Robots volledig zelfstandig vliegtuigrompen of turbinebladen laten produceren. Dat is één van de uitdagingen die SAM|XL zich gesteld heeft – die alleen haalbaar zijn met een multidisciplinaire en toepassingsgerichte aanpak. Vandaar dat het in het nog jonge onderzoekscentrum op de Delftse universiteitscampus normaal gesproken een drukke bedoening is. Zonder covid-19 zouden daar nu fundamenteel researchers en studenten van de TUD nauw samenwerken met ontwerpers en engineers van tal van commerciële bedrijven aan het automatiseren van de productie van grote, lichtgewicht structuren.
SAM|XL, jonge spil in onderzoek naar geautomatiseerd produceren van lichtgewicht vormen
- In het NDT-project (Non Destructive Testing) werken publieke en private partijen samen.
- ‘Wij staan klaar voor álle bedrijven die producten maken in lage volumes en hoge variaties.’
- ‘De software, algoritmes en IP die wij ontwikkelen, zijn voor de betrokken partners en partijen.’
- ‘Wij zoeken naar manieren waarop die robot zichzelf kan programmeren.’
- ‘Steeds meer mensen zien in dat gewichtsbesparing cruciaal is in de energietransitie’
De aerospace produceert vliegtuigonderdelen vanzelfsprekend graag zo efficiënt mogelijk. Met mensen, vanwege hun flexibele inzetbaarheid, en met machines, want die zijn krachtig en kunnen heel nauwkeurig en repeterend werken. Ook kunnen ze over elke handeling die ze verrichten data genereren, zodat achteraf precies is na te gaan of het onderdeel exact volgens de specificatie is gemaakt. Nog beter is het als ze die check al tijdens de productie doen. Neem vliegtuigrompen: die zijn groot en klantspecifiek en worden als one offs of hooguit in kleine series geproduceerd. Dat maakt ze kostbaar, al helemaal als haarscheurtjes of een zwakke verbinding pas aan het einde van het proces – of erger: nóg later – geconstateerd worden. Dus doen ze bij SAM|XL (Smart Advanced Manufacturing) onderzoek aan gerobotiseerd, ultrasonisch non destructive testing (NDT) tijdens het productieproces.
Kjelt van Rijswijk
Veel uitdagingen
Nee, met geluid in lagen kijken en zo testen is niets nieuws, erkent Kjelt van Rijswijk. Maar dat gerobotiseerd doen om de kwaliteit van het werk gaande het proces te checken, is dat wel. Van Rijswijk is ceo van het onderzoekscentrum op de campus van de TU Delft, dat zich focust op het ontwikkelen van slimme, geautomatiseerde productiemethoden van lichtgewicht structuren voor vooral de vliegtuig- en scheepsbouw. ‘Zou het een plat vlak betreffen, dan kun je daar met een XY-scanner vrij gemakkelijk overheen gaan. Maar vliegtuigonderdelen hebben aerodynamische, ronde vormen die nooit helemaal exact op een vooraf gedefinieerde plaats liggen. De robot moet dus in staat zijn het te controleren object zelfstandig te traceren en vervolgens te controleren. Daarbij moet het systeem het onderscheid kunnen maken tussen ‘goed’, ‘twijfelachtig’ en ‘fout’. Nog mooier is het als hij de plaatsen waar fouten zitten of kunnen zitten, kan koppelen aan de CAD-file. Want dan kan hij, voor een second opinion, alleen díe plekken nogmaals controleren en daar gedetailleerde hoge-resolutie opnames van maken. Nóg optimaler zou zijn als hij fouten kan typeren als ‘niet acceptabel’ en een andere robot opdracht kan geven deze meteen te herstellen, voordat hij verdergaat met de productie.’
Typisch multidisciplinair
Duidelijk is dat het veelzijdige probleem dat Van Rijswijk schetst van het multidisciplinaire type is. Ultrasonic NDT is dan ook een werkveld waarin SAM|XL niet alleen zit. Zelf brengt het expertise van robotica in, TNO van de benodigde sensoriek en de TUD-faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek biedt praktische inzichten in het beoordelen van de inspectiedata, om een onderscheid te kunnen maken tussen ‘goed’ en ‘fout’. ‘Gezamenlijk bouwen deze kennisinstellingen een toolbox op, die betrokken bedrijven kunnen toepassen om specifieke inspectie-uitdagingen op te lossen.’ Voorts participeren de RoboAcademy en TiaT Europe, instellingen die binnen SAM|XL trainingen gaan organiseren voor ingenieurs en inspecteurs die de gerobotiseerde inspectietechnologie gaan implementeren. ‘Want uiteindelijk zullen het nooit de NDT-robots zijn die beslissen over goed of fout, dat gebeurt door stevig opgeleide en gecertificeerde mensen van vlees en bloed’, duidt Van Rijswijk.
‘Alleen die projecten die de bedrijven helpen om zich uit de huidige crisis te innoveren gaan door.’
In het NDT-project werken dus publieke en private partijen samen, en dat geldt voor alle projecten die SAM|XL draait. Soms hebben ze een meer fundamenteel karakter, bijvoorbeeld als TU-faculteiten onderzoek doen en commerciële partners zich beperken tot het inbrengen van de vaardigheid in het bedienen van robots. Vaker is de doelstelling meer toegepast, bijvoorbeeld om voor en samen met bedrijven als Airbus of GKN Aerospace (voorheen Fokker) een automatiseringsvraagstuk op te lossen.
Vooral software
Automatisering die in deze high mix low volume-sector typisch plaatsvindt met robots. De werkvloer van SAM|XL staat er dan ook vol mee. Van zowat elk denkbaar merk, van ABB en Kuka tot en met Fanuc, technology partners van SAM|XL. ‘In ons onderzoekscentrum ontwikkelen we vooral software voor bovenop de besturingssoftware van hun robots. Wij bouwen vaak een eigen intelligente laag, zodat we met de robot die dingen kunnen laten doen die voor het onderzoek van belang zijn. Een robot is af-fabriek vrijwel altijd geprogrammeerd om te picken en placen. Terwijl het ons juist gaat om de route die de robotarm aflegt om een vezel juist in een mal te plaatsen of een las te maken.’
De software, de algoritmes en de daarin besloten IP die gedurende het onderzoek ontwikkeld worden, zijn voor de betrokken partners en partijen. ‘Onze software is open voor onze partners. Wij zijn er niet om met licenties ons geld te verdienen. Wij genereren inkomsten via een pay-per-use verhuurmodel voor onze machines en experts. Voorafgaand aan elk project maken we duidelijke afspraken over wie welk IP inbrengt en wie de gegenereerde IP mag gebruiken voor commerciële doeleinden. Wij zijn er om hoogwaardige kennis van geavanceerde, geautomatiseerde productiesystemen te genereren en toepasbaar te maken in de Europese maakindustrie, om zo de concurrentiepositie van die sector te versterken. En dan heb ik het niet alleen over de aerospace. Wij staan klaar voor álle bedrijven die producten maken in lage volumes en hoge variaties. Juist die hebben we hier veel. Een deel van onze activiteiten richt zich dan ook op gerobotiseerd schuren, boren, schroeven en lijmen voor het mkb.’
Multidisciplinair én toepassingsgericht
Het onderzoeksterrein van SAM|XL is dus multidisciplinair én toepassingsgericht. ‘Het gaat vrijwel steeds om de productieautomatisering van klantspecifieke, grote producten die in lage volumes gemaakt worden en zo licht mogelijk van gewicht moeten zijn. Een windturbineblad, bijvoorbeeld, wil je het liefst zo lang mogelijk maken en tegelijk zó licht dat de bevestiging aan de naaf hem kan dragen. Daarbij zijn de tolerantie-eisen hoog: sub-millimeter in de aerospace, sub-centimeter in de scheepsbouw. Die onderdelen kunnen robots produceren en controleren, maar omdat het vrijwel steeds om zeer kleine aantallen gaat wil je die niet handmatig programmeren. Dus zoeken wij naar manieren waarop die robot zichzelf kan programmeren, zodanig dat die zelf het CAD-model in een besturingsfile kan vertalen. Of door een augmented reality-applicatie te ontwikkelen zodat de operator kan volstaan met het bepalen van de volgorde van de activiteiten, waarna de robot zelf het werk scant en herkent en aan de slag gaat met het plaatsen van een vezel of een las.’ En, nog mooier, waarna die robot zelf de fouten die hij maakt met NDT herkent en actie onderneemt.
Binnen én buiten de TUD
‘Voor dit soort onderzoekswerk heb je dus niet genoeg aan kennis van robotica; ook kennis van automatisering, control- en besturingstechnologie en materiaalkunde is vereist. En je kunt niet volstaan met fundamentele inzichten, maar hebt ook de technische kennis nodig vanuit de praktijk, van de commerciële randvoorwaarden die de markt stelt en de behoeften die er leven. Vandaar dat SAM|XL gelieerd is aan de TUD, maar als zelfstandige stichting wel de vrijheid heeft om haar eigen strategie te bepalen, los van de langjarige onderwijs- en onderzoekstrategie van het universiteitsbestuur. Is aan de universiteit het ontwikkelen van roboticakennis een doel op zich, bij ons is het een krachtig middel om een praktisch doel te bereiken. Kan het zonder robots, dan doen we het zonder.’
Alles wat beweegt
Zoals gesteld: SAM|XL stelt zich breed op, al zijn de aerospace en maritieme sector kernmarkten. Twee sectoren die bij uitstek geraakt zijn door de coronacrisis. ‘Aan ‘nice to have’-onderzoek is door corona een einde gekomen. Alleen die projecten die de bedrijven helpen om zich uit de crisis te innoveren, gaan door. Maar wel in een hogere versnelling. Het aantal actieve projecten is dan wat achteruitgegaan, de relevantie en snelheid van de lopende projecten is juist toegenomen, voor en met bedrijven in steeds meer sectoren. Bij steeds meer mensen valt het kwartje: ze zien in dat gewichtsbesparing cruciaal is in de energietransitie. Minder gewicht betekent voor alles wat beweegt een lager energieverbruik en dus ook minder emissies. Daar dragen we hier aan bij.’
Van Rijswijk geeft een korte rondleiding over de werkvloer vol ‘gekooide’ robots. ‘Wij zijn ruim tweeënhalf jaar geleden gestart, maar nog maar anderhalf jaar terug werd het huidige onderkomen betrokken en pas een jaar geleden zijn de eerste robots afgeleverd. Door corona konden de laatste installatiewerkzaamheden pas deze zomer gedaan worden, onder meer van een grote gantry-robot voor het assembleren van rompdelen. Het softwareteam kan nu echt aan de slag.’
Blijf op de hoogte van nieuws uit de industrie, Lees Link magazine digitaal of vraag een exemplaar aan info@linkmagazine.nl
SAM|XL: goed vernetwerkt en geoutilleerd
SAM|XL is in februari 2018 als stichting opgericht door de TU Delft, met GKN-Fokker Aerostructures (het huidige GKN Aerospace), Airbus Defence and Space Netherlands, TNO, KVE Composites, GTM Advanced Structures, Suzlon en Airborne als initiërende partners. Het is één van de Zuid-Hollandse fieldlabs binnen Smart Manufacturing Industriële Toepassing Zuid-Holland (SMITZH) en is onderdeel van het landelijke Smart Industry-programma. SAM|XL heeft negen mensen op de loonlijst. In het bestuur zijn zowel de TU Delft als het bedrijfsleven vertegenwoordigd. De initiële financiering komt van de TU Delft, de provincie Zuid-Holland, de gemeente Den Haag en het Europese Fonds voor Regionale Ontwikkeling. Voorts is er per project financiering van de betrokken partners. Het centrum beschikt over automatiseringscellen voor lay-up, maakprocessen met mobiele robots als composietwikkelen, composiet tape-layen, schuren en coaten van oppervlakken, composietlassen, boren, non-destructieve inspectie en het doen van meetwerk. De faciliteiten staan opgesteld in een pand van 2.000 vierkante meter op de campus van de TUD en staan ter beschikking voor onderwijs -en onderzoekactiviteiten aan alle partijen die zich als partner aansluiten.
Events bij SAM|XL
– Van 10-12 november 2020 organiseren RoboAcademy en TiaT Europe de cursus Robotics & NDT op SAM|XL.
– Op 17 maart 2021 organiseert de Netherlands Aerospace Group (NAG) de Dutch Aviation NDT Day op SAM|XL.
