传统上，飞机制造商一直不愿意采用机器人和其他类型的自动化。主要挑战之一是，大型平面零件具有相对高的几何偏差，因此机器人需要传感器引导。
Fraunhofer制造业技术和先进材料研究所的航空航天工程师在德国Stade，最近将此问题作为研发项目的一部分与空中客车一起解决。
节奏的目标（高效装配和生产CFRP机身部件的技术）项目是自动化飞机机身框架的组装，以提高生产力和质量。
框架是飞机机身中使用的横向加强元件。CFRP的使用节省了重量和生产步骤。然而，需要另外的加强元件，称为夹板，以防止框架侧向弯曲。
“肋骨长达6米，彼此彼此不同，因此每个肋条都需要特殊的模具模板，以便手动地装配具有高达0.2毫米的凝块的夹板。Pleander Brieskorn说，Fraunhofer Ifam的项目经理。
“这些模板昂贵且使用复杂，”梁林斯库尔解释道。“此外，手动夹板进料和预装配需要大型差异。用于确切位置对齐的连接部件上的广泛测量步骤是必不可少的。“
为研发项目选择的商用飞机是空中客车A350，是一种用于长途路线的流行宽体射流。A350-900和A350-1000家庭喷气客机的大部分采用先进的材料建造。例如，53％的飞机由碳纤维复合部件组成。
“Tempo Project涉及使用新的机身结构和装配任务来减少当前生产州的时间和成本，”Brieskorn说。“由CFRP制成的整体框架可能由于较高的刚度而替换差分结构，并减少生产步骤。
“为了管理装配准确性，应使用自动化系统，”梁化解释说。“消除加入部件的装配步骤和粘合剂也会导致时间，成本和减轻重量。
“在过去的10年里，商用飞机生产率的增加导致了对自动化装配流程的更多兴趣，”Brieskorn指出。“为了降低过程时间和成本，自动化[对工程师越来越有吸引力]。
“然而，主要挑战是大型飞机部件具有相对较高的几何偏差，因此机器人需要传感器指导，”玻璃螺纹说。“最终结构中的严格要求和严格的公差也是标准自动化系统的挑战。”
自动化利弊
根据Brieskorn的说法，将需要昂贵且耗时的完整生产系统和设施的修改，以实现自动化系统。这是因为许多飞机组装过程依赖于人工人员的经验准确地执行任务。
但是，自动化使生产率能够以一致的质量和降低成本增加。它还可能导致比手动生产所需的过程步骤更少。
例如，若干任务通常涉及CFRP框架的预组装，例如在机身壳侧附接框架和夹子。
“差动框架的手动预装配是将框架脚安装到主体的型脚部，”玻璃钢解释说。“步骤包括夹子集成和夹子关节位置的测量，然后钻孔和铆接。”
脆性材料和严格公差等因素使这一过程复杂并具有挑战性。
“有许多不同的框架部分几何形状，定位的公差非常紧（0.2毫米），”梁道说。“标准工业机器人的准确性不够高，但必须集成的测量系统很昂贵。
“The Tempo Project呈现给我们的挑战，以便以这种方式自动化过程步骤，即该过程的持续时间和复杂性减少，”梁罗恩斯卡氏术说明。
“必须自动拾取夹板并送到框架，”Brieskorn指出。“将框架和夹板铆接在一起，然后需要钻通过两个部件。我们通过使用新开发的高精度末端执行器将框架用夹板装配框架来实现这一点。此外，框架安装在机身外壳上，没有任何差距。“
灵活的系统
Fraunhofer IFAM工程师开发了一种定位和钻孔末端执行器，其接收不同的夹板，将它们定位在不同的整体框架上，并同时双钻两个部件。可以通过节奏项目中使用的龙门系统以及标准工业机器人拾取紧凑的末端执行器。
“整体框架在门户网上的高跷上伸展，并且可以使用几种机械调节选项在空间中取向，”Brieskorn说。“末端执行器具有一个对称的保持器，使其能够拾取不同取向的夹板并将其夹住给支架。使用弹簧阻尼机械停止，它接近局部精度的相应连接位置。“
虽然螺旋加强元件从上方放置在整体框架表面上，并且使用内置机构夹紧两个部件，但是从框架的后部进行钻孔过程，以防止CFRP部件磨损。
提取系统拾取所产生的钻孔灰尘。一旦钻了部件，就定义了框架上的夹板的位置。然后可以将夹板铆接到框架上。
“可以通过PLC控制的末端执行器从进口组件的进口CAD数据接收其全球位置数据，”Brieskorn解释。“新装配通过使用激光跟踪器通过快速上游测量进行测试。创新技术可实现可靠性和高定位精度。
“除了按下控制面板上的”开始“按钮外，一切都在自动运行，”Brieskorn。“具有自我解释图像的用户友好的操作员界面，以便输入输入允许甚至缺乏经验的员工来快速熟悉系统的控制。”
通过对夹板拾取的适当修改，末端执行器还可以安装略微不同的夹板并精确地定位在不同类型的整体框架上。自动填充的准确性为±0.1毫米。
“在定位和钻孔末端执行器中集成的测量技术[提供] 200牛顿所需的接触压力，以及用于监测夹板预装配的最佳条件的许多其他参数”.BRIESKORN说。“这确保了质量。整体框架和机身皮肤之间的关节间隙的测量表明它们均小于0.3毫米，使得额外的间隙填充不必要。“
通过调整安装系统，末端执行器还可用于组装在其他行业中的组件，例如汽车，海洋，轨道卡和风能。
