Inline monitoring and control for Automated Tape Laying

Titel in Übersetzung: Inline-Überwachung und -Steuerung für Automatisiertes Tapelegen

Neha Yadav

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Mit dem Automatisierten Tapelegen (ATL) wird ein Verfahren zur Herstellung von kontinuierlich faserverstärkten, polymeren Verbundwerkstoffen bezeichnet, die für Hochleistungsbauteile, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt wie auch in der Automobilindustrie, zum Einsatz kommen. Dabei kommen stetig steigende Anforderungen hinsichtlich Bauteilkomplexität, Abfall-vermeidung sowie Produktqualität und geometrischer Toleranzen zum Tragen. ATL ist trotz seines hohen Automatisierungsgrades anfällig für Fertigungsfehler, die nicht nur die mechanischen Eigenschaften des Bauteils beeinträchtigen, sondern auch zu Produktivitäts-verlusten führen können. Robuste Verfahren zur Prozessüberwachung und -regelung fehlen hier derzeit. In diesem Zusammenhang stellt die prozessbegleitende Fehlerüberwachung ein wichtiges Forschungsfeld für der Prozessentwicklung dar. Die vorliegende Arbeit zielt auf ein industrietaugliches, ganzheitliches Fehlerüberwachungs- und Regelungskonzept für ATL ab. Die Arbeit stellt ein vollständiges Überwachungskonzept, bestehend aus Fehleridentifikation, -erkennung und -behebung vor, das auf Basis einer Analyse des Fertigungsverfahrens entwickelt wurde. Das Überwachungskonzept berücksichtigt Ansätze zur einfachen Integration, Handhabung und Effektivität der Fehlererkennung im realen Fertigungsprozess. Die Implementierung eines solchen Konzepts zielt auf positive Wirkungen hinsichtlich Produktivität, Zuverlässigkeit sowie Material- und Kosteneinsparungen ab. Im Rahmen dieser Dissertation hat sich gezeigt, dass die Infrarot-Thermografie in der Lage ist, Fremdkörper und Ablagerungen ab einer Größe von 2,5 mm zuverlässig zu erkennen. Dieser Ansatz basiert auf der Erkennung von lokalen Temperaturanomalien. Die Profilometrie ist nachweislich in der Lage, Lücken und Überlappungen ab einer Größe von 0,2 mm zu erkennen. Fiber Bragg Grating (FBG) Sensoren werden insbesondere zur Überwachung von Eigen-spannungs-induzierten Dehnungen im Bauteil verwendet und auf der Ebene von Einzellagen als auch im gesamten Laminat eingesetzt. In dieser Arbeit wird ein neuartiges Verfahren zum Fehlermanagement aufgezeigt, welches Aspekte der selektiven Fehlerbehebung, -vorhersage und -vermeidung vereint. Damit können Eigenspannungs-induzierte Dehnungen wie auch Substrat-temperatur sowie Kompaktierungskraft bzw. Tapebreite gezielt beeinflusst werden. Dies ermöglicht die Verringerung von Formabweichungen, Inhomogenitäten sowie zur Vermeidung von unerwünschten Lücken und Überlappungen von Tapes. Bei der Entwicklung dieses Konzepts wurde ein besonderes Augenmerk auf Modularität und Flexibilität gelegt, nachdem die industriellen Anforderungen an ein solches Konzept äußerst vielfältig gelagert sind. Das Management von Lücken und Überlappungen ist beispielsweise besonders nützlich für die Herstellung von Laminaten mit variabler Tapeorientierung oder variabler Steifigkeit sowie für endkonturnahe Laminate. Über ein aktives Fehlermanagement können Prozessgeschwindigkeit und Fertigungsraten gesteigert werden. Die Regelung der Tapebreite wiederum ermöglicht Formkonformität in engeren Toleranzen wie auch erhöhte Designflexibilität. Das hier vorgestellte Konzept zur Fehlerüberwachung im ATL-Verfahren ermöglicht somit größere Designfreiheit, erhöhte Zuverlässigkeit im Prozess, gesteigerte Bauteilqualität sowie Einsparungen bei Bauteilmasse und Fertigungskosten.
Titel in ÜbersetzungInline-Überwachung und -Steuerung für Automatisiertes Tapelegen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Dransfeld, Clemens, Beurteiler B (extern), Externe Person
  • O'Leary, Paul, Mitbetreuer (intern)
  • Mitschang, Peter, Beurteiler A (extern), Externe Person
  • Fauster, Ewald, Betreuer (intern)
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2023

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Polymer-Matrix-Verbundwerkstoffe
  • Automatisiertes Tapelegen
  • Fehler
  • Prozessüberwachung
  • Prozesssteuerung

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