づいて調整されます。
調整は、経路速度と高さの変化を相関させる特定されたモデルに基づいて行われます。
制御アーキテクチャは、すべてのロボットとセンサー間の同期動作とデータ取得を調整します。
3 台のロボット WAAM テストベッドを使用して、平らな壁とより複雑なタービン ブレード形状の両方で、現在の開ループ結果に比べて閉ループ スキャン アンド プリント アプローチの大幅な改善を実証します。

要約(オリジナル)

Robotic Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) is a metal additive manufacturing technology, offering flexible 3D printing while ensuring high quality near-net-shape final parts. However, WAAM also suffers from geometric imprecision, especially for low-melting-point metal such as aluminum alloys. In this paper, we present a multi-robot framework for WAAM process monitoring and control. We consider a three-robot setup: a 6-dof welding robot, a 2-dof trunnion platform, and a 6-dof sensing robot with a wrist-mounted laser line scanner measuring the printed part height profile. The welding parameters, including the wire feed rate, are held constant based on the materials used, so the control input is the robot path speed. The measured output is the part height profile. The planning phase decomposes the target shape into slices of uniform height. During runtime, the sensing robot scans each printed layer, and the robot path speed for the next layer is adjusted based on the deviation from the desired profile. The adjustment is based on an identified model correlating the path speed to change in height. The control architecture coordinates the synchronous motion and data acquisition between all robots and sensors. Using a three-robot WAAM testbed, we demonstrate significant improvements of the closed loop scan-n-print approach over the current open loop result on both a flat wall and a more complex turbine blade shape.

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