Digital twin methods for feedback control in multi-robot welding cells
Harju, Tuukka (2020)
Kandidaatintyö
Harju, Tuukka
2020
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020041719113
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020041719113
Tiivistelmä
The goal of this bachelor’s thesis is to discover the principles and characteristics of a digital twin and the feedback methods available for use in a multi-robot welding cell. A digital twin is a comprehensive digital model that mirrors a physical systems behavior and can use its computational capabilities to simulate different scenarios that the physical system may encounter. Digital twin has tremendous potential in many aspects of engineering, from design to lifecycle management.
A laboratory experiment was conducted in which a feedback method that was determined to be suitable for use in a welding cell was tested by measuring the seam of a t-joint workpiece in its assumed correct position and then measuring the same workpiece again after apply a random offset. The scanned positional data was then applied to a digital twin environment to replicate the offset in a digital twin model of the workpiece.
The offset of the workpiece was successfully replicated by calculating the offset and offset angle values from the post-processed raw profile data of the scans. It was concluded that the methods used in the experiment were suitable for use in robot welding cells and could potentially be further refined for more complex movements. Further study is required to produce a full feedback loop where the digital twin model could return calculated values back to the system after self-correcting. Tämän kandidaatintyön tavoitteena on tutustua digitaalisen kaksosen perusteisiin ja ominaisuuksiin sekä takaisinkytkentä menetelmiin, joita voisi soveltaa robottihitsaukseen. Digitaalinen kaksonen on kattava digitaalinen malli, joka peilaa fyysisen järjestelmän käyttäytymistä ja voi simuloida erilaisia skenaarioita, joita fyysinen järjestelmä voi kohdata. Digitaalisella kaksosella on valtava potentiaali monilla tekniikan osa-alueilla aina suunnittelusta elinkaarihallintaan.
Kandidaatintyössä suoritettiin laboratoriokoe, jossa kokeiltiin robottihitsaukseen soveltuvaa takaisinkytkentä menetelmää mittaamalla laser anturilla t-liitosta. Ensin mitattiin sauman paikoitus oletetulla oikealla paikalla, jonka jälkeen työkappaletta liikuteltiin satunnaisesti ja tehtiin mittaus uudelleen. Lasketut siirtymät ja siirtymäkulma sijoitettiin digitaalisen kaksosen ympäristöön peilaamaan fyysistä siirtymää.
Siirtymä peilattiin onnistuneesti digitaalisella kaksosella, raakadatasta lasketuilla arvoilla. Laboratoriokokeen perusteella, käytetyt menetelmät soveltuvat robottihitsaukseen ja niitä voitaisiin jatkossa kehittää käytettäviksi monimutkaisempien liikkeiden kanssa. Lisätutkimusta vaaditaan kokonaisvaltaisen takaisinkytkennän käyttöönottoa varten, jossa digitaalinen malli voisi palauttaa laskettuja arvoja takasin robottihitsausjärjestelmään.
A laboratory experiment was conducted in which a feedback method that was determined to be suitable for use in a welding cell was tested by measuring the seam of a t-joint workpiece in its assumed correct position and then measuring the same workpiece again after apply a random offset. The scanned positional data was then applied to a digital twin environment to replicate the offset in a digital twin model of the workpiece.
The offset of the workpiece was successfully replicated by calculating the offset and offset angle values from the post-processed raw profile data of the scans. It was concluded that the methods used in the experiment were suitable for use in robot welding cells and could potentially be further refined for more complex movements. Further study is required to produce a full feedback loop where the digital twin model could return calculated values back to the system after self-correcting.
Kandidaatintyössä suoritettiin laboratoriokoe, jossa kokeiltiin robottihitsaukseen soveltuvaa takaisinkytkentä menetelmää mittaamalla laser anturilla t-liitosta. Ensin mitattiin sauman paikoitus oletetulla oikealla paikalla, jonka jälkeen työkappaletta liikuteltiin satunnaisesti ja tehtiin mittaus uudelleen. Lasketut siirtymät ja siirtymäkulma sijoitettiin digitaalisen kaksosen ympäristöön peilaamaan fyysistä siirtymää.
Siirtymä peilattiin onnistuneesti digitaalisella kaksosella, raakadatasta lasketuilla arvoilla. Laboratoriokokeen perusteella, käytetyt menetelmät soveltuvat robottihitsaukseen ja niitä voitaisiin jatkossa kehittää käytettäviksi monimutkaisempien liikkeiden kanssa. Lisätutkimusta vaaditaan kokonaisvaltaisen takaisinkytkennän käyttöönottoa varten, jossa digitaalinen malli voisi palauttaa laskettuja arvoja takasin robottihitsausjärjestelmään.