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Neuartiger Werkzeugsatz mit Laserverfolgung reduziert Fehler bei der Montage großer Prototypen

Das Positionieren und Nutzen der „Werkzeuge“, mit denen die großen Prototypen von Luft- und Raumfahrtstrukturen zusammengesetzt werden, ist ein Kunststück für sich. Mit einem neuartigen laserintegrierten robotergestützten Werkzeugsystem sollen Zeit und Kosten eingespart und gleichzeitig die Genauigkeit durch die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter erhöht werden.

Industrielle Technologien

Wie bei vielen anderen Produkten umfasst die Konstruktion und Herstellung von Flugzeugen eine Prototypenphase, in der Komponenten gebaut und montiert werden müssen, um Tests unter realitätsnahen Bedingungen durchzuführen. Im Gegensatz zu den meisten anderen Produkten sind die Komponenten, die in den endgültigen Prototyp eingebaut werden sollen, jedoch riesig – wir sprechen hier von Größenordnungen von etwa 3 m x 8 m. Man kann sie also nicht so einfach auf einer Werkbank auslegen und direkt mit Schraubendreher und Bohrer loslegen. Unter dem im Rahmen der gemeinsamen Technologieinitiative der EU Clean Sky 2 geförderten Projekt WINBOXTOOL wird nun eine komplette Maschinen- und additive Fertigungstechnik zur Reduzierung des Zeit- und Kostenaufwands sowie zur Verbesserung der Modularität entwickelt, die mit der Montage und dem Transport des formverändernden Winglets und der multifunktionalen Außenklappen des optimierten Flügelkastens der nächsten Generation verbunden ist. Diese Technik wird ebenso auf andere große Strukturen wie Windkraftanlagen oder Züge angewendet werden können.

Roboterzelle trifft mit Laserverfolgung ins Schwarze

Der Begriff „Werkzeugausstattung“ bezieht sich auf die zur Herstellung eines Produkts erforderlichen Fertigungskomponenten und -maschinen, wie beispielsweise Schneidwerkzeuge, Matrizen, Vorrichtungen und Gießformen. Die Leistung der jeweiligen Ausstattung ist dabei entscheidend für die Qualität und Akzeptanz des Endprodukts. Projektkoordinator José Antonio Dieste erklärt: „WINBOXTOOL hat eine komplette Roboterzelle konzipiert, die dank Laserverfolgung und Echtzeit-Korrekturalgorithmen in der Lage ist, jedes beliebige Werkzeug mit sehr hoher Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Flexibilität zu halten und zu positionieren. Die neuartigen Werkzeugkonzepte und die hochpräzise Montage mit Roboterwerkzeugen minimieren dabei den Aufwand an Kosten und Zeit.“ Sowohl in der Roboterzelle als auch auf der Oberfläche des Prototyp-Werkzeugsatzes werden Reflektoren dazu verwendet, manuelle Aufgaben zu automatisieren sowie große Komponenten während des gesamten Prozesses zu verfolgen und Fehler zu korrigieren. Im ersten Fall „trainiert“ eine Bedienperson das Robotersystem, indem der Einsatz von mit Positionssensoren ausgestatteten Werkzeugen simuliert wird. Das Lasersystem verfolgt das Werkzeug und die gespeicherten Daten erleichtern die Entwicklung von Bewegungsbahnen und Echtzeit-Korrekturalgorithmen, sodass der Roboter die ehemals manuelle Arbeit übernehmen und mit hoher Genauigkeit ausführen kann. Im letzteren Fall ermöglicht die permanente Nachverfolgung bei der Montage mittlerer und großer Teile die Erstellung und Verwendung eines computergestützten Entwurfs der Werkzeuggruppe für die Prototypenfertigung und die Herstellung des Montagewerkzeugs. Schließlich gewährleistet die neuartige komplette Robotermaschine das Halten und Positionieren eines beliebigen Werkzeugs. Alle zu montierenden Werkzeuge verfügen über einen Stecker, nur der Flansch der Roboterzelle ist mit einer Buchse ausgestattet. Dieste führt weiter aus: „Das hochpräzise Werkzeugwechselsystem ermöglicht die Montage jeder Art von Gerät auf dem Werkzeugmittelpunkt des Roboters sowie das Halten eines Bohrers oder Schweißbrenners. Die Position des Werkzeugmittelpunkts auf einem Werkstück kann mit einer Fehlertoleranz von weniger als 50 Mikrometern und weniger als 100 Mikrometern selbst bei hohen Fräs- und Schneidkräften bestimmt werden.“

Tragflächen sind erst der Anfang

Dieste fasst zusammen: „WINBOXTOOL stützt sich auf die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter und bietet eine erschwingliche Lösung für die vielseitige, präzise und kostengünstige Montage und den Transport großer Teile. Neben der bereits bestehenden Relevanz des Projekts für die Luft- und Raumfahrt und den Verteidigungssektor wird durch diese Lösung auch ein Weg für die Anwendung in Branchen wie Automobil und Eisenbahn, Bauwesen sowie Energie und Infrastruktur eröffnet.“ Die Reduzierung des Zeit- und Kostenaufwands für Projekte in diesen Sektoren wird sowohl den Herstellern als auch den Bürgerinnen und Bürgern der EU zugutekommen, wodurch mehr Geld für andere Projekte zur Verfügung steht und wertvolle Produkte schneller verfügbar werden.

Schlüsselbegriffe

WINBOXTOOL, Werkzeug, Montage, Roboter, Werkzeugausstattung, Genauigkeit, Laser, Fertigung, Prototyp, Luft- und Raumfahrt, Flansch, Bewegungsbahnen, Sensor, formveränderndes Winglet, Flügelkasten, Werkzeugmittelpunkt, computergestützter Entwurf, additive Fertigung

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