Utveckling och design av gripdon för komposithantering

Saab AB levererar lösningar, produkter och tjänster inom militärt försvar och civil säkerhet. Affärsområdet Aeronautics producerar förutom det militära stridsflygsystemet Gripen även komponenter till civila flygplan, dels sina egna men även andra flygplansproducenter som Airbus och Boeing. Projektets mål är att utveckla ett multifunktionellt robotgripdon för att undersöka automationsmöjligheter kring uppläggning av kolfiberskikt på ett plant underlag, en uppläggning som idag sker för hand. Processen som önskas automatiseras innefattar tillskärning av skikt, förflyttning från skärbord och placering på uppläggningsmall samt borttagning av skiktets skyddspapper. En systematisk konceptutvecklingsmodell har använts som grund för produktutvecklingsprocessen. Modellen har bestått av problemgranskning, undersöka ”state of the art”, upprättande av konstruktionskriterielista, nedbrytning av huvudproblemet i delproblem och framtagning av lösningar på delproblemen. Lösningarna har sedan kombinerats ihop till koncept. De genererade koncepten har utvärderats och en funktionsprototyp av det vinnande konceptet har konstruerats och testats på en robot. Prototypen är uppbyggd av aluminiumprofiler och kolfiberskikten hanteras med hjälp av vakuumsugkoppar vilkas placering anpassats efter skiktens form. Det beslutades att tillskärningen av skikten inte borde integreras i gripdonet utan lämpligast utförs av en programmerbar skärmaskin. Borttagningen av skyddspappret sker sedan i tre steg. Sedan placeras skiktet på mallen och kompakteras genom att en roller jämnar ut eventuella ojämnheter och får skiktet att fästa bättre mot underlaget. Därefter lyfter en sugkopp upp skyddspappret i det hörn som behandlats och en klo griper tag i det upplyfta hörnet varpå pappret avlägsnas. Slutsatsen är att automation av uppläggningen med hjälp av en robot är möjlig. Som fortsättning på detta projekt föreslås att en testcell byggs där automatisk uppläggning av hela processen kan testas.Saab AB delivers solutions, products and services in military defence and civil security. In addition to the military aircraft system Gripen, the business area of Aeronautics also produces components for civil aircraft. Customers include Airbus and Boeing. The aim of the project is to design a multifunctional robot end-effector in order to investigate whether the degree of automation in the layup of a composite component can be increased. The layup is today a predominantly manual process. In the targeted production step, the pre-impregnated carbon fiber are cut into plies at a cutting table and accurately placed on a layup template. In this step, the backing paper attached to one side of the ply also has to be removed. A systematic model has been used as a foundation of the development process. The model has consisted of problem definition, a “state of the art” study, defining a design specification, and a functionality analysis. Results from the functionality analysis have then been combined into concepts and evaluated. Finally a prototype based on the winning concept has been built and tested on an actual robot. The prototype’s structure is based on aluminum profiles. The carbon fiber plies are handled with vacuum cups whose placing has been adjusted to fit the geometries of all plies. The step where plies are cut was excluded from the multifunctional end-effector since an automated cutting machine, which is already in use, was considered a more viable option at this stage. Removal of the backing paper is done in three steps. Then the ply is placed on a lay-up template and compacted by a roller to remove any unevenness and to attach the ply better to the surface. Finally, a vacuum cup lifts the previously treated corner of the backing paper and a mechanical claw secures the grip whereupon the paper is removed. A conclusion from this project is that automation of the lay-up with a robot is possible. As a continuation of this project it is suggested that an automated robot cell is constructed to test the automated layup process