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

要約

ロボットワイヤーアーク添加剤造形（WAAM）は金属添加剤の製造技術であり、高品質のネットシェイプファイナルパーツを確保しながら、柔軟な3Dプリントを提供します。
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もあります。
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ロボットのセットアップを検討します。6-DOF溶接ロボット、2ドーフトラニオンプラットフォーム、および印刷された部品の高さプロファイルを測定する手首に取り付けられたレーザーラインスキャナーを備えた6ドフセンシングロボットです。
ワイヤフィードレートを含む溶接パラメーターは、使用される材料に基づいて一定に保持されるため、制御入力はロボットパス速度です。
測定された出力は、部品高さプロファイルです。
計画フェーズは、ターゲット形状を均一な高さのスライスに分解します。
ランタイム中、センシングロボットは各印刷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、パス速度を高さの変化に相関させる識別されたモデルに基づいています。
コントロールアーキテクチャは、すべてのロボットとセンサー間の同期モーションとデータ収集を調整します。
3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、現在のオープンループ結果にわたって閉ループスキャン-N-Printアプローチの大幅な改善を示します。

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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