NASA nutzt RoboDK Software zur Automatisierung der Cobot-Programmierung für Rumpfinspektion

Die Automatisierung von Prozessen mit Robotik kann zahlreiche Vorteile haben, aber Roboter erfordern Programmierung – ein typischerweise manueller Prozess, der komplex sein kann und zu kostspieligen Problemen wie Kollisionen führen kann. Das NASA Advanced Composites Projekt arbeitet an einem Prozess, der nicht nur die Inspektion von Flugzeug-Rümpfen mit kollaborativen Robotern (Cobots) von Universal Robots automatisiert, sondern auch die Programmierung der Cobots mit Software des Roboter-Software-Simulationsentwicklers RoboDK automatisiert. Dieses System hat das Potenzial, Zeit und Geld zu sparen und gleichzeitig bessere, konsistentere Ergebnisse als vollständig manuelle Inspektionsprozesse zu liefern.

Infrarot-Thermographie für Verbundstrukturen

Das NASA Advanced Composites Projekt arbeitet daran, Methoden, Tools und Protokolle zu verbessern sowie Entwicklungs- und Zertifizierungszeitpläne für Verbundwerkstoffe und -strukturen zu verkürzen, da deren Anwendungen zunehmen. Ein Ziel ist es, die Inspektion von Verbundstrukturen zu beschleunigen und Messergebnisse zu verbessern, indem sichergestellt wird, dass das Inspektionsverfahren keine Bereiche einer Struktur verpasst. Eine Inspektionsmethode ist Infrarot-Thermographie, die einen präzisen Lichtblitz nutzt, um einen Wärmeimpuls zu erzeugen. Während das Material abkühlt, analysieren Forscher, wie die Wärme durch das Teil fließt, um verborgene Defekte und abnormale Substrukturen ohne Beschädigung des Teils zu enthüllen. Infrarot-Inspektionsausrüstung ist jedoch groß und schwer und muss über die gesamte Oberfläche des Teils innen und außen bewegt werden, um eine umfassende Inspektion zu gewährleisten. Manuelle Inspektionen großer Verbundprodukte wie Flugzeug-Rümpfe erfordern mehrere Bediener für längere Zeiträume, was Kosten und Komplexität erhöht.

RoboDK automatisiert Inspektionspfade für zwei UR10 Cobots

Um diesen Prozess zu automatisieren, testet das NASA Langley Research Center eine Methode, die RoboDK-Software nutzt, um die Programmierung von Inspektionsmustern für zwei UR10 Cobots von Universal Robots zu automatisieren. Forscher nutzten die Software, um ein Computermodell des zu inspizierenden Teils, des Inspektionsmusters und der Bewegung des Inspektionswerkzeugs zu erstellen. Die Software verfügt über eine Application Programming Interface (API), die es Anwendern ermöglicht, Roboter mit universellen Programmiersprachen wie Python, C#, C++, Matlab und Visual Basic zu programmieren.

Sobald der Inspektionsprozess kalibriert ist und die Cobots korrekt positioniert sind, können die Cobots einem vorprogrammierten Pfad folgen, um die Inspektionsausrüstung in präzise Positionen um den Rumpf zu bewegen und das Gerät an Ort und Stelle zu halten, während der Bediener die Daten abruft.

Algorithmen für vollständig oder teilweise automatisierte Programmierung

Die Software kann mit Algorithmen angepasst werden, um einige Aufgaben zu automatisieren, wie das Projizieren eines Inspektionsmusters auf eine Oberfläche zur Simulation und Generierung des Inspektionsprogramms. Die Algorithmen können vollständig oder teilweise automatisiert sein, was bedeutet, dass sie den Werkzeugpfad gemäß bestimmten Parametern generieren, die vom Bediener oder Roboterprogrammierer modifiziert werden können. Mit benutzerdefinierten, vollständig automatisierten Algorithmen können Roboter in nur wenigen Sekunden programmiert werden, sagt RoboDK CEO Albert Nubiola. Das NASA Advanced Composites Projekt verwendet einen Algorithmus, der einen Werkzeugpfad für den Roboter erstellt, der der Rumpfoberfläche folgt und Fenster und Löcher vermeidet.

Offline-Programmierung und Simulation vor Download

Die API der Software ermöglicht es Anwendern auch, Programme offline zu erstellen und zu simulieren, bevor sie auf den Roboter heruntergeladen werden. „Offline-Programmierung des Roboters ist sehr nützlich, wenn Sie die Planungsarbeit vor dem Verschieben des Robotersystems in einen Hangar oder anderen Ort erledigen müssen“, sagt NASA Analytical Mechanics Associate Joshua Brown. Er fügt hinzu, dass die Simulationsfunktion auch hilfreich ist, da sie verwendet werden kann, um Probleme wie Achsengrenzen und Kollisionen zu prüfen, die ein potenzielles Problem bei der Verwendung mehrerer Cobots darstellen. „Es war ziemlich einfach, mehrere Roboter in eine Station zu bringen und sie virtuell zusammenarbeiten zu lassen, bevor das echte Metall herumfliegt“, sagt Herr Brown. Einmal erstellt und simuliert, kann das Programm auf den Roboter heruntergeladen werden, sodass die Inspektion ohne zusätzliche Einrichtung beginnen kann.

Zuverlässigkeit wertvoller als Zeitersparnis

Das System befindet sich in frühen Entwicklungsstadien, und Herr Brown sagt, das Ziel sei, den Rahmen für das Inspektionssystem zu schaffen und einige Details auszuarbeiten. Derzeit müssen die Cobots manuell in verschiedene Bereiche um den Rumpf bewegt und dann neu kalibriert werden, bevor ein Scan basierend auf der Oberfläche in diesem Bereich durchgeführt wird. Die nächste Entwicklungsphase beinhaltet die Montage der Cobots auf einer linearen Bühne, die die Reichweite des Systems auf etwa 3 Meter erweitert. Diese lineare Bühne könnte auch auf einer weiteren linearen Bühne oder einem Paar linearer Bühnen montiert werden, um die Reichweite des Systems in einer anderen Achse oder Ebene zu erweitern.

Dieses System hat das Potenzial, Zeit und Geld zu sparen, da es einem einzelnen Bediener ermöglicht, den Inspektionsprozess zu überwachen. Programmierung und Simulation gewährleisten Effizienz, da die Roboter die praktischsten und umfassendsten Pfade um das Flugzeug bewegen. Simulation kann auch potenziell kostspielige Probleme verhindern. Zusätzlich verfügen die Cobots über ein Sicherheitssystem, das überwacht, wann in einen reduzierten Sicherheitsmodus geschaltet werden muss, und den Betrieb stoppt, wenn es in Kontakt mit einer Person kommt. Dies ermöglicht es Menschen, eng neben ihnen zu arbeiten, sodass andere Inspektions- oder Fertigungsprozesse während der Infrarotinspektion stattfinden können. Diese Methode hat auch das Potenzial, die Qualität der Inspektionsergebnisse zu verbessern, da sie verwendet werden kann, um sicherzustellen, dass das gesamte Teil inspiziert wird.

Herr Brown sagt jedoch, dass an diesem Punkt die Zuverlässigkeit, die dieses System bieten kann, wertvoller ist als mögliche Zeit- und Geldersparnisse. „Roboter zu nutzen bedeutet Konsistenz und die Fähigkeit, zurückzugehen und eine Inspektion exakt auf die gleiche Weise exakt an der gleichen Stelle ohne menschlichen Fehler durchzuführen“, sagt er. „Menschliche Bediener können sich einfach nicht wie ein Roboter bewegen, und deshalb investieren wir in dies.“