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TECHNISCHER
BEREICH
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Regulieren
einer Vorrichtung, die beispielsweise zum Halten einer Reihe von
Flugzeugrahmen ausgelegt ist, die in einer vorbestimmten Position
fixiert sind, und zum Fixieren der Außenhaut der Flugzeugzelle in
einer vorbestimmten Position, so dass Außenhaut und Rahmen zu einem
Flugzeugzellenabschnitt zusammengebaut werden können. Die Vorrichtung kann
auch zum Halten der Flugzeugzellensektion in einer vorbestimmten
Position verwendet werden, während
Teile an der Flugzeugzellensektion befestigt werden.
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STAND DER
TECHNIK
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Im
Bereich der Herstellung von Flugzeugzellen besteht Bedarf an einer
Form von Werkstückhaltevorrichtung,
die so ausgelegt ist, dass die Rahmen und die Außenhaut einer Flugzeugzellensektion
wenigstens an einer Reihe von Stellen innerhalb eines bestimmten
Volumens fest gehalten werden können, so
dass die Rahmen in vorbestimmten Positionen befestigt und die Außenhaut
der Flugzeugzellensektion darauf aufgebracht, daran befestigt und
an den Rahmen festgehalten werden können, während die Rahmen und die Außenhaut
der Flugzeugzelle aneinander befestigt werden. Im Bereich der Herstellung
von Flugzeugen werden Werkstückhaltevorrichtungen beispielsweise
für jeden
Abschnitt der Flugzeugzelle hergestellt. Herkömmlicherweise wird für jeden
Typ von Flugzeugzellenabschnitt eine andere Werkstückhaltevorrichtung
benötigt,
so dass eine große
Zahl von Werkstückhaltevorrichtungen
benötigt
wird. Diese sind so ausgelegt, dass eine Einspannvorrichtung auf
eine solche Weise mit einem Rahmen verschweißt wird, dass eine Reihe von
Anbringungspunkten für
den Rahmen der Flugzeugzelle miteinander integriert werden. Die
Anbringungspunkte in Verbindung mit einem bestimmten Rahmen werden
mit einem hohen Maß an
Toleranz gemessen.
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Feste
konventionelle Werkstückhaltevorrichtungen
wie oben beschrieben können
nur für
einen bestimmten Flugzeugzellenabschnitt verwendet werden, was bedeutet,
dass eine große
Zahl dieser festen Werkstückhaltevorrichtungen
benötigt
wird und dass sie nur für
das Flugzeug verwendet werden können,
für das
sie ursprünglich
produziert wurden. Dies ist sehr kostspielig, was bedeutet, dass
feste Werkstückhaltevorrichtungen
nur für
Flugzeugzellen verwendet werden können, die in großen Stückzahlen hergestellt
werden. Im Prinzip kann eine für
ein bestimmtes Flugzeug ausgelegte feste Werkstückhaltevorrichtung niemals
wiederverwendet werden und wird infolgedessen verschrottet, wenn
die Produktion des Flugzeuges eingestellt wird. Es sind auf dem Markt
einige halbflexible Vorrichtungen erhältlich. Diese Werkstückhaltevorrichtungen
können
an mehrere Flugzeugzellenabschnitte angepasst und dafür verwendet
werden. Ein Beispiel für
eine solche halbflexible Vorrichtung befindet sich in der
US 4 695 032 , die eine halbflexible
Vorrichtung zum Herstellen einer Form beschreibt. Eine Reihe von
Stäben oder
Hauptschienen wird an einem Rahmen befestigt. Stützstäbe halten die Fixierelemente
fest, deren Positionen in axialer Richtung variiert werden können. Die
beschriebene Vorrichtung erlaubt zwar ein gewisses Ausmaß an individueller
Einstellung der Anbringungspunkte, aber die Vorrichtung ist nur
teilweise flexibel. Ein Verspannen der Vorrichtung ist von einer Definition
der Position der Hauptschienen und der Führungsschienen vor dem Einstellen
der axial beweglichen Fixierelemente abhängig.
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Ein
weiteres Beispiel für
eine solche halbflexible Vorrichtung ist in einem Mechanismus mit
einem horizontalen Werkstücktisch
ausgestaltet. Der Werkstücktisch
umfasst eine Anzahl von Löcherreihen,
die sowohl in Längs-
als auch in Querrichtung auf der Oberfläche des Tisches angeordnet
sind. Die Löcher
sind so ausgelegt, dass sie eine Auflage für aufrechte Stäbe bieten,
die in der benötigten
Anzahl auf der Tischoberfläche
positioniert werden können. Wenn
diese Vorrichtung für
eine Reihe von Rahmen verspannt werden soll, die zum Tragen eines
Abschnitts der Flugzeugzelle verwendet werden, dann werden die genannten
Stäbe in
Reihen auf dem Tisch in Positionen platziert, die den Umkehrpositionen
der Rahmen in dem Flugzeugzellenabschnitt entsprechen. Jeder Stab
umfasst ein vertikal bewegliches Fixierelement, das vertikal mit
Hilfe eines zu jedem Stab gehörenden
Servomotors bewegt werden kann. Für jede Reihe von Stäben, die
der Position eines Rahmens in dem Flugzeugzellenabschnitt entsprechen,
kann das Fixierelement jedes Stabes mit Hilfe des Servomotors bewegt
und in einer Höhe
gehalten werden, die der Höhe
entspricht, die für
den von den genannten Stäben
zu tragenden Rahmen benötigt wird.
Auf diese Weise können
die Fixierelemente aller Stäbe
so einge stellt werden, dass eine Form entsteht, die der Krümmung der
verschiedenen Rahmen entspricht, wonach die Rahmen nacheinander
im richtigen relativen Abschnitt befestigt und von den Stäben an einer
Reihe von Abstützungspunkten
in den Fixierelementen getragen werden, so dass der Rahmen seine
Form beibehält
und zusammen die Raumgeometrie bildet, die die Außenhaut
des jeweiligen Flugzeugzellenabschnitts haben soll. Dann kann die
Außenhaut
des Flugzeugzellenabschnitts an den festen Rahmen angelegt und daran
befestigt werden, so dass die Rahmen und die Außenhaut aneinander montiert
werden, wenn sie zusammengesetzt werden. Ein Nachteil der hier beschriebenen halbflexiblen
Lösung
sind die hohen Kosten, da jeder oben erwähnte Stab mit einem separaten
Steuermechanismus zum Positionieren des Fixierelementes in der richtigen
Höhe geliefert
wird. Ferner gibt es praktische Schwierigkeiten, die durch die Vielzahl
der an jedem Stab angebrachten Kabel für die Stromversorgung und zum
Steuern des Positionierungsmechanismus verursacht werden. Auch erlaubt
die technische Lösung,
bei der die genannten Stäbe
in den genannten Reihen gemäß einer
Matrix platziert werden, keine variable Einstellung der Positionen
der Fixierelemente.
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Ein
alternatives Modell einer halbflexiblen Vorrichtung verwendet auf ähnliche
Weise wie oben eine Reihe von Stäben,
die zu einer Matrix positioniert sind, d.h. in Reihen auf einem
Werkstücktisch, verwendet
aber keine individuellen Stromversorgungseinheiten zum Steuern der
Fixierelemente an den Stäben
beim Positionieren derselben. Stattdessen wird ein bewegliches Portal über der
Werkstückoberfläche angeordnet.
Dieses Portal kann über
die Werkstückoberfläche bewegt
und über
jeder Reihe von Stäben
positioniert werden.
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Der
Overhead-Rahmen des Portals ist mit einem oder mehreren vertikal
beweglichen Armen ausgestattet, die so ausgelegt sind, dass sie
sich nach unten auf ein Fixierelement am oberen Ende eines Stabes
bewegen und es ergreifen. Ein Arm, der automatisch von einem Steuerprogramm
gesteuert wird, kann dann das Fixierelement jedes Stabes in der richtigen
Höhe Reihe
für Reihe
einstellen. Durch Verriegeln der Fixierelemente an jedem verwendeten Stab
gemäß diesem
Muster können
die Stäbe
gekrümmte
Außenhäute oder
andere Strukturen mit guter Toleranz abstützen. Ein Nachteil dieser halbflexiblen
Vorrichtung ist weiterhin, dass die Position der Stäbe in der
horizontalen Ebene nicht frei variiert werden kann. Darüber hinaus
ist der verwendete Portalroboter kostspielig und kann nicht für andere
Aufgaben als die oben erwähnten
eingesetzt werden, d.h. ein Manipulator in der Form eines Portalroboters ist
genauso spezialisiert wie die Vorrichtung selbst.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Regulieren einer Vorrichtung
bereitgestellt, die zum Zusammenbauen von Flugzeugzellenstücken für ein Luftfahrzeug
verwendet wird, wobei die Vorrichtung aus einer Einspannvorrichtung besteht,
die parallele Hauptschienen umfasst, die parallel zueinander über die
Einspannvorrichtung entlang einer ersten x-Koordinate gleiten können, und wobei
jede Hauptschiene eine Reihe von parallelen Führungsschienen hat, die parallel
zueinander über die
Hauptschiene entlang einer zweiten y-Koordinate gleiten können, und
wobei zusätzlich
jede Führungsschiene
axial entlang einer dritten z-Koordinate gleiten kann, mit einem
Fixierelement am Ende der Führungsschiene,
und wobei das Verfahren beinhaltet, dass ein Manipulator das Fixierelement
einer Führungsschiene
ergreift, wonach das Fixierelement durch den Manipulator in der
x-, y- und z-Richtung bewegt wird, so dass das Fixierelement eine
vorbestimmte Position im Raum einnimmt, und während sich das Fixierelement
bewegt:
- – die
Hauptschiene, mit der das Fixierelement verbunden ist, parallel
zur x-Richtung gleitet, wenn der Manipulator das Fixierelement auf
eine bestimmte x-Koordinate
einstellt,
- – die
Führungsschiene,
mit der das Fixierelement verbunden ist, parallel zur y-Richtung
gleitet, wenn der Manipulator das Fixierelement auf eine bestimmte
y-Koordinate einstellt,
- – die
Führungsschiene
axial in der z-Richtung gleitet, so dass ihr Fixierelement auf eine
bestimmte z-Koordinate
eingestellt wird.
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Darüber hinaus
beinhaltet das Verfahren, dass sich der Manipulator nacheinander
zu jedem verbleibenden Führungsschienen-Fixierelement
bewegt und es ergreift und das Fixierelement in der y- und der z-Richtung
bewegt, so dass das Fixierelement eine vorbestimmte Position im
Raum einnimmt und während
dieser Bewegung die Führungsschiene,
mit der das Fixierelement verbunden ist, parallel zur y-Richtung gleitet,
wenn der Manipulator das Fixierelement auf eine bestimmte y-Koordinate
einstellt, und die Führungsschiene
axial in der z-Richtung gleitet, so dass ihr Fixierelement auf eine
bestimmte z-Koordinate eingestellt wird. Alle obigen Schritte werden
für jede
Hauptschiene wiederholt, bis alle verwendeten Fixierelemente in
der richtigen Position eingestellt sind.
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Wenn
alle Fixierelemente positioniert sind, dann wird ein Rahmen an den
Fixierelementen jeder Hauptschiene befestigt, wonach eine Flugzeugzellenaußenhaut
an den Rahmen festgeklemmt wird, so dass Rahmen und Außenhaut
aneinander montiert werden können.
Umgekehrt kann eine Flugzeugzellenaußenhaut natürlich auch an den Fixierelementen befestigt
und von diesen abgestützt
werden, wonach die gegebene Zahl der Rahmen mit der Außenhaut verspannt
wird, wodurch gewährleistet
wird, dass Außenhaut
und Rahmen während
des Zusammenbauens dieser Teile in Bezug aufeinander fixiert sind.
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Die
Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Ausführen des oben beschriebenen
Verfahrens, wie in den unabhängigen
Ansprüchen
charakterisiert ist.
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Ein
Vorteil dieses Zusammenbauverfahrens besteht darin, dass die Vorrichtung
eine variable Einstellung der Fixierelemente zulässt.
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Der
in dem obigen Verfahren verwendete Manipulator wird vorzugsweise
von einem Industrieroboter gebildet. Der Einsatz eines solchen Industrieroboters
als Mechanismus zum Regulieren der Fixierelemente beinhaltet zunächst das
Eingeben von Steuersystemdaten des Roboters über die Ausrichtung der Einspannvorrichtung
in Bezug auf den Roboter. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass
bewirkt wird, dass die Roboterhand, mit oder ohne Werkzeug daran,
einen oder mehrere Referenzpunkte erfasst, die genau bemessen sind
und die sich am Arm der Einspannvorrichtung befinden. Ein Referenzpunkt
kann aus einer quadratischen Platte bestehen, deren Position die
Roboterhand oder das Roboterhandwerkzeug mechanisch erfasst, wonach
die Positionsdaten für
den Referenzpunkt in der Form seiner x-, y- und z-Koordinaten zu
dem Steuersystem des Roboters gesendet werden.
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Im
normalen Zustand, d.h. wenn keine Einstellung der Vorrichtung durchgeführt wird,
wird jede Hauptschiene an der Einspannvorrichtung verriegelt, während jede
Führungsschiene
durch eine Art Verriegelungsvorrichtung an einer Hauptschiene verriegelt
wird. Während
der Regulierung der Vorrichtung können diese Riegel vom Manipulator
gelöst
werden.
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Eine
Kupplung ist zwischen dem Werkzeug-Shunter des Roboters und dem
Fixierelement angeordnet. Diese Kupplung kann aus einem an dem Fixierelement
angeordneten Aufnahmeteil und einem an dem Werkzeug-Shunter angeordneten
Steckteil bestehen, die ineinandergreifen, wenn der Roboter das
Fixierelement ergreift. Die Kupplung umfasst eine oder mehrere Verbindungen
für den
Eingriff in die Führung
des Riegels. Diese Verbindungen können durch pneumatische Verbinder
zum pneumatischen oder hydraulischen Entriegeln über den Manipulator oder durch
elektrische Verbinder zum Steuern von elektromagnetischen oder elektromechanischen
Entriegelungsvorrichtungen über
den Manipulator ausgestaltet werden.
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Ein
Vorteil dieser Verbinder besteht darin, dass der Strom zum Lösen des
Riegels vom Manipulator übertragen
und geregelt werden kann, ohne dass die Fixierelemente durch eine
Kraft beeinflusst werden, die ihre Positionen in Verbindung mit
der Verriegelung stören
könnte.
Elektrische, hydraulische oder pneumatische Energie wird über die
Kupplung vom Manipulator zu den Riegeln übertragen, wo der Manipulator lediglich
als Übertragungsmittel
der zum Entriegeln benötigten
Energie dient. Wenn die genannte Energie vom Manipulator nicht mehr
zu einem Riegel übertragen
wird, dann kehrt der genannte Riegel in seine Verriegelungsposition
zurück.
Diese Art von Kupplung kann selbst dann zum Regulieren der Fixierelemente
verwendet werden, wenn der Manipulator an der Vorrichtung fixiert
ist, in der Form eines Portalroboters oder dergleichen, oder wenn
er manuell betätigt
wird und externe Messsysteme zum Positionieren der Fixierelemente
verwendet.
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Ein
Vorteil dieser Verriegelungsfunktionsanordnung, bei der der Strom
zum Lösen
des Riegels über
den Manipulator übertragen
wird, besteht darin, dass keine Verkabelung innerhalb der Vorrichtung
erforderlich ist, die sonst zum Leiten von Strom zu jedem einzelnen
Riegel nötig
wäre.
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Weitere
Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind die, dass
die Vorrichtung einfach und schnell an neue Flugzeugzellentypen
angepasst werden kann. Demzufolge kann die Vorrichtung für mehr als
eine Flugzeugzellenserie verwendet werden, und darüber hinaus
kann eine Flugzeugzelle nach der Produktion einer Reihe von Einheiten
einer Modellserie relativ leicht und billig geändert werden. Ferner kann dieselbe
Vorrichtung für verschiedene
Abschnitte derselben Flugzeugzelle verwendet werden. Die Vorrichtung
kann auch zu einem späteren
Zeitpunkt für
Produkte eingesetzt werden, die bisher noch nicht entwickelt sind,
und kann über
einen langen Zeitraum verwendet werden. Somit wäre eine solche Vorrichtung
für Kleinserienproduktionen
von Fahrzeugen und anderen Strukturen attraktiv, wo es nicht wirtschaftlich
ist, feste Werkstückhaltevorrichtungen oder
kostspielige halbflexible Lösungen
zu verwenden. In dem Fall, in dem ein Industrieroboter als Manipulator
zum Regulieren der Vorrichtung verwendet wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren
besonders nützlich,
da ein solcher Industrieroboter für andere Typen von Werkstücken verwendet
werden kann, wenn die Vorrichtung nicht reguliert wird. Beispiele
für solche
Arbeiten sind programmiertes Bohren, Nieten und Schleifen an der
eigentlichen Struktur oder der Flugzeugzelle, die an der Vorrichtung
befestigt ist.
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Die
Grundsätze
des Riegels werden in dieser Beschreibung nicht näher erörtert, da
sie bereits hinlänglich
bekannt sind. Solche Riegel können
durch Werkzeughalter oder andere Friktionsriegel ausgestaltet werden,
die mit Federkraft arbeiten, d.h. die z.B. Zylinder oder Federn
gespannt halten und Kräfte zwischen
Riegeln und Schienen ausüben.
Durch Aufbringen einer Kraft gegen die Federkraft beispielsweise
mit pneumatischen, hydraulischen oder elektromagnetischen Mitteln
kann der Werkstückhalter gelöst werden.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 illustriert
die Vorrichtung und einen damit zusammenwirkenden Industrieroboter,
um die Fixierelemente an der Einspannvorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
einzustellen;
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2 zeigt
dieselbe Vorrichtung wie in 1 aus einer
anderen Sicht, wobei zusätzlich
ein Flugzeugzellenabschnitt an der positionierten Vorrichtung befestigt
ist;
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3 ist
eine schematische Darstellung einer Führungsschiene mit ihrem zusätzlichen
Fixierelement.
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BESCHREIBUNG DER AUSGESTALTUNGEN
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Eine
Reihe von Beispielen der Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden
Zeichnungen beschrieben.
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In 1 sind
das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer Perspektive
dargestellt, die zeigt, wie ein Industrieroboter 1 als
Manipulator zum Einstellen der Vorrichtung 2 verwendet wird,
so dass sie eine 3D-Struktur akzeptieren kann, um diese Struktur
bei einem oder mehreren Zusammenbauschritten festzuhalten. Die Vorrichtung
besteht aus einer Einspannvorrichtung 3, die in diesem Fall
auf einem Fußboden
vertikal montiert ist. Bei Bedarf kann die Einspannvorrichtung auch
in einer zweiten Höhe
gebaut werden. So ist es zum Beispiel möglich, mehrere Einspannvorrichtungen
prismaförmig
aufzustellen, wenn eine ganze Flugzeugzelle gleichzeitig um diese
Einspannvorrichtungen herum konstruiert werden soll, wo die Einspannvorrichtungen
die lateralen Flächen
dieses Prismas bilden. Die Einspannvorrichtung 3 hat einen
Rahmen 4 mit einem oberen 5 und einem unteren 6 Längsträger. Diese
Träger 5, 6 fungieren
als Spuren für
eine Reihe von Hauptschienen 7, die parallel zueinander
angeordnet sind und die jeweils mit ihren Enden in Gleitverbindung
mit dem oberen 5 bzw. dem unteren 6 Träger sind.
Aufgrund der Gleitverbindung können sich
die Hauptschienen 7 parallel entlang der Vorrichtung bewegen,
wobei die Enden der Hauptschienen in den Trägern 5, 6 laufen.
Die Gleitverbindung zwischen den Trägern 5, 6 und
den Hauptschienen 7 umfasst auch Führungsmittel, so dass die Hauptschienen 7 lotrecht
in Bezug auf die Träger 5, 6 laufen.
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Die
Enden der Hauptschienen laufen in dem spurähnlichen Träger mit Hilfe eines Gleitführungszapfens,
einer Führungsstange,
einer Führungsrolle oder
eines äquivalenten
bekannten Mechanismus. Ein wichtiges Merkmal ist hier, dass es einen
Riegel zwischen dem zu der Hauptschiene gehörenden Gleit- oder Rollenlagermechanismus
und dem Träger gibt,
so dass die Hauptschiene in einer vorbestimmten Position verriegelt
und fixiert gehalten werden kann. Dieser Riegeltyp ist bekannt und
kann durch Klemmhülsen
ausgestaltet werden, die durch Federkräfte zwischen Hauptschiene und
Träger
eingepresst werden und für
den Zeitraum Reibkräfte
dazwischen ausüben,
während
der die Schienen in einer festen Position gehalten werden sollen.
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Jede
Hauptschiene 7 ist mit einer Reihe von Führungsschienen 8 ausgestattet,
die mit einem Gleitlager an der Hauptschiene 7 angebracht
sind. Die Führungsschienen 8 sind
lotrecht zur Hauptschiene 7 angeordnet. Die Führungsschienen 8 können parallel
zur Hauptschiene 7 und auch in axialer Richtung gleiten.
Die Funktion der Führungsschiene
ist in den Zeichnungen ausführlicher
illustriert. Die drei für die
Führungsschienen
gezeigten Bewegungsrichtungen definieren ein System von Koordinaten,
wobei die Hauptschienen in der x-Richtung über die Träger bewegt werden können, während die
Führungsschienen
in der y-Richtung, d.h. über
die Hauptschienen verschoben werden können, wo die Richtung der Hauptschienen
die y-Richtung definiert. Die axiale Bewegung, die die Führungsschienen 8 ausführen können, erfolgt
in der so genannten z-Richtung.
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Jede
Führungsschiene 8 hat
an ihrem Ende ein Fixierelement 9. Dieses Fixierelement 9 soll
die Anbringungspunkte für
die Strukturen wie z.B. Rahmen oder Flugzeugzellenaußenhäu te umfassen,
die von der Vorrichtung festgehalten werden sollen. So kann das
Fixierelement mit Schraublöchern,
Nietlöchern
oder deren Äquivalent
für den
Eingriff in komplementäre
Befestigungsmittel in der Flugzeugzellenstruktur versehen werden.
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Die
Führungsschiene 8 hat
Gleitlager in einer schlittenähnlichen
Vorrichtung, der wir die Bezeichnung Schlitten 10 geben.
Der Schlitten 10 gleitet über die Hauptschiene durch
Führungen 11,
die entlang eines Kanals in der Hauptschiene 7 verlaufen.
Die Führungsschiene 8 kann
in ihrer axialen Richtung durch ein erstes Gleitlager 12 und
ein zweites Gleitlager 13 im anderen Ende des Schlittens 10 bewegt werden.
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Die
Führungsschiene 8 wird
in Bezug auf den Schlitten 10 mit einer Verriegelungsfunktion
in einer festen Position verriegelt. Die Verriegelungsfunktion kann
in einer Reihe verschiedener Weisen aufgebaut sein. Riegel dieses
Typs sind bekannt und können
durch Klemmhülsen
ausgestaltet werden, die über
Federkräfte
zwischen den Schlitten 10 und die Hauptschiene 7 sowie
zwischen den Schlitten und die Führungsschiene 8 eingepresst
werden und für die
Zeitperiode eine Reibkraft ausüben,
während
der die Schienen in einer festen Position gehalten werden sollen.
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Da
die Technik des oben erwähnten
Riegels hinlänglich
bekannt ist, sind sie schematisch in 3 dargestellt,
wo die Position des Riegels durch den Bereich 15 angedeutet
ist und wo, in diesem Beispiel, auch angenommen wird, dass der Riegel
durch Druckluft entriegelt wird, die vom Roboter über Luftleitungen
in der Führungsschiene
und dann über Luftschläuche 14 zugeführt wird.
Somit ist der Roboter 1 während des Ent- und Verriegelns
der Schienen 7, 8 passiv, d.h. der Roboter überträgt keine
mechanische Kraft zur Vorrichtung, obwohl er den Krafteffekt des
Riegels durch Ein- oder
Ausschalten eines Kraftausübungsmediums überträgt, das
in dem Beispiel pneumatisch durchgeführt wird, wobei aber auch hydraulische
und elektromagnetische Mittel verwendet werden können. Auf diese Weise wird
die Gefahr gemindert, dass die eingestellte Position, in der das
Fixierelement 9 von dem Roboter 1 gehalten wird,
während
des Verriegelungsschrittes in dem Einstellverfahren gestört wird.
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Die
Hauptschienen sind so ausgelegt, dass sie in den Trägern 5, 6 unter
Verwendung eines ähnlichen
Schlittendesigns gleiten wie der Schlitten 10, der daher
hier nicht näher
beschrieben wird. Und selbst dieses Schlittendesign kann in der
oben beschriebenen Weise verriegelt werden. Das Verriegelungsprinzip
kann mechanisch auf mehrere Weisen variiert werden. Es können beispielsweise
Klemmhülsen
verwendet werden. Das Entriegeln erfolgt gemäß dem obigen Prinzip, wo selbst
in diesem Fall die Druckluft durch Luftschläuche von der Führungsschiene 8 zu
den Riegeln an den Enden der Hauptschienen 7 reguliert
wird. Durch Regulieren des Luftstroms vom Roboter über die
Führungsschiene 8 kann
die Führungsschiene
durch Zuführen
von Druckluft zum Riegel der Hauptschiene vollständig entriegelt werden.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
zum Regulieren der Vorrichtung ist in den 1, 2 und 3 exemplifiziert
und illustriert. Diese Zeichnungen zeigen einen durch einen Industrieroboter 1 exemplifizierten
Manipulator. Der Roboter 1 ist vorzugsweise auf einer Spur
entlang der Vorrichtung 2 transportabel. Das Steuersystem
des Roboters wird mit Daten über
die beabsichtigte Form der Flugzeugzelle gespeist und erhält somit
Daten in Bezug auf alle benötigten
Positionen der Fixierelemente im Raum anhand von Raumkoordinaten.
Das Steuersystem des Roboters wird auch mit seiner eigenen Position
in Bezug auf die Vorrichtung 2 kalibriert. Dies wird dadurch
erzielt, dass die Roboterhand 17 eine gut vermessene Kalibrierungsplatte 18 sucht,
so dass die Roboterhand die Position der Platte 18 erfassen
kann, so dass das Steuersystem des Roboters die relativen Positionen
des Roboters 1 und der Vorrichtung 2 mit hoher
Genauigkeit lesen kann.
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Die
Führungsschienen
sind normalerweise in ihren Referenzpositionen, z.B. am unteren
Teil jeder Hauptschiene 7. Gemäß dem Verfahren beginnt der
Roboter mit seinem Einstellverfahren der Vorrichtung damit, dass
er für
eine erste Hauptschiene 7 die erste verfügbare Führungsschiene 8 auf
der Hauptschiene sucht. Dies erfolgt dadurch, dass der Roboter bereits
einmal das Werkzeug gewechselt hat, da ein Einstellwerkzeug 16 mit
dem Werkzeug-Shunter an der Roboterhand 17 verbunden ist.
Das Einstellwerkzeug 16 ist ein Mechanismus, der für den Eingriff in
das Fixierelement 9 ausgelegt ist. Der Eingriff ist deshalb
möglich,
weil das Einstellwerkzeug 16 mit einem Steckteil 19 und
das Fixierelement mit einem Aufnahmeteil 20 ausgestattet
ist, die gemeinsam eine Kupplung bilden und die mit hoher Präzision ineinandergreifen.
Die Kupplung enthält
Verbindungen für
ein Druckmedium, das zwischen dem Roboter und dem Werkzeug zum Entriegeln
der oben erwähnten
Riegel nach dem Einstellen eines Fixierelementes übertragen
werden kann, und zum Verriegeln von entsprechenden Riegeln, wenn
sich das Fixierelement in der richtigen Position befindet. Wenn
die erste Führungsschiene 8 gefunden
ist und das Einstellwerkzeug 16 an der Roboterhand an dem
Fixierelement 9 angebracht ist, dann werden der Riegel
der Hauptschiene 7 und der Riegel der Führungsschiene 8 entriegelt.
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Der
Roboter hat in seinem Steuersystem Positionsdaten in der Form von
Koordinaten in der x-, y- und z-Richtung für das Fixierelement 9 seiner
assoziierten Führungsschiene 8,
die der Roboter gerade hält,
so dass der Roboter das Fixierelement in den genannten drei Richtungen
frei bewegen kann. So kann die Hauptschiene 7 in der x-Richtung
gleiten, wenn die richtigen x-Koordinaten eingegeben werden, und
die Führungsschiene 8 kann
in der y- und der z-Richtung gleiten, wenn y- und z-Koordinaten eingegeben
werden. Wenn der Roboter das Fixierelement 9 in seine vorbestimmte
Position bewegt hat, dann werden Hauptschiene und Führungsschiene wieder
verriegelt. Das Steuersystem sendet dann Daten über die Position der nächsten Führungsschiene 8 auf
derselben Hauptschiene wie zuvor zum Roboter, anhand derer der Roboter
nach der neuen Führungsschiene
sucht, sich selbst damit verbindet und, dieses Mal nur in der y-
und der z-Richtung, das Fixierelement 9 der Führungsschiene
in die vorbestimmte Position bewegt. In diesem Fall wird der Riegel
für die
Hauptschiene 7 niemals entriegelt. Es wird nur die Führungsschiene
in der y- und der z-Richtung verschoben. Für die übrigen Führungsschienen 8 auf derselben
Hauptschiene 7 wird ebenso verfahren.
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Wenn
alle benutzten Fixierelemente 9 auf einer Hauptschiene 7 positioniert
sind, dann wird ein äquivalenter
Vorgang für
die anderen an der Einspannvorrichtung verwendeten Haupt schienen 7 mit deren
zugehörigen
Führungsschienen
und Fixierelementen 9 durchgeführt.
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Wenn
alle Fixierelemente 9 an der Vorrichtung gemäß den vorbestimmten
Daten positioniert sind, dann kann mit der Montage von beispielsweise Flugzeugzellenrahmen
an der Vorrichtung begonnen werden. Gemäß dem Beispiel wird ein Rahmen 21 an den
an derselben Hauptschiene befindlichen Fixierelementen 9 montiert,
so dass alle Rahmen innerhalb der erforderlichen Toleranzgrenzen
festgehalten werden und gemeinsam das gewünschte Flugzeugzellenprofil
definieren. Eine Flugzeugzellenaußenhaut 22 in einem
oder mehreren Abschnitten wird an mehreren Punkten fixiert und dann
an den zuvor fixierten Rahmen befestigt. Als Nächstes können Rahmen und Außenhaut
mit Schrauben, Nieten oder äquivalenten
Befestigungsvorrichtungen zusammengebaut werden. Wie zuvor erwähnt, hat
das Verfahren gemäß der Erfindung
den Vorteil, dass der zum Regulieren der Vorrichtung verwendete
Industrieroboter auch als Montageroboter zum Befestigen der Rahmen
und der Außenhaut
aneinander verwendet werden kann, wo der Roboter zum Bohren von
Löchern sowie
zum Schrauben oder Nieten verwendet wird.
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Das
Fixierelement 9 kann ersetzt werden, so dass es an verschiedene
Typen von festen Objekten wie z.B. Rahmen oder Außenhäute angepasst
werden kann.
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Eine
Variation der Erfindung besteht darin, eine halbflexible Lösung anzuwenden,
bei der ein Portalroboter, der als Manipulator zum Einstellen der Fixierelemente
verwendet wird, über
die Einspannvorrichtung laufen und den Vorgang zum Einstellen der
Fixierelemente durchführen
kann. In die sem Fall kann der Manipulator nicht für andere
Vorgänge
verwendet werden, aber es besteht immer noch der Vorteil, im Vergleich
zu bekannten Techniken, dass die Fixierelemente innerhalb des durch
die Vorrichtung gegebenen Raumvolumens frei positioniert werden können.
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In
einer weiteren Variation der Erfindung kann der Manipulator durch
einen manuellen Manipulator ausgestaltet werden, der dann als Handwerkzeug
ausgelegt würde
und der auf eine der oben für die
Roboterhand 17 beschriebene Weise anhand der Kalibrationsplatte 18 der
Vorrichtung kalibriert und mit den Fixierelementen 9 verbunden
wird. Auf einem mit dem Handwerkzeug verbundenen Display wird die
Position des Fixierelementes, mit dem das Handwerkzeug verbunden
ist, abgelesen, so dass es möglich
ist, nach dem Lösen
der genannten Riegel auf eine ähnliche
Weise wie vom Roboter 1 durchgeführt das Werkzeug in eine Position
zu bewegen, in der das Werkzeug das Fixierelement 9 in
die gewünschte Position
in der x-, y- und z-Richtung bewegt. Wenn die gewünschte Position
erzielt ist, dann werden die Schienen in derselben Weise wie oben
dargestellt verriegelt. Um bei Verwendung des Handwerkzeugs Genauigkeit
im Einstellverfahren zu gewährleisten, wird
dieses an einem Ausgleichsmechanismus aufgehängt, der sich in der x- und
der y-Richtung über die
Einspannvorrichtung bewegen kann. Die Messung der Position des Handwerkzeugs
in Bezug auf die Vorrichtung wird in diesem Fall von einem Laserpositionssensor
ausgeführt,
der per Laser die Position des Handwerkzeugs im Sinne der drei Raumkoordinaten
misst und die aktuelle Position des Handwerkzeugs bzw. die Position
des Befestigungspunktes für
das von dem Handwerkzeug gehaltene Fixierelement auf einem Display
anzeigt, so dass der Bediener des Handwerk zeugs die genannte aktuelle Position
kontinuierlich überwachen
und die notwendigen Bewegungen des Handwerkzeugs durchführen kann,
um die gewünschte
Position des Fixierelementes 9 zu erzielen.
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Für die oben
beschriebenen Beispiele wurde erwähnt, dass die Positionen der
Fixierelemente auf der Basis von drei Koordinaten eingestellt werden, die
als lotrecht zueinander ausgerichtet angenommen werden. Es ist jedoch
auch möglich,
andere Koordinaten zu verwenden, die in anderen Winkeln als den
oben angegebenen zueinander ausgerichtet sind.