DE60108735T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Befestigung von Flugzeugteilen - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • 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.
  • STAND DER TECHNIK
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens, wie in den unabhängigen Ansprüchen charakterisiert ist.
  • Ein Vorteil dieses Zusammenbauverfahrens besteht darin, dass die Vorrichtung eine variable Einstellung der Fixierelemente zulässt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 illustriert die Vorrichtung und einen damit zusammenwirkenden Industrieroboter, um die Fixierelemente an der Einspannvorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren einzustellen;
  • 2 zeigt dieselbe Vorrichtung wie in 1 aus einer anderen Sicht, wobei zusätzlich ein Flugzeugzellenabschnitt an der positionierten Vorrichtung befestigt ist;
  • 3 ist eine schematische Darstellung einer Führungsschiene mit ihrem zusätzlichen Fixierelement.
  • BESCHREIBUNG DER AUSGESTALTUNGEN
  • Eine Reihe von Beispielen der Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das Fixierelement 9 kann ersetzt werden, so dass es an verschiedene Typen von festen Objekten wie z.B. Rahmen oder Außenhäute angepasst werden kann.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (17)

  1. Verfahren zum Regulieren einer Vorrichtung (2) zum Zusammenbauen von Flugzeugzellenstücken für ein Luftfahrzeug, wobei die Vorrichtung aus einer Einspannvorrichtung (3) besteht, umfassend Hauptschienen (7), die parallel zueinander über die Einspannvorrichtung (3) entlang einer ersten x-Koordinate gleiten können, und auf jeder Hauptschiene (7) eine Reihe von Führungsschienen (8), die sowohl parallel zueinander über die Hauptschiene (7) entlang einer zweiten y-Koordinate gleiten und axial entlang einer dritten z-Koordinate gleiten können, und mit einem Fixierelement (9) am Ende der Führungsschiene (8), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Ergreifen des Fixierelementes (9) einer Führungsschiene (8) durch einen Manipulator (1), wonach das Fixierelement (9) von dem Manipulator (1) in der x-, y- und z-Richtung bewegt wird, so dass das Fixierelement (9) eine vorbestimmte Position im Raum einnimmt, b) Verriegeln der Position des Fixierelementes (9) im Raum in Bezug auf die Einspannvorrichtung (3) durch eine automatische Verriegelungsfunktion, c) Wiederholen der Schritte a und b für eine vorbestimmte Anzahl von Fixierelementen (9).
  2. Verfahren nach Anspruch 1 für das genannte Regulieren der Vorrichtung (2), umfassend die folgenden Schritte: a) Ergreifen und Bewegen des Fixierelementes durch den Manipulator, wobei während der Bewegung des Fixierelementes: a1) die Hauptschiene (7), mit der das Fixierelement (9) verbunden ist, parallel zur x-Richtung verschoben wird, a2) die Führungsschiene (8), mit der das Fixierelement (9) verbunden ist, parallel zur y-Richtung verschoben wird, a3) die Führungsschiene (8) axial in der z-Richtung verschoben wird, so dass ihr Fixierelement (9) auf einer bestimmten z-Koordinate eingestellt wird, a4) die Hauptschiene (7) und die Führungsschiene (8), wenn das Fixierelement (9) seine vorbestimmte Position eingenommen hat, von der genannten automatischen Verriegelungsfunktion verriegelt werden, b) Ergreifen, für eine Führungsschiene (8) auf der Hauptschiene (7), des Fixierelementes (9) einer Führungsschiene (8) durch einen Manipulator (1), wonach das Fixierelement (9) von dem Manipulator (1) in der x-, y- und z-Richtung bewegt wird, so dass das Fixierelement (9) veranlasst wird, eine vorbestimmte Position im Raum anzunehmen, und wobei während der Bewegung des Fixierelementes (9): b1) die Führungsschiene (8), mit der das Fixierelement (9) verbunden ist, parallel zur y-Richtung verschoben wird, b2) die Führungsschiene (8) axial in der z-Richtung verschoben wird, so dass ihr Fixierelement (9) auf einer bestimmten z-Koordinate eingestellt wird, b3) die Führungsschiene (8), wenn das Fixierelement (9) seine vorbestimmte Position eingenommen hat, durch eine automatische Verriegelungsfunktion verriegelt wird, c) die Schritte a und b für jede Hauptschiene (7) wiederholt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einstellen der Fixierelemente (9) mit Hilfe eines separaten Industrieroboters erfolgt, der hierin den genannten Manipulator (1) bildet.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Robotersteuersystem Informationen über die Position der Einspannvorrichtung (3) von wenigstens einem auf der Einspannvorrichtung (3) befindlichen Referenzkörper (18) holt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einstellen der Fixierelemente (9) mit Hilfe eines Portalroboters erfolgt, der hierin den genannten Manipulator (1) bildet und der so angeordnet ist, dass er rittlings auf der Einspannvorrichtung (3) sitzt und entlang der Einspannvorrichtung (3) laufen kann.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einstellen der Fixierelemente (9) mit Hilfe eines Handwerkzeugs erfolgt, das hierin den genannten Manipulator (1) bildet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Position des Handwerkzeugs mit einer Messvorrichtung wie z.B. einem Laserinstrument gemessen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem während des Vorrichtungsregulierungsvorgangs das Handwerkzeug von einer Auflagevorrichtung abgestützt wird, die entlang der Einspannvorrichtung (3) bewegt werden kann.
  9. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Fixierelement (9) einen Kupplungsteil (19) und der Manipulator eine komplementäre Kupplungskomponente (20) hat, die während des Regulierens der Vorrichtung (2) miteinander verkuppelt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine durch die genannten Kupplungskomponenten (19, 20) erzeugte Kupplung Mittel zum Übertragen eines Mediums hat, das den oder die Riegel aktiviert oder deaktiviert, der/die mit dem Fixierelement (9) assoziiert ist/sind, das von dem Manipulator (1) eingestellt wird, und wobei das genannte Medium von dem Manipulator (1) geliefert wird.
  11. Vorrichtung zum Zusammenbauen von Flugzeugzellenstücken in einem Luftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus einer Einspannvorrichtung (3) besteht, umfassend Hauptschienen (7), die parallel zueinander über die Einspannvorrichtung (3) entlang einer ersten x-Koordinate gleiten können, und auf jeder Hauptschiene (7) eine Reihe von Führungsschienen (8), die sowohl parallel zueinander über die Hauptschiene (7) entlang einer zweiten y-Koordinate als auch axial entlang einer dritten z-Koordinate gleiten können, und am Ende der Führungsschiene (8) sich ein Fixierelement (9) befindet.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptschienen auf eine solche Weise gleiten können, dass eine Reihe von an den Schienen (7, 8) angebrachten Fixierelementen (9) frei in drei x-, y-, z-Koordinaten im Raum innerhalb eines bestimmten Volumens positioniert werden können.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Hauptschienen (7) in parallel angeordneten Trägern (5, 6) gleiten können, die einen Teil des Rahmens in der Einspannvorrichtung (3) bilden.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Hauptschienen (7) mit Riegeln ausgestattet sind, so dass die Hauptschienen an den genannten Trägern (5, 6) verriegelt werden können.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschienen (8) in einem Schlitten (10) angeordnet sind, wobei der Schlitten (10) entlang der Hauptschiene (7) mit Hilfe von Führungen (11) gleitet, und wobei sich die Führungsschiene mit Hilfe von Gleitlagern relativ zu dem Schlitten in seiner axialen Richtung bewegen kann.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (10) mit Riegeln ausgestattet ist, mit denen der Schlitten (10) an der Hauptschiene (7) verriegelt wird, über die der Schlitten (10) läuft, und die in dem Schlitten (10) laufende Führungsschiene (8) an dem genannten Schlitten (10) verriegelt wird.
  17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Riegel mit pneumatischen, hydraulischen oder elektrischen Kraftübertragungsmitteln geöffnet und geschlossen werden.
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