Open-Source Software Architecture for Multi-Robot Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)

要約

ワイヤー アーク アディティブ マニュファクチャリング (WAAM) は、溶融金属ワイヤーを基板上に堆積させて目的の形状を形成する金属 3D プリンティング テクノロジーです。
多関節ロボット アームは、複雑な幾何学的形状を生成するために WAAM で一般的に使用されます。
ただし、それらは主に独自のロボットと溶接制御ソフトウェアに依存しており、プロセスの調整とカスタマイズ、サードパーティ製センサーの組み込み、複数ベンダーのロボットと溶接コントローラへの実装、およびカスタマイズ可能なユーザー プログラミングが制限されています。
このペーパーでは、これらの制限に対処する WAAM の一般的なオープンソース ソフトウェア アーキテクチャを示します。
このアーキテクチャの基盤となるのは、さまざまなベンダーのロボットやセンサーを統合するためのミドルウェアとして機能するオープンソースの制御および通信フレームワークである Robot Raconteur です。
このアーキテクチャに基づいて、CAD ファイルを印刷された WAAM パーツに取り込み、結果の精度を評価するエンドツーエンドのロボット WAAM 実装を開発しました。
アーキテクチャの主なコンポーネントには、部品のスライシング、ロボットの動作計画、部品の計測、インプロセス センシング、およびプロセスの調整が含まれます。
現在の実装は Motoman ロボットと Fronius 溶接コントローラーに基づいていますが、このアプローチは他の産業用ロボットや溶接コントローラーにも適用できます。
テストされた WAAM の機能は、さまざまな形状の部品の印刷と、動作調整のためのプロセス内センサー データの取得を通じて実証されます。

要約(オリジナル)

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) is a metal 3D printing technology that deposits molten metal wire on a substrate to form desired geometries. Articulated robot arms are commonly used in WAAM to produce complex geometric shapes. However, they mostly rely on proprietary robot and weld control software that limits process tuning and customization, incorporation of third-party sensors, implementation on robots and weld controllers from multiple vendors, and customizable user programming. This paper presents a general open-source software architecture for WAAM that addresses these limitations. The foundation of this architecture is Robot Raconteur, an open-source control and communication framework that serves as the middleware for integrating robots and sensors from different vendors. Based on this architecture, we developed an end-to-end robotic WAAM implementation that takes a CAD file to a printed WAAM part and evaluates the accuracy of the result. The major components in the architecture include part slicing, robot motion planning, part metrology, in-process sensing, and process tuning. The current implementation is based on Motoman robots and Fronius weld controller, but the approach is applicable to other industrial robots and weld controllers. The capability of the WAAM tested is demonstrated through the printing of parts of various geometries and acquisition of in-process sensor data for motion adjustment.

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