Automatisert måling og sliping av propellblad

In the recently completed ASaP project, we have delved into advanced manufacturing technology, particularly focused on the robotic grinding of cast propeller blades. Grinding is a challenging production process where it is difficult to predict how much material will be removed from the product in advance. Usually, the cast propeller blades to be processed have a very advanced and uneven geometry, which makes conventional methods for planning tool movements and controlling industrial robots unfavourable. We have researched and further developed advanced optical sensor systems to measure reflective propeller blade surfaces accurately, which has enabled the robots to assess how much material has been removed and how much grinding remains to achieve the desired shape. A significant challenge has been to separate the actual blade surface from reflections and noise in the measurements, especially since the grinding process makes the surface increasingly shiny and more reflective. In the project, we have implemented advanced triangulation methods that have allowed precise estimation of the propeller blade geometry, even from noisy and incomplete measurements. Another significant challenge has been to efficiently and accurately measure large components with complex geometries using robotic systems designed for heavy-duty grinding tasks. In the ASaP project, promising results have been achieved on laser and camera-based measurement of the products' surfaces and on combining the sensor systems with industrial robots that are powerful enough for the grinding job. To achieve the most efficient grinding process possible, we have developed a method for the robot to estimate and predict how much material is removed at any given time. The approach considers the choice of grinding tool, grinding speeds and contact forces between the grinding tool and the product's surface. This enables the robots to grind propeller blades to the desired shape without detailed and time-consuming programming by operators. In the wake of the ASaP project, we have laid the foundations for a new era in propeller blade production. Our results have increased the efficiency and precision of the process, and we believe that technological advances achieved through the ASaP project can help shape the future of robotic grinding at a national and international level. The ASaP project has demonstrated how science, technology and collaboration can lead to significant changes in industrial production, with positive effects for both the working environment and the society.

Forbedret arbeidsmiljø: ASaP-prosjektet har resultert i en prosessinnovasjon som fører til redusert behov for manuell sliping, som er en tung og belastende jobb for operatørene, spesielt på grunn av kombinasjonen av tunge verktøy og vibrasjoner fra slipeprosessen. Implementering av resultatene anses å gjøre arbeidsoppgavene mer attraktive, som i større grad vil gå over til overvåking av maskineri og bruk av moderne verktøy. Dette anses som viktig for å kunne opprettholde rekruttering av fagfolk, samt i større grad tilgjengeliggjøre arbeidet for større grupper av arbeidstakere. Redusert CO2-Utslipp: Økt produksjon av propellblad i Norge, som har en grønnere energimiks i støpeprosessen, har potensiale til å betydelig redusere CO2-utslippene fra produksjonsprosessen. Styrket internasjonalt samarbeid: Prosjektets resultater og løsninger er nyskapende, og har allerede ført til økt interesse fra store internasjonale aktører i bransjen. Prosjektet har åpnet dører for tverrfaglig og internasjonalt utviklings- og forskningssamarbeid, noe som kan føre til ytterligere innovasjon og kunnskapsdeling.

Ved moderne skipskonstruksjon er utforming av propellenes geometri et viktig aspekt. Propellen optimaliseres for å få best mulig ytelse på skipet den skal monteres på, hvilket betyr at hver enkelt propell er enestående "engineer-to-order"-produkt. Det første steget i produksjonen av propellbladet er støping av blademnet. På grunn av at hver enkelt propell er ulik, og at det er utfordrende å forutse hvordan krymp vil påvirke propellbladets endelige form etter støping, har propellblad tradisjonelt sett blitt støpt med store overmål (typisk 5-8 mm). Dette overmålet vil deretter maskineres bort, i en kostnads- og tidskrevende prosess, før bladet slipes for å bli glatt. Målsetningen i Asap er å realisere robotisert sliping av propellblad direkte etter støping. Forutsetningen for at dette skal fungere er at blad støpes med lite overmål, hvilket allerede er realisert av Oshaug Metall. For å lykkes med dette må det forskes på metodikk for geometrisk oppmåling av propellblad med industriell robot, og metodikk for generering og eksekvering av robotiserte slipebaner. Metodikken vil ta utgangspunkt i standardiserte krav til modellens geometri, og dermed være i stand til å planlegge oppmålings- og slipeprosessen uten behov for programmeringsarbeid gjennomført av operatører. Innovasjonen er planlagt implementert i en prototypecelle hos bedriften, som vil benyttes til evaluering av prosessens kapabilitet gjennom utprøving på flere fullskala propellblad. En vellykket industrialisering av forskningsresultatene forventes å lede til vesentlige kostnadsbesparelser hos bedriften, redusert behov for manuell sliping, og redusert materialforbruk ved propellproduksjon. Spesielt det reduserte behovet for manuell sliping er sentral, da dette er et fysisk meget belastende arbeide for operatøren.