Roboter auf Nachfrage Mobiles Bearbeiten von Flugzeugteilen

ProsihP II-Gesamtanlage zur Bearbeitung eines A320 Seitenleitwerkes.
ProsihP II-Gesamtanlage zur Bearbeitung eines A320 Seitenleitwerkes.

Schnelles Einmessen und Bearbeiten ist mit konventionellen Portalmaschinen nicht möglich. Besonders bei CFK-Bauteilen können Bearbeitungsfehler nicht verhindert werden. Doch mit parallel arbeitenden Robotern will das IFAM die mobile und hochpräzise Bearbeitung von CFK-Großbauteilen vereinfachen.

Schnelles Einmessen und Bearbeiten ist mit den derzeit eingesetzten, kostspieligen, konventionellen Portalmaschinen nicht möglich. Besonders bei Bauteilen aus carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) kann die Prozessüberwachung Bearbeitungsfehler nicht verhindern. Dadurch wird das Material immer wieder irreparabel beschädigt wodurch hohe Ausschusskosten entstehen. Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM will jedoch weg von individuell zugeschnittenen Sondermaschinen für einen speziellen Prozess und hin zu universell einsetzbaren, mobilen Robotern. Gemeinsam mit ihren Partnern präsentierten das Institut nun das intelligente Frässystem das im Rahmen des Projekts »Prozesssichere hochproduktive Präzisionszerspanung von CFK-Großstrukturen (ProsihP II)« entwickelt wurde.

Die Projektmitarbeiter von ProsihP II haben sich ihre Entwicklungsziele in den letzten drei Jahren klar gesteckt:

  • Eine Basis für ein modulares System aus fahrbaren Robotern, das sich an fast alle Bauteilgeometrien und Bauteilabmessungen anpasst.
  • Die Möglichkeit der Kombination mehrerer Roboter im gleichzeitigen Einsatz für eine sehr viel schnellere Bearbeitung von CFK-Großbauteilen.
  • Wandlungsfähigkeit, indem sich mobile robotische Einheiten mit wechselbaren Endeffektoren für eine Vielzahl weiterer Prozesse in der Produktion nutzen lassen.
  • Die Entwicklung eines hochpräzisen Roboters, welcher durch seine genaue Bahnführung neue Anwendungsfelder erschließt.
  • Eine kontinuierliche Prozessüberwachung, die den Prozess bei steigendem Fehlerrisiko rechtzeitig wieder zurück in ein sicheres Prozessfenster bringt, bevor ein Schaden entsteht.

Um ein hoch flexibles Maschinenkonzept und die gewünschten Freiheitsgrade zur Positionierung von Bearbeitungssystemen am Bauteil zu ermöglichen, wurde eine fahrbare Plattform für Industrieroboter entwickelt. Das Automatisierungs-Team des IFAM hat in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern ein mobiles Trägerfahrzeug für austauschbare und herstellerunabhängig wählbare Schwerlastroboter entwickelt. Die kosteneffiziente und aus marktüblichen Komponenten aufgebaute Bewegungsplattform setzt für die Prozessdurchführung mit drei Stützen statisch bestimmt auf dem Boden auf. Destabilisierende Effekte des Fahrwerks können so vermieden werden. Für einen Ortswechsel fährt die Plattform ihre drei Räder über die St&

Außerdem lassen sich Industrieroboter mit bis zu drei Tonnen Gewicht auf die universelle Anschlussplatte der fahrbaren Plattform montieren. Für das Projekt waren die Anforderungen an die absolute Positionier- und Bahngenauigkeit des Gesamtsystems aus Roboter und Bearbeitungsplattform so hoch, dass es notwendig war die Leistungsfähigkeit des gewählten Roboters zu steigern. Dazu wurde die Roboterkinematik mit einer CNC-Steuerung (Siemens SINUMERIK 840D sl) ausgestattet, kompatible Motoren eingebaut und abtriebsseitige Winkelmesssysteme an jeder Achse zur Korrektur von Positionsabweichungen ergänzt.

Ein weiterentwickeltes Kamerasystem ermittelt zusätzlich die aktuelle Pose des Roboters für eine Echtzeitkorrektur durch Abgleich mit den Soll-Daten. Die Vorgehensweise und die verwendeten Technikbausteine haben den Vorteil, dass sie sich auf jede Roboterkinematik anwenden lassen.

Die selbsttätige Anpassung mobiler, robotergestützter Fräsprozesse wurde an differierenden Bauteilgeometrien und -positionen bei einer sieben mal zwei Meter großen CFK-Seitenleitwerksschale des Airbus A320 erfolgreich getestet. Das System ist jedoch auch für Bauteile mit Längen von bis zu 30 Metern ausgelegt. Damit ist es für unterschiedliche Flugzeug-Primärstrukturen wie Flügelschalen oder Rumpfsegmente anwendbar. Darüber hinaus eignet sich der mobile Bearbeitungsroboter mit geringen Modifikationen unter anderem für Arbeiten an Rotorblätter von Windkraftanlagen, Strukturen von Schienenfahrzeugen oder Großbauteile im Schiffsbau.