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在德國資助的“Tempo”子項(xiàng)目中，與空中客車公司共同開發(fā)的自動化、高精度和質(zhì)量保證的預(yù)裝配的定位與鉆孔末端執(zhí)行器。
由Fraunhofer IFAM在施塔德開發(fā)的定位和鉆孔末端執(zhí)行器，用于在CFRP整體框架上自動定位防滑釘時。
自動化是提高生產(chǎn)效率的重要策略之一。在由德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部（BMWi）資助的“Impulse”項(xiàng)目和“Tempo”（“CFRP機(jī)身部件的高效組裝和生產(chǎn)技術(shù)”）子項(xiàng)目中，開發(fā)了一種新的定位和鉆孔末端效應(yīng)器。
這種末端執(zhí)行器可以自動在CFRP整體框架上預(yù)先裝配加固元件（夾板），用于制造飛機(jī)機(jī)身。傳統(tǒng)的手動生產(chǎn)還需要更多的處理步驟。另外，緊湊的末端執(zhí)行器也可以由標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人拾取。這使得生產(chǎn)率提高，質(zhì)量不變，成本更低。
這些自動化解決方案由德國漢堡空客公司（Airbus Hamburg）和弗勞恩霍夫制造技術(shù)和先進(jìn)材料研究所（Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials，IFAM，Stade）共同開發(fā)，并已在近系列生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)行了大規(guī)模原型驗(yàn)證。該項(xiàng)目于2020年順利完成。
預(yù)組裝CFRP框架
框架是飛機(jī)機(jī)身中的橫向加強(qiáng)元件。在空中客車A350中使用CFRP和創(chuàng)新的一體式機(jī)身結(jié)構(gòu)可以減輕重量和生產(chǎn)步驟。需要額外的加強(qiáng)元件（夾板）以防止框架向側(cè)面彎曲。翼肋（長可達(dá)6米）在幾何上都互不相同，因此，每個翼肋都需要一個特殊的模具模板，以便手動為組件配備公差大為0.2毫米的防滑釘。這些模板昂貴且使用復(fù)雜。此外，手動防滑釘進(jìn)給和預(yù)組裝需要很大的差異。在連接零件上進(jìn)行大量測量步驟，以實(shí)現(xiàn)精確的位置對準(zhǔn)也是必不可少的。
Fraunhofer IFAM的項(xiàng)目經(jīng)理Leander Brieskorn解釋說：“‘Tempo’項(xiàng)目給我們帶來了一個挑戰(zhàn)，即以一種既能減少持續(xù)時間又能減少過程復(fù)雜性的方式自動化過程步驟。“夾板應(yīng)該被自動撿起并送入框架。為了將框架和夾板鉚接在一起，需要鉆穿兩個部件。我們通過使用我們新開發(fā)的高精度末端執(zhí)行器為框架配備夾板來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。此外，在我們位于斯塔德的近系列機(jī)身裝配廠中，機(jī)身安裝在機(jī)身外殼上，沒有任何間隙。”
定位和鉆孔末端執(zhí)行器，用于CFRP整體框架的自動化，高精度和質(zhì)量保證的預(yù)組裝
研發(fā)的定位和鉆孔末端執(zhí)行器可以完成以下任務(wù)：接收不同的防滑釘，將它們定位在不同的整體框架上，同時對兩個部件進(jìn)行雙重鉆孔。緊湊的末端執(zhí)行器可以通過所使用的門戶系統(tǒng)以及標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人來拾取。選擇門戶系統(tǒng)以提高定位精度。整體框架在門架下方的高蹺上拉伸，可以使用多種機(jī)械調(diào)節(jié)選件在空間中定向。末端執(zhí)行器具有對稱的固定器，通過它可以拾取不同方向的夾板并將其夾在固定器上。使用彈簧阻尼的機(jī)械限位器，可以精確到達(dá)各個連接位置。當(dāng)防滑板加固件從上方放置在框架的整體表面上，并且使用內(nèi)置機(jī)制將兩個部件夾緊時，鉆孔過程將從框架的背面進(jìn)行，以防止CFRP磨損。抽氣系統(tǒng)將產(chǎn)生的鉆屑收拾起來。鉆完零件后，就可以確定防滑釘在框架上的位置。然后可以將防滑板鉚接到框架上。
末端執(zhí)行器可以通過系統(tǒng)PLC進(jìn)行控制，并從導(dǎo)入的組件CAD數(shù)據(jù)中接收其全局位置數(shù)據(jù)。通過使用激光跟蹤器的快速上游測量，可以適應(yīng)新的組裝情況。創(chuàng)新技術(shù)可實(shí)現(xiàn)可靠的過程和較高的定位精度。除了按下控制面板上的“開始”按鈕外，其他所有內(nèi)容都會自動運(yùn)行。專門開發(fā)的用戶友好型操作員界面，帶有易于解釋的圖像，便于輸入，即使經(jīng)驗(yàn)不足的員工也可以快速熟悉系統(tǒng)的控制。
通過對防滑釘?shù)氖叭⊙b置進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模┒藞?zhí)行器還可以安裝幾何形狀略有不同的防滑釘類型，并將它們精確地定位在不同類型的一體式框架上。自動歸檔的精度為±0.1毫米，因此超出了精度要求200％。
定位和鉆孔末端執(zhí)行器中集成的測量技術(shù)可精確記錄所需的200牛頓的接觸壓力，以及許多其他參數(shù)，用于監(jiān)視將防滑釘預(yù)先組裝在整體框架上的佳條件。這樣可以保證在線質(zhì)量。
“Tempo”子項(xiàng)目的進(jìn)一步研發(fā)工作
在Stade的Fraunhofer IFAM技術(shù)中心的“ Tempo”子項(xiàng)目中，一個裝有防滑釘?shù)恼w框架安裝在機(jī)身系列的近系列機(jī)身組裝系統(tǒng)中。對整體框架和機(jī)身蒙皮之間的關(guān)節(jié)間隙的測量表明，它們均小于0.3毫米，從而無需額外的間隙填充。
通過適配安裝系統(tǒng)，為框架的預(yù)組裝，定位和鉆孔開發(fā)的末端執(zhí)行器還可用于組裝其他行業(yè)的組件，例如風(fēng)力渦輪機(jī)，鐵路車輛，商用車輛，汽車或造船。
經(jīng)過三年半的時間，由德國寶馬經(jīng)濟(jì)和能源部資助的研究項(xiàng)目“ Impuls”（“ CFRP機(jī)身組件的創(chuàng)新，中期可實(shí)施和節(jié)省成本的解決方案”）于2020年結(jié)束，包括“ Tempo”子項(xiàng)目；BMWi資助編號：20W1526F。