Flexible, automatisierte Herstellung von keramischen Kurzfaserverbund-Bauteilen (FlexFiber)

This project is partially funded by the
German Research Foundation (Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG).

Abstract (deutsch)

Damit eine intuitive on-line Roboterprogrammierung für Faserspritzprozesse ermöglicht wird, ist ein Roboterprogrammiersystem notwendig, welches sich durch seine Flexibilität bei der Programmierung für einen Einsatz in kleinen und mittelständischen Unternehmen auszeichnet. Durch Anwendung der editierbaren Playback-Roboterprogrammierung kann dies erreicht werden. In diesem Forschungsvorhaben wird deshalb erstmalig die editierbare Playback-Roboterprogrammierung auf einen kontinuierlichen Prozess angewendet, um die robotergestützte Produktion von Klein- und Kleinstserien zu ermöglichen. Hierbei soll ein Domänenexperte ohne Programmiervor-kenntnisse ein Robotersystem bedienen können, sodass er schnell eine für die vorliegende Aufgabe notwendige Roboterbahn und die zugehörige Ansteuerung von Peripherie-Geräten programmieren kann. Durch grundsätzliche Erweiterungen sollen außerdem Möglichkeiten zur Optimierung von Roboterprogrammen sowie deren Anwendbarkeit innerhalb der editierbaren Play-back-Roboterprogrammierung untersucht werden. Als praktisches Anwendungsbeispiel dient der Faserspritzprozess von oxidkeramischen Faserverbundwerkstoffen, da bei diesem Werkstoff besonders hohe Anforderungen an die Imprägnierung der Faserbündel und deren Erhalt gestellt werden, wofür sich der Faserspritzprozess und dessen Automatisierung besonders eignet. Die geplante intuitive Programmierung soll exemplarisch an diesem noch wenig erforschten Verbundwerkstoff erprobt werden, der ein großes Anwendungspotenzial im Hochtemperaturbereich (Verbrennungstechnik, Metallurgie, Wärmebehandlung) hat. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Angewandte Informatik und Werkstoffforschung verspricht im Erfolgsfall die verfahrenstechnische und materialwissenschaftliche Erforschung einer neuen Werkstoffklasse für den Hochtemperatur-Leichtbau.
Stichpunkte: Robotik, Intuitive Programmierung, Faserspritzprozess (FSP), Angewandte Informatik,Kurzfaser (KF), Keramische Verbundwerkstoffe (CMC), Oxidische Faserverbundwerkstoffe (OFC)

Abstract (english)

In order to enable intuitive on-line robot programming for fiber spray processes, a robot programming system is required which is characterized by its flexibility in programming for the use in small and medium-sized companies. This can be achieved by using editable playback robot programming. In this research project, the editable playback robot programming is applied to a continuous process for the first time in order to enable the robot-supported production of small batches. Thus, a domain expert should be able to operate the robot system without prior programming knowledge, so that he can quickly program a robot path and the associated control of peripheral devices required for a given task. Fundamental extensions are also to be used to investigate possibilities for optimizing robot programs and their applicability within the editable playback robot programming. The fiber spraying process of oxide fiber composites serves as a practical application example, as this material places particularly high demands on the impregnation of fiber bundles and their preservation, for which the fiber spraying process and its automation are particularly suitable. The planned intuitive programming is to be tested as an example on this little-researched composite material, which has great potential for the high temperature application (combustion technology, metallurgy, heat treatment). If successful, the interdisciplinary cooperation between applied computer science and materials engineering provides the framework for the process engineering and materials research of a new class of materials for high-temperature lightweight construction.
Keywords : Robotics, Intuitive Programming, Fiber Spraying Process (FSP), Applied Computer Science, Short Fiber (KF), Ceramic Matrix Composites (CMC), Oxide Fiber Composites (OFC)