Od automatizace po 3D tisk: Oddělení hardware a senzoriky

Oddělení hardware a senzoriky zahájilo na začátku roku projekt ve spolupráci s Fraunhofer institutem. Zaměřuje se na vývoj senzorů pro kontrolu kvality tisku rozměrných 3D struktur. Pojďme se ale společně s tímto projektem podívat i na předešlé významné projekty oddělení. Vyzpovídali jsme vedoucího Tomáše Martince.

Propojení rozměrného 3D tisku a umělé inteligence

Nejnovější projekt, na kterém v současnosti oddělení pracuje, je adaptivní vícesměrová aditivní výroba založená na umělé inteligenci. Jedná se o vývoj pokročilých senzorů založených na AI pro 3D tisk velkorozměrových objektů. Motivací je, že zákazníci, jako jsou třeba automobilky či letecké společnosti, hledají efektivnější metody výroby prototypů. Dříve bylo nutné frézovat celé hliníkové bloky, což bylo nejen nákladné, ale také extrémně nehospodárné. 3D tisk nejenže snižuje náklady, ale umožňuje i recyklaci materiálu, takže po vytisknutí a testování lze prototyp rozemlít a materiál znovu použít.

„Díky spolupráci s Fraunhofer institutem máme k dispozici extrudéry, neboli tisknoucí hlavy, které umožňují tisknout z granulovaných materiálů místo tradičních filamentů,“ uvádí Tomáš Martinec a dodává, že tento přístup umožňuje míchání různých materiálů a doba výroby je výrazně kratší. „Při tisku se ale může vyskytnout chyba, kterou nemusíme včas detekovat, protože proces přesného velkoformátového 3D tisku trvá desítky hodin až celé dny. Role CXI TUL v tomto projektu je právě v průběžné kontrole tisku,“ vysvětluje Tomáš Martinec.

"Pracujeme na vylepšení senzorických systémů, které umožní automatickou korekci chyb při tisku. Data ze senzorů budou analyzována pomocí umělé inteligence. Tento úkol zajišťuje Laboratoř modelování procesů a AI na CXI TUL. Spolu s řešitelem projektu, firmou Entry, plánujeme tuto metodu implementovat přímo do výroby. I na německé straně se plánuje začlenění do reálného provozu," specifikuje projekt Tomáš Martinec.

Historie oddělení od vzniku CXI TUL

Projekt propojení 3D tisku a umělé inteligence právě probíhá. Jaká je ale historie oddělení hardwaru a senzoriky od doby vzniku CXI TUL?  „Oddělení se dnes dělí na dvě klíčové oblasti, průmyslovou automatizaci a měření. Historicky jsme začínali jako součást Katedry softwarového inženýrství na Fakultě mechatroniky, kde se vyvíjel hlavně software, ale současně vznikaly i hardwarové projekty,“ přibližuje Tomáš Martinec a dodává, že s přesunem na současné pracoviště se k tomu přidala také robotika. Dnes experti z oddělení spolupracují na široké škále projektů, od měření proudění vody nebo vzduchu laserem, kterou řeší tým z Laboratoře fyzikálních měření, až po vývoj průmyslových senzorických systémů. Tomáš Martinec na vybrané projekty zavzpomínal.

Od umělých kůží po roboty

„Jedním z našich významných průmyslových partnerů byla společnost Magna, kde jsme se podíleli na velkém projektu výroby umělých kůží technologií Slush Moulding pro palubní desky automobilů,“ vzpomíná Tomáš Martinec na svůj srdcový projekt. Byla to totiž náplň jeho dizertace. Technologie Slush Moulding je extrémně citlivá na řízení teplot, protože průběh teplot na povrchu formy během cyklu ovlivňuje vlastnosti a kvalitu výsledné umělé kůže. Řešení spočívalo v přesném řízení teploty a navržení efektivního systému termočlánků, které umožnily optimální rozložení tepla.

„Nešlo však jen o řízení teploty. Bylo to komplexní řešení všech senzorů, včetně hardware měřících modulů. Podíleli jsme se také na vývoji softwaru, který umožnil precizní monitorování a řízení procesu. V Rusku jsme dokonce v roce 2013 pomáhali s rozběhnutím celé linky v Nižném Novgorodu, což byla nejen technologická, ale i kulturní zkušenost. Proč? Sháněli jsme například pistoli na vzduch. Místní nám poradili zajet ne do prodejny nářadí, ale na bleší trh. Pořídili jsme a není divu. Prý se tam dá koupit i kulomet,“ konstatuje se smíchem Tomáš.

Roboti přesní jako hodinky

Dalším zajímavým projektem byla robotická montážní linka na autoskla. "Pracovali jsme na projektu pro firmu Sklopan, kde jsme vyvíjeli automatizovaný systém pro instalaci zpětných zrcátek na čelní skla. Linka byla vybavena roboty Fanuc, kteří využívali 2D a 3D kamerové systémy k přesné manipulaci se skly. Cílem bylo zajistit, aby každý díl byl identický, což u ruční práce nebylo možné garantovat," říká Tomáš Martinec o projektu, jehož výsledkem byl plně automatizovaný proces, který splňoval přísné normy exkluzivních automobilek.

Senzory, co vidí i za roh

„Další oblastí, ve které jsme se realizovali, byla kontrola papírových vzduchových filtrů pro těžkou techniku. Filtry musí splňovat přísné normy. Zákazník požadoval ověřit, že žádná z děr v materiálu není větší než povolený limit. Tradičně tento proces zajišťovali operátoři vizuální kontrolou proti silnému světlu,“ vzpomíná Tomáš. Dodává, že to byl projekt, ve kterém navrhli kompletní řešení implementace systému do linky. Vytvořili kamerovou aplikaci, která filtr snímala a pomocí pokročilého algoritmu hledala abnormality v materiálu, a která byla napojená na výrobní linku.

Roboteam

„A pak je tu unikátní technologie ovíjení, kterou jsme navrhli a laboratorně ověřili. Technologie ovíjení se používá pro výrobu dílů třeba do aut či letadle, ale je možné takto vyrábět třeba i lopatky pro větrné elektrárny. Na počátku je lehké jádro, které samo o sobě nic nevydrží. Když ho ale ovineme speciálními vlákny pod různými úhly, a zalijeme polymerem (tzv. matricí), dá se použít například jako výztuha pátých dveří pro auta, které musí splnit crash testy, nebo jako lehká výztuha okna vrtulníku,“ popisuje Tomáš. Klíčovým prvkem experimentů byly roboty KUKA, kteří pracují v konfiguraci Roboteam a dokáží synchronizovat pohyby. Čtyři takové roboty lze nalézt v laboratoři na CXI, díky čemuž je možné pro zákazníky a partnery ověřovat i velmi komplexní úlohy před jejich nasazením v průmyslu.

„Na našem oddělení možná netvoříme vědu do časopisu Science, ale děláme něco, co má okamžitý dopad. Přinášíme chytrá řešení přímo do výroby. Vyvíjíme senzory, pohony a programovatelné čipy, které posouvají automatizaci na novou úroveň. Díky nim je výroba rychlejší, přesnější a chytřejší,“ uzavírá Tomáš Martinec, jehož inovace posouvá automatizaci na další úroveň.

 Na obrázku je Tomáš Martinec s dílem, který vznikl technologií ovíjení.