自動化是保持復(fù)合材料行業(yè)增長的主要趨勢之一。當(dāng)涉及到專業(yè)應(yīng)用時，與人類操作員相比，現(xiàn)代傳感技術(shù)仍然落后。PolePosition是由Schmidt & Heinzmann 為實施復(fù)合材料制造中的自動化項目而開發(fā)的靈活相機系統(tǒng)。

纖維增強材料的局部適應(yīng)性和材料性能的可調(diào)性是它經(jīng)常被提到的優(yōu)點。額外的自由度，例如纖維角度和纖維體積分?jǐn)?shù)，不僅使設(shè)計人員能夠準(zhǔn)確地在需要的地方增加零件的強度和剛度，而且還能節(jié)省其他地方的材料或重量。這些設(shè)計原則可以通過沿著載荷路徑彎曲纖維或在特定載荷區(qū)域放置加固補丁來加以利用。
利用這些優(yōu)勢已經(jīng)變得越來越重要，以證明其優(yōu)于更傳統(tǒng)的工程材料，特別是碳纖維等高性能材料。
實現(xiàn)經(jīng)濟實惠的自動化多功能工具
最初開發(fā)時考慮到了這些類型的應(yīng)用程序，將該系統(tǒng)命名為PolePosition，但現(xiàn)在由于它的靈活性，成為了Schmidt & Heinzmann自動化項目工具箱中更通用的部分。
在高性能復(fù)合材料行業(yè)中，一個單一的系統(tǒng)可以提供總體質(zhì)量、位置、方向和纖維角度數(shù)據(jù)，大大降低了自動化項目的開發(fā)成本、時間和風(fēng)險。由 Schmidt & Heinzmann 內(nèi)部開發(fā)，可以深度集成到生產(chǎn)單元中，并進一步提高系統(tǒng)的適應(yīng)性。
現(xiàn)在，一個裝備了PolePosition系統(tǒng)的機器人就可以獲得足夠精確的信息，從而取代鋪設(shè)站的操作員，但這也使得激光投影系統(tǒng)變得多余。
此外，該系統(tǒng)還可以記錄下每一層定位前后的詳細(xì)圖像，包括位置和方向的定量信息。通過纖維角度的評估或缺陷檢測，系統(tǒng)甚至可以接管之前的工藝步驟的質(zhì)量控制。它不僅支持以前的手動過程的自動化，而且在這樣做的同時還提供了重要的附加價值，并訪問了在遺留過程中根本不可用的信息。
控制碳纖維位置和方向的方法既復(fù)雜又昂貴
就工業(yè)化而言，試圖最大限度地控制這些設(shè)計原則的發(fā)展是激光制導(dǎo)手動鋪層或自動纖維放置等發(fā)展的例證。當(dāng)根據(jù)激光投影定位單個層時，操作員根據(jù)設(shè)計文檔保證其正確的位置和方向。即使纖維層在鋪層中完全定位，纖維層內(nèi)的方向正確性仍然不確定。正確的纖維角度取決于織物或預(yù)浸料切割過程的精度。在這里，機器的精度和操作人員的勤奮都會影響結(jié)果。
在自動放置纖維時，由自動化系統(tǒng)引導(dǎo)、操縱和定位纖維。因此，材料的位置和方向隱含地包含在機器編程中。這兩個例子都表明，纖維的位置和方向本身就是難以直接接觸和控制的過程變量。大多數(shù)時候，唯一可行的方法是通過廣泛的驗證和鑒定過程來證明特定工藝產(chǎn)生的纖維角度將導(dǎo)致所需的材料性能，而不是直接監(jiān)控或更不用說將其定義為制造過程中的控制參數(shù)。然而，這些密集和昂貴的驗證和鑒定過程對碳纖維增強材料的更廣泛采用構(gòu)成了重大障礙。

細(xì)節(jié)視圖攝像系統(tǒng)??

圖片來源：Schmidt & Heinzmann GmbH & Co. KG

在制造過程中定位的挑戰(zhàn)
即使不考慮纖維角度，僅定位本身也會在制造過程中帶來重大的工程挑戰(zhàn)。由扁平半成品（如預(yù)浸料或技術(shù)紡織品）制成的大型或非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)有時必須拆分為多個子組件或子預(yù)制件，以管理尺寸和復(fù)雜性。各個子預(yù)成型件之間的過渡區(qū)通常分布在更大的區(qū)域上，以最大限度減少對組件性能的影響。材料的各個層依次依次終止或脫落，從而形成階梯狀連接區(qū)域。
雖然這種方法在完整組件的性能和子組件復(fù)雜性的降低之間取得了很好的折衷，但階梯區(qū)域的制造以及多個子預(yù)制件的精確連接仍然對工業(yè)化提出了重大挑戰(zhàn)。為避免連接區(qū)域出現(xiàn)任何意外的重疊或間隙，每個步驟都必須精確調(diào)整尺寸，同時還要確保各個子預(yù)制件的正確相對位置。由技術(shù)紡織品制成的輪廓切割的模糊邊緣進一步復(fù)雜化了這一點。雖然大多數(shù)由傳統(tǒng)工程材料制成的部件都有明確的邊緣，但尋找甚至定義由技術(shù)紡織品制成的層的邊緣可能是一個挑戰(zhàn)。
顯然，如果應(yīng)用程序證明成本合理，則可以通過結(jié)合手動流程和廣泛的質(zhì)量控制來克服這些挑戰(zhàn)?；蛘咦詣踊梢詭椭@著降低加工成本，提高再現(xiàn)性，從而簡化質(zhì)量控制措施。

切割和堆疊單元上的攝像系統(tǒng)
圖片來源：Schmidt & Heinzmann GmbH & Co. KG

根據(jù) Schmidt & Heinzmann 的經(jīng)驗，這些高性能組件的自動化制造需要開發(fā)專用測量設(shè)備，以實現(xiàn)足夠的工藝可靠性和所需的質(zhì)量水平。到目前為止，這些測量解決方案必須針對每種應(yīng)用量身定制。雖然該公司成功地證明了這些挑戰(zhàn)都可以被一一克服，但它們?nèi)匀皇窃S多項目獲得積極商業(yè)案例的障礙。
使傳感器和碳纖維和諧相處
對于碳纖維來說尤其如此，因為在現(xiàn)代傳感器技術(shù)中，它的光學(xué)性能并不理想?，F(xiàn)代激光測距傳感器的激光點被非卷曲織物的深黑色結(jié)構(gòu)吞噬，或者激光穿過松散編織的碳纖維織物，這些只是試圖將現(xiàn)代自動化設(shè)備與這些材料結(jié)合使用時遇到的諸多問題中的一部分。
碳纖維組件自動化生產(chǎn)的挑戰(zhàn)通常不在于制造設(shè)備，而在于收集足夠的信息并將其提供給系統(tǒng)。配備超聲刀的機器人在修剪碳纖維預(yù)制件邊緣的速度比人類用剪刀要快十倍。（來源：Carbontech、JEC）

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