Počítačové modelování kontaktních úloh v automatické výrobě a zpracovaní skla
Title Alternative:Computer simulation of contact tasks in automatic production and glass processing
Loading...
Date
2020-09
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Počítačové modelování kontaktních úloh v automatické výrobě a zpracovaní skla
Práce shrnuje autorem dosažené poznatky o využití počítačové simulace kontaktních úloh v oblasti konstrukce efektorů pro automatickou výrobu skla. Úvodem jsou teoreticky analyzovány reologické modely vhodné pro popis skla a elastomeru tvořící charakteristickou dvojici kontaktujících těles, která je v různých modifikacích uplatněna v prezentovaných počítačových modelech.
V souladu s aktuálními trendy ve sklářském průmyslu spojené s postupným zaváděním specifických manipulačních zařízení a průmyslových robotů jsou řešeny úlohy na dvou úrovních. V rámci jedné úrovně je řešena problematika automatické manipulace na teplém konci výrobní linky, kdy vlivem vysoké teploty vykazuje skleněný výrobek značnou tvarovou nestabilitu v kontaktu s úchopnými prvky během manipulačního cyklu, čímž je negativním způsobem ovlivňována jakost produkce. Další úroveň řeší vybrané úlohy na studeném konci výrobní linky ve vysoce automatizované výrobě plochého skla, které je charakteristické nízkou příčnou tuhostí projevující se deformačním chováním podtlakově uchopeného přířezu skla, což způsobuje např. nežádoucí kontakty s periferiemi výrobních zařízení atd. V obou případech jsou na základě analýzy simulačních výstupů navrhována opatření vedoucí k minimalizaci deformačních polí v uchopeném výrobku. Diskutována je také bezpečnost manipulace, kdy se oproti klasickému pojetí podařilo nově definovat deformační formulaci koeficientu bezpečnosti zahrnující vliv posouvání kontaktního profilu podtlakového úchopného prvku.
S rozvojem nových technologií realizovaných ve vakuu jsou v práci koncipovány nové typy úchopných prvků na principu adheze, popř. kombinace adheze a podtlaku umožňující zvyšovat radiální únosnost, která je u standardních přísavek poměrně nízká a ovlivňována třecími poměry na rozhraní kontaktu. Je prezentován patentovaný koncept konstrukčního řešení úchopného prvku využívající nové materiály s vysokým stupněm povrchové adheze v kombinaci s aktivním kompenzátorem polohy chráněným užitným vzorem. Kromě technického řešení jsou ukázány výsledky měření dokladujících efektivitu aplikace adhezní vrstvy, jejíž chování je popsáno teoreticky v závislosti na čase, což není u klasicky řešených úloh adhezních kontaktů běžné. Mechanizmus funkce vrstvy se rovněž podařilo podrobně sledovat prostřednictvím zpracovaného počítačového modelu, který umožňuje predikovat úroveň stability kontaktu v závislosti na zatížení a době kontaktu.
Kromě úchopných hlavic je v závěru řešena problematika technologického efektoru využívající zcela nový princip matovaní založený na mechanickém ataku kompozitních vláken válcového nástroje s povrchem skla. S využitím počítačové simulace je analyzována dynamika jednotlivých vláken, což umožňuje navrhnout efektivní geometrii nástroje efektoru.
The work summarizes reached knowledges in application of computer simulation of contact tasks in a field of effector design in automatic glass production. Initially, the work theoretically analyses rheological models suitable for a description of a glass-to-elastomer contact task. This is subsequently modified and used in presented computer models. Current trends of automation in glass industry are directly connected with a progressive implementation of specific handling devices and industrial robots. This requires solving the task on two levels. The first level focuses on a problem of automatic handling at the hot end of the production line, where, due to a significantly high temperature, glass product is highly unstable in shape during the contact between gripping elements and a product. This negatively affect the quality of the product. The second level deals with chosen tasks at the cold end of the production line in highly automated production of flat glass. This kind of production is characteristic with low transverse stiffness with a significant deformational behaviour of a glass sheet held by suction cups. This frequently causes unwanted contacts with peripherals of production devices. Based on a computer simulation, there are, for both cases, suggested actions recommended to minimize deformational fields in manipulated product. Handling safety is also discussed in the work. In contrast to common approach, new definition of deformational safety coefficient was formulated. This coefficient also includes influence of deformations caused by contact profile of the vacuum gripping element. Following a development of new technologies realized in vacuum, new types of gripping elements based on adhesion, eventually a combination of adhesion and vacuum were framed. Discussed grippers allow to increase the gripping radial load which is commonly, due to unfavourable friction conditions in contact, quite low. The work presents a patented concept of a gripping element design with use of new materials with high degree of surface adhesion in combination with active position compensator. The solution is protected by an utility model. Besides the technical solution there are measurement results presented to show the efficiency of adhesive layer application. Despite common adhesion tasks, the behaviour of the adhesion layer is in this work described theoretically as time dependent. Mechanism of adhesive layer function is as well described by prepared computer model, allowing to predict the stability level of the contact with respect to a load and a time of contact. Aside from gripping heads, the work discuss a problem of glass frosting technology and presents an innovative type of effector, based on an intensive dynamic effect of composite fibre cylinder tool onto a glass surface. Dynamics of separate fibres were analysed with use of a computer simulation and the results allowed to design an effective tool geometry.
The work summarizes reached knowledges in application of computer simulation of contact tasks in a field of effector design in automatic glass production. Initially, the work theoretically analyses rheological models suitable for a description of a glass-to-elastomer contact task. This is subsequently modified and used in presented computer models. Current trends of automation in glass industry are directly connected with a progressive implementation of specific handling devices and industrial robots. This requires solving the task on two levels. The first level focuses on a problem of automatic handling at the hot end of the production line, where, due to a significantly high temperature, glass product is highly unstable in shape during the contact between gripping elements and a product. This negatively affect the quality of the product. The second level deals with chosen tasks at the cold end of the production line in highly automated production of flat glass. This kind of production is characteristic with low transverse stiffness with a significant deformational behaviour of a glass sheet held by suction cups. This frequently causes unwanted contacts with peripherals of production devices. Based on a computer simulation, there are, for both cases, suggested actions recommended to minimize deformational fields in manipulated product. Handling safety is also discussed in the work. In contrast to common approach, new definition of deformational safety coefficient was formulated. This coefficient also includes influence of deformations caused by contact profile of the vacuum gripping element. Following a development of new technologies realized in vacuum, new types of gripping elements based on adhesion, eventually a combination of adhesion and vacuum were framed. Discussed grippers allow to increase the gripping radial load which is commonly, due to unfavourable friction conditions in contact, quite low. The work presents a patented concept of a gripping element design with use of new materials with high degree of surface adhesion in combination with active position compensator. The solution is protected by an utility model. Besides the technical solution there are measurement results presented to show the efficiency of adhesive layer application. Despite common adhesion tasks, the behaviour of the adhesion layer is in this work described theoretically as time dependent. Mechanism of adhesive layer function is as well described by prepared computer model, allowing to predict the stability level of the contact with respect to a load and a time of contact. Aside from gripping heads, the work discuss a problem of glass frosting technology and presents an innovative type of effector, based on an intensive dynamic effect of composite fibre cylinder tool onto a glass surface. Dynamics of separate fibres were analysed with use of a computer simulation and the results allowed to design an effective tool geometry.
Description
Subject(s)
Počítačové modelování, kontaktní úlohy, výroba a zpracování skla, automatická manipulace, robotika, speciální efektory, úchopné hlavice, výrobky ze skla, adheze, vakuum, Computer simulation, contact tasks, glass production and processing, automatic handling, robotics, special effectors, gripping heads, glass products, adhesion, vacuum