Fraunhofer IFAM повышает эффективность автоматизированной предварительной сборки рамов фюзеляжа из УПВ

Автоматизация — одна из важнейших стратегий повышения эффективности производства. В проекте «Impulse» — финансируемом Федеральным министерством экономики и энергетики Германии (BMWi) — и подпроекте «Tempo» («Технологии эффективной сборки и производства компонентов фюзеляжа из УПВ») разработан новый позиционирующий и сверлящий концевой эффектор.

Этот эффектор автоматизирует предварительную сборку устоек (cleats) на интегральных рамах из УПВ для производства фюзеляжей самолетов. Предыдущее ручное производство также требовало больше технологических шагов. Альтернативно компактный эффектор может устанавливаться на стандартных промышленных роботах. Это позволяет увеличивать темпы производства с постоянным качеством и по более низкой стоимости.

Разработано партнерами Airbus Hamburg (Германия) и Fraunhofer IFAM (Штаде), эти решения автоматизации уже провалидированы в близко к серийной среде на полномасштабном прототипе. Проект успешно завершен в 2020 году.

Предварительная сборка рам из УПВ

Рамы — поперечные устоечные элементы фюзеляжа. Использование УПВ и инновационная интегральная конструкция фюзеляжей в Airbus A350 экономит вес и производственные шаги. Дополнительные устоечные элементы (cleats) нужны для предотвращения бокового изгиба рамы. Ребра — длиной до 6 метров — все геометрически отличаются друг от друга, поэтому для ручной оснащения компонентов устойками с допусками до 0,2 мм требовался бы специальный шаблон для каждого ребра. Эти шаблоны дороги и сложны в использовании. Кроме того, ручная подача устоек и предварительная сборка требуют больших допусков. Обширные замеры на соединенных деталях для точного позиционирования также были бы необходимы.

«Проект Tempo поставил перед нами задачу автоматизировать шаги процесса так, чтобы и длительность, и сложность процесса снижались», — объясняет Леандер Брискорн, менеджер проекта Fraunhofer IFAM. «Устойки должны автоматически подхватываться и подаваться на раму. Для заклепки рамы и устойки вместе нужно было просверлить обе детали. Мы достигли этого, оснащая раму устойками с помощью нашего нового высокоточного концевого эффектора. Кроме того, рама была установлена на обшивку фюзеляжа без зазоров в нашем близко к серийном сборочном цехе фюзеляжей в Штаде».

Позиционирующий и сверлящий концевой эффектор для автоматизированной, высокоточной и качественно обеспеченной предварительной сборки интегральных рам из УПВ

Разработанный позиционирующий и сверлящий концевой эффектор выполняет задачи приема разных устоек, их позиционирования на разных интегральных рамах и одновременного сверления обеих деталей. Компактный эффектор может устанавливаться как на портальную систему, так и на стандартных промышленных роботах. Портальная система выбрана для большей точности позиционирования. Интегральная рама натянута на стойки под порталом и может ориентироваться в пространстве с помощью нескольких механических регулировок. Эффектор имеет симметричный держатель, с которым он может захватывать устойки разных ориентаций и зажимать их. Используя пружинно-амортизированные механические упоры, он подходит к соответствующим позициям соединения с локальной точностью. Пока устойка укладывается на поверхность интегральной рамы сверху и обе детали зажимаются встроенным механизмом, сверление выполняется с тыльной стороны рамы, чтобы предотвратить растрепывание УПВ. Система отбора улавливает сверловую пыль. После сверления позиции устоек на раме фиксируются. Устойки затем можно заклепать к раме.

Эффектор управляется системой ПЛК и получает глобальные позиционные данные из импортированных CAD-данных компонентов. Новая сборочная ситуация адаптируется через быстрый предварительный замер лазерным трекером. Инновационная технология обеспечивает надежный процесс и высокую точность позиционирования. За исключением нажатия кнопки пуска на пульте, всё остальное работает автоматически. Специально разработанный удобный интерфейс оператора с самопонятными изображениями для облегчения ввода позволяет даже неопытным сотрудникам быстро освоить управление системой.

Сделав соответствующие модификации в захвате устойки, эффектор может также монтировать геометрически немного отличающиеся типы устоек и позиционировать их точно на разных типах интегральных рам. Точность автоматизированной укладки составляет ±0,1 мм и превышает требования по точности на 200%.

Интегрированная в позиционирующий и сверлящий концевой эффектор измерительная техника точно документирует требуемое контактное давление 200 Ньютонов и многие другие параметры для контроля оптимальных условий предварительной сборки устоек на интегральной раме. Это гарантирует онлайн-обеспечение качества.

Дальнейшие НИОКР в подпроекте «Tempo»

Интегральная рама, оснащенная устойками, была установлена на обшивку фюзеляжа в близко к серийной системе сборки фюзеляжей в подпроекте «Tempo» в техническом центре Fraunhofer IFAM в Штаде. Замер зазоров между интегральной рамой и обшивкой фюзеляжа показал, что все они меньше 0,3 мм, что делает дополнительное заполнение зазоров ненужным.

Концевой эффектор, разработанный для предварительной сборки, позиционирования и сверления рам, также может использоваться для сборки компонентов в других отраслях — ветроэнергетике, ж/д rolling stock, коммерческом транспорте, автопроме или судостроении — путем адаптации системы монтажа.

После трех с половиной лет исследовательский проект «Impuls» («Инновативные, среднесрочно реализуемые и экономичные решения для компонентов фюзеляжа из УПВ»), финансируемый BMWi, завершился в 2020 году, включая подпроект «Tempo»; номер финансирования BMWi: 20W1526F. Fraunhofer IFAM благодарит BMWi за предоставленное финансирование.