Metrology Frame for Robotic Machining of Pockets in Large Flexible Panels

This thesis presents a new technology for the robotic machining of pockets in large and flexible panels. No relevant research papers were found in the literature but a number of patents are reviewed providing some basic for a conceptual design. In particular, it appears essential to support the panel where machining forces are applied. In order to achieve this goal, a C-frame is proposed. By applying FEA all of the displacements and stresses throughout the structure are evaluated. This reveals that due to machining forces, the two arms of the proposed C-frame deflect in opposite direction resulting in a significant opening of the C-frame. In order to measure this excessive deflection, a metrology frame is designed where a laser beam passes through optical elements and reaches a photodetector. The position of the laser spot on the photodetector surface specifies the momentary distance between the two arms of the C-frame. Any deflection due to machining force affects this distance and therefore will be sensed by the photodiode in order to be compensated. A small version of the C-frame is built from wood to assess the effectiveness of the optical metrology frame. Results indicate that the deflection can be measured with a repeatability of ±0.1 and precision of ±0.0884 .

Résumé

Cette recherche présente une nouvelle technologie pour l'usinage robotisé de poches dans les grands panneaux flexibles. Pas d'articles pertinents ont été trouvés dans la littérature, mais un certain nombre de brevets examinés fournis certains des idées de base pour la conception. En particulier, il apparaît essentiel de soutenir le panneau où les forces d'usinage sont appliquées. Pour atteindre cet objectif, un cadre en C est proposé. En appliquant la méthode des éléments finis (MEF) tous les déplacements et les contraintes dans toute la structure sont évalués. Cela révèle que dû à l'effet des forces d'usinage, les deux branches de l'extrémité du cadre en C proposé dévient en sens inverse entraînant une ouverture importante du cadre en C. Pour mesurer cette déviation excessive, un cadre métrologique est conçu où un faisceau laser passe à travers les éléments optiques et atteint un photodétecteur. La position de la tache laser sur la surface du photodétecteur spécifie la distance momentanée entre les deux branches de l'extrémité du cadre en C. Toute déviation due à la force d'usinage affecte cette distance et sera donc détectée par la photodiode afin d'être compensée. Un prototype en bois du cadre en C est construit pour évaluer l'efficacité du cadre de métrologie optique. Les résultats indiquent que la déviation peut être mesurée avec une répétabilité de ± 0,1 mm et une exactitude de ± 0,0884 mm.