Systematic gripper arrangement for a handling device in lightweight production processes

Handhabungsgeräte sind ein integraler Bestandteil automatisierter
Produktionsprozesse. Dennoch werden sie in der Regel als nicht wertschöpfend
angesehen, weshalb ihre Planung und Projektierung mit geringem Zeit- und
Personalaufwand so effektiv wie möglich sein sollte. Gleichzeitig bleiben sie ein
wichtiger Teil der Prozesskette und müssen in diesem Zusammenhang bestimmte
Bedingungen erfüllen. Um ihre Funktionalität zu gewährleisten und wenig Zeit in die
Projektierung zu investieren, sind Handhabungsgeräte oft überdimensioniert.
Insbesondere bei flachen Teilen führt dies zu schweren Handhabungslösungen, bei
... mehr
denen das Gewicht des Handhabungsobjekts und des Handhabungsgerätes in einem
Missverhältnis zueinander stehen.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Projektierung von Handhabungsgeräten so weit
wie möglich zu automatisieren. Dieser Prozess wird am Beispiel der Prozesskette zur
Herstellung von Leichtbauteilen mit den Verfahren „sheet molding compound“ (SMC)
und „resin transfer molding“ (RTM) dargestellt.
In einem ersten Schritt wird ein modulares Handhabungsgerät entwickelt und
aufgebaut, das eine große Anzahl von Greiferanordnung ermöglicht. Mit diesem
Handhabungsgerät kann dann die resultierende Durchbiegung von flachen Bauteilen
mit verschiedenen Greiferanordnungen gemessen werden. Um sicherzustellen, dass
es nicht immer notwendig ist die Durchbiegungen zu messen, wird mit ABAQUS ein
Modell aufgebaut, das eine Simulation der Durchbiegung ermöglicht. Anhand dieses
Simulationsmodells wird eine Designlogik für die Anordnung der Greifer entwickelt.
Diese Designlogik arbeitet in zwei Schritten und basiert auf dem Ansatz des „growing
neural gas“ (GNG), das durch die Implementierung zusätzlicher Regeln an das Problem
angepasst wird. Zuerst wird eine erste Greiferkonfiguration basierend auf der
Geometrie des Objekts erstellt, die dann durch einen iterativen Prozess aus Simulation
und Anpassung verbessert wird. Da die Herstellung von Leichtbauteilen oft mehr als
nur einen Zuschnitt erfordert, werden am Ende systematisch verschiedene Lösungen
für die verschiedenen Zuschnitte zu einer Greiferanordnung zusammengefasst und ein
Verfahren gezeigt, wie dies ,mit dem zuvor entwickelten modularen Handhabungsgerät
realisiert, werden kann.

Handling devices are an integral part of automated production processes.
Nevertheless, they are generally regarded as non-value-adding and therefore their
planning and projecting should be as effective as possible, with only a small amount of
time and personnel expenditure. Still, they remain an important part of the process chain
and they must meet certain conditions in this context. In order to ensure their
functionality and invest little time in their project planning, handling devices are often
oversized. Especially for flat parts, this results in heavy handling solutions where the
... mehr
weight of the object and the handling device are in a disproportionate relationship.
The objective of the present work is to automate the project planning of handling
devices as much as possible. This process is presented using the example of the
process chain for the production of lightweight parts using the sheet molding compound
(SMC) and resin transfer molding (RTM) processes.
As a first step, a modular handling device is developed and built-up, which enables a
large number of gripper arrangements. This device then makes it possible to measure
the resulting deflection of flat parts in the handling process. In order to ensure that it is
not always necessary to measure the deflections, a model is built-up with ABAQUS to
enable a simulated estimation. Using this simulation model, a design logic for the
arrangement of the grippers on any shaped parts is presented.
This design logic works in two steps and is based on the approach of growing neural
gas (GNG), which is adapted to the problem by implementing additional rules. First, an
initial gripper configuration is created based on the geometry of the object, which is then
improved by an iterative process of simulation and adaptation. Since the production of
lightweight parts often requires more than just one type of sheet, various solutions for
the different sheets are combined systematically at the end to form one gripper
arrangement and a method is shown concerning how this can be implemented using
the previously-developed modular handling device.