為實(shí)現(xiàn)更高的裝配品質(zhì)，Premium航空技術(shù)公司為A350謀求新的方向。機(jī)器人承擔(dān)了將絎條粘貼在碳纖維增強(qiáng)塑料機(jī)身上的任務(wù)。可移動(dòng)激光跟蹤儀系統(tǒng)確保了機(jī)器人的準(zhǔn)確定位。
A350與眾不同，機(jī)身是由框架組成，也稱為桁條，用于增強(qiáng)機(jī)身。到目前為止，桁條主要采用鋁材料。一般情況下，桁條采用加工的孔進(jìn)行手工定位。而對(duì)于A350來說，主要采用碳纖維增強(qiáng)塑復(fù)合材料(CFP)制成，這種方法就不能采用。CFP通過高壓釜進(jìn)行硬化，無法進(jìn)行鉆孔。
“桁條也是由CFP復(fù)合材料制成，需要附著在機(jī)身上，”Tim Lewerenz，Premium航空技術(shù)負(fù)責(zé)人解釋道，他主要負(fù)責(zé)桁條固定項(xiàng)目。
作為航空結(jié)構(gòu)件的供應(yīng)商，該公司為空客新型的遠(yuǎn)程飛機(jī)提供大部件，并定于年中發(fā)貨，這包括了整個(gè)前部機(jī)身。“桁條需要精確的固定，以避免后續(xù)的質(zhì)量受影響。手動(dòng)的定位這時(shí)是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樽罱K每月要有多達(dá)13架這種類型的飛機(jī)出廠。我們的目標(biāo)是利用機(jī)器人進(jìn)行飛機(jī)自動(dòng)裝配，需要機(jī)器人能夠像銑床一樣精確工作。”
更具特殊的要求是，為了不損害后續(xù)的生產(chǎn)與裝配過程，A350 XWB的桁條(可以長達(dá)18 m)需要放置在周向，公差要求在? 0.3 mm，在長方向公差要求在? 1 mm。經(jīng)過首次試驗(yàn)，失望的情緒彌漫在諾登哈姆。機(jī)器人需要移動(dòng)3,000 mm，但在2,997 mm時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。第二臺(tái)卻經(jīng)常多移動(dòng)1.5 mm。“0.1%的偏差一開始感覺是臨界的，但考慮到桁條的長度達(dá)到18 m,偏差就很大，我們是不能接受的。”Lewerenz說。
機(jī)器人的制造商Fanuc沒有錯(cuò)誤，因?yàn)閿?shù)據(jù)在機(jī)器人性能指標(biāo)之內(nèi)。這意味著機(jī)器人的工作精度小于銑床，由于重量和力，都能夠引起偏差。汽車行業(yè)一般通過“引導(dǎo)”機(jī)器人的方法進(jìn)行規(guī)避，但是Leweren排除了這種可能性：“整套系統(tǒng)為800架飛機(jī)設(shè)計(jì)，對(duì)樣件進(jìn)行這樣的引導(dǎo)測(cè)量對(duì)我們來說是不經(jīng)濟(jì)的。這也是Premium航空技術(shù)需要所有的編程都要脫機(jī)進(jìn)行的原因，我們需要生產(chǎn)過程的所有環(huán)節(jié)都安排恰當(dāng)。”
Premium航空技術(shù)公司開始尋求通過測(cè)量移動(dòng)機(jī)器人到正確位置的方案，而不是采用引導(dǎo)的方法。一套能夠安置于機(jī)器人頭部的系統(tǒng)。
利用Leica絕對(duì)激光跟蹤儀，采用相機(jī)(也稱為Leica T-Cam)和Leica T-Mac，能夠同時(shí)獲取點(diǎn)的三維坐標(biāo)與空間方位信息(i、j、k或者稱為扭轉(zhuǎn)、角擺與俯仰)。
六維監(jiān)控對(duì)于機(jī)器人來說是重要的(具有六自由度)。這意味著機(jī)器人頭部的位置可以監(jiān)控，包括其方位。
如果需要三個(gè)空間方位(扭轉(zhuǎn)、角擺與俯仰)，它們是由Leica T-Cam測(cè)量Leica T-Mac上的LED分布而確定的。可變的縮放使得這種照相測(cè)量的精度在全工作空間內(nèi)幾乎與距離無關(guān)。
Lewerenz表示：“另外一點(diǎn)關(guān)于跟蹤儀就是測(cè)量結(jié)果能夠反饋，產(chǎn)生可接受的結(jié)果。角度對(duì)我們來說也是重要的，因?yàn)椴考枰S后測(cè)量與檢查。我們還將Leica絕對(duì)激光跟蹤儀用于這個(gè)目的。”在第一個(gè)生產(chǎn)單元有兩臺(tái)機(jī)器人，一臺(tái)固定在地面，另一臺(tái)固定在橫向軸，夾持著桁條的兩端，并將其安裝在機(jī)身部分。
一旦機(jī)器人將桁條安裝在一端，測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)。機(jī)器人告知自身的位置，測(cè)量系統(tǒng)指示機(jī)器人如何進(jìn)行修正。在測(cè)試運(yùn)行階段，需要大概20秒鐘，一旦控制過程實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化，這個(gè)過程將減少到只需要數(shù)秒。隨后，測(cè)量中斷，桁條固定到位，而跟蹤儀可以同時(shí)校準(zhǔn)另外一個(gè)機(jī)器人。
無論如何，Lewerenz將在線使用激光跟蹤儀視為Premium航空技術(shù)公司的巨大優(yōu)勢(shì)。這意味著操作的方法、系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)可靠性是已知的，如果現(xiàn)有跟蹤儀，就不絕對(duì)需要購置新的系統(tǒng)(相應(yīng)的培訓(xùn)費(fèi)用也可以省卻)。
測(cè)試單元希望設(shè)計(jì)成開放的結(jié)構(gòu)，通過中心軟件驅(qū)動(dòng)任何三維測(cè)量系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)最大的靈活性。外部測(cè)量系統(tǒng)在這里優(yōu)于機(jī)器人的內(nèi)部測(cè)量系統(tǒng)。Lewerenz說：“將設(shè)備與測(cè)量系統(tǒng)分離是很重要的，在我看來，這個(gè)概念非常具有未來意義，因?yàn)槲覀兡軌驅(qū)⑦@套優(yōu)化的測(cè)量系統(tǒng)與優(yōu)化的設(shè)備進(jìn)行組合。”
“另外，吸引我們的是不需要采用昂貴的特定機(jī)器，并擴(kuò)充了我們桁條的安裝定位，”項(xiàng)目經(jīng)理補(bǔ)充道。因?yàn)樵赑remium航空技術(shù)公司，很重要的一點(diǎn)在于在生產(chǎn)與裝配領(lǐng)域縮短制造周期。今天，很多手動(dòng)的工作與固定工裝，比如型架，需要這一點(diǎn)。這里的問題在于，他們使得靈活的裝配工作變得困難，比如在一個(gè)產(chǎn)品線上進(jìn)行不同產(chǎn)品的組裝。產(chǎn)品在其生命周期中發(fā)生著變化，我們需要為此提供一定的靈活性。”
“很少的情況下兩架飛機(jī)完全一致，即便只是一個(gè)衛(wèi)生間，它們也會(huì)安裝在不同的位置，飛機(jī)的結(jié)構(gòu)需要相應(yīng)進(jìn)行變化。這也是每個(gè)機(jī)身看起來不一樣的原因。”Lewerenz解釋道。
他認(rèn)為機(jī)器人和移動(dòng)測(cè)量設(shè)備是未來的趨勢(shì)，預(yù)示著機(jī)械工程技術(shù)的轉(zhuǎn)變。這也是他希望項(xiàng)目合作方FFT-Edag能夠開發(fā)并提供交鑰匙解決方案的原因。“我們希望購買一套完工產(chǎn)品。一旦出現(xiàn)問題，只有一個(gè)需要聯(lián)系的伙伴。”Lewerenz說。
他對(duì)海克斯康計(jì)量也提出了要求。Leica激光跟蹤儀的內(nèi)部工作頻率是3,000 Hz，每秒鐘輸出1,000個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，這1,000個(gè)數(shù)據(jù)最大的輸出速率為10 Hz。“我們需要是100 Hz，因?yàn)閮?nèi)部工作頻率大概在100 Hz，我們需要能夠修正每次機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。新型的實(shí)時(shí)接口(Ethercat)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)以1,000 Hz頻率進(jìn)行輸出，這是正確方向上的重要一步。”
新型的制造理念是：根據(jù)飛機(jī)的尺寸使用六個(gè)或者八個(gè)機(jī)器人，每邊采用3臺(tái)或4臺(tái)機(jī)器人夾持桁條。兩行機(jī)器人與兩臺(tái)跟蹤儀獨(dú)立開展工作。
