DE102006019917A1

DE102006019917A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Sicherung der Maßhaltigkeit von mehrsegmentigen Konstruktionsstrukturen beim Zusammenbau

Info

Publication number: DE102006019917A1
Application number: DE102006019917A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Stark; Jörg SCHRICKEL; Oliver Kraatz; Dirk Gross
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2026-04-29
Also published as: BRPI0710798A8; BRPI0710798A2; RU2008142266A; EP2013670A1; ATE512392T1; CN101427191A; DE102006019917B4; CA2646537C; RU2440594C2; CN101427191B; US20100049354A1; EP2013670B1; JP2009535612A; CA2646537A1; US8082052B2; WO2007125097A1; JP5226666B2

Abstract

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Sicherung der Maßhaltigkeit von mehrsegmentigen Konstruktionsstrukturen, insbesondere Flugzeugstrukturen, beim Zusammenbau mit den Schritten: Einrichten eines raumfesten dreidimensionalen Koordinatensystems (90), welches die spätere zusammengebaute Konstruktionsstruktur einschließt; Einbringen mehrerer zusammenzubauender Segmente (31, 32, 33) der Konstruktionsstruktur in das raumfeste dreidimensionale Koordinatensystem (90); wiederholtes Erfassen der Positionen der einzelnen Segmente (31, 32, 33) und bereits zusammengebauter Gruppen von Segmenten (31, 32, 33) innerhalb des raumfesten dreidimensionalen Koordinatensystems (90) während des Zusammenbaus; und Korrigieren der Position eines jeweiligen Segments (31, 32, 33) oder einer jeweiligen bereits zusammengebauten Gruppe von Segmenten (31, 32, 33), falls ein jeweiliges Erfassen ergibt, dass die Positionen des jeweiligen Segments (31, 32, 33) oder der jeweiligen bereits zusammengebauten Gruppe von Segmenten (31, 32, 33) außerhalb eines entsprechend einer gewünschten Maßhaltigkeit vorgegebenen Toleranzbandes um einen jeweiligen vorgegebenen Sollwert liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sicherung der Maßhaltigkeit von mehrsegmentigen Konstruktionsstrukturen beim Zusammenbau.
Ohne Beschränkung ihrer allgemeinen Verwendbarkeit werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf den Zusammenbau mehrsegmentiger Flugzeugstrukturen erörtert.
Gegenwärtig angesetzte Produktionsanlagen zur Flugzeugrumpffertigung weisen geometriegebende Elemente auf, unter deren Verwendung die entgültige Außenhautgeometrie erzeugt wird. Diese geometriegebenden Elemente bestehen üblicherweise aus Stahl und sind derart gefertigt, dass der innere Strak der Rumpfschalen so auf ihnen fixiert werden kann, dass die sich ergebende Lage des Außenstraks der Sollkontur entspricht. Dabei ist sicherzustellen, dass sich die geometriegebenden Elemente über den Zeitraum ihrer Verwendung, insbesondere über den Zeitraum der Fertigung eines jeweiligen Flugzeugrumpfes, nur in einer Größenordnung verändern, welche im erträglichen Toleranzband liegt.
Neuere Fertigungsanlagentechnik verzichtet bereits auf diese geometriegebenden Elemente und setzt dafür NC-gesteuerte (Numerically Controlled) Positionierachsen ein. Hierbei wird die Geometrie über das richtige Positionieren der einzelnen Rumpfsegmente zueinander erreicht. Bei dieser Produktionstechnik wie bei der oben angegebenen Produktionstechnik wird am Ende des Gesamtprozesses das Prozessergebnis geprüft. Das ist deshalb notwendig, weil die Produktionsumgebung nicht stabil über die gesamte Prozesszeit bleibt, beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen, geologischen, partiellen Absenkungen oder Anhebungen der Fertigungsstätten und der dergleichen.
Als nachteilhaft bei den zuvor beschriebenen Produktionstechniken hat sich die Tatsache herausgestellt, dass unter bestimmten Gegebenheiten als Ergebnis der Messung am Ende des Gesamtprozesses herausgefunden wird, dass eine nicht tolerierbare Abweichung vorliegt. Dieser Umstand, dass die nicht tolerierbare Abweichung in einem separaten Prozessschritt nach Beendigung aller zuvor abgelaufenen Wertschöpfungsstufen erfolgt, macht diese Fertigungskonzepte wirtschaftlich teuer und unattraktiv.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Sicherung der Maßhaltigkeit von mehrsegmentigen Konstruktionsstrukturen beim Zusammenbau zu schaffen, welche eine Überwachung und gegebenenfalls Korrektur der Maßhaltigkeit zu jedem Zeitpunkt des Produktionsprozesses, vorzugsweise auch kontinuierlich, ermöglichen.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Sicherung der Maßhaltigkeit von mehrsegmentigen Konstruktionsstrukturen, insbesondere Flugzeugstrukturen nach Anspruch 1, eine entsprechende Vorrichtung nach Anspruch 11 und ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 12.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Gegenstandes der Erfindung.
Der Begriff Flugzeugstruktur umfasst beispielsweise den Flugzeugrumpf und/oder Abschnitte des Flugzeugrumpfes, Tragflächen oder Abschnitte der Tragflächen bzw. Leitwerk oder Teile des Leitwerkes.
Das raumfeste Koordinatensystem kann beispielsweise ausgehend von einem Fixpunkt innerhalb der Fertigungsstätte oder von einem Fixpunkt außerhalb der Fertigungsstätte, beispielsweise ausgehend von einem oder mehreren Satelliten, gebildet werden.
Eine geeignete Korrektur der Maßhaltigkeit kann beispielsweise darin bestehen, bei einer festgestellten Nichteinhaltung der gewünschten Maßhaltigkeit zwei miteinander zusammenzubauende Segmente der Konstruktionsstruktur erneut relativ zueinander auszurichten, bevor diese fest miteinander verbunden werden. Auch diese Korrektur der Position eines jeweiligen Segments bzw. einer jeweiligen bereits zusammengebauten Gruppe von Segmenten wird derart vorgesehen, dass die Maßhaltigkeit innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegt. Mit anderen Worten lässt auch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung genau wie jedes andere Mess- und/oder Kontrollverfahren auch gewisse vorzugsweise frei vorgebbare Toleranzen zu.
Zur Überwachung der Positionen innerhalb des raumfesten dreidimensionalen Koordinatensystems sind grundsätzlich die nachstehenden zwei Vorgehensweisen vorzuziehen:

a) Die relative Position der Segmente bzw. Segmentgruppen untereinander innerhalb des raumfesten Koordinatensystems wird überwacht, und die Segmente oder Segmentgruppen werden anhand der erfassten Positionen relativ zueinander ausgerichtet. Die räumliche Lage der fertig zusammengebauten Konstruktionsstruktur innerhalb des raumfesten Koordinatensystems spielt dabei eine untergeordnete Rolle.
b) Die absolute Position der einzelnen Segmente oder Segmentgruppen innerhalb des raumfesten Koordinatensystems wird überwacht, und die Segmente werden anhand von vorgebbaren Soll-Positionen innerhalb des raumfesten Koordinatensystems ausgerichtet. Hierbei spielt die räumliche Lage der fertigen Konstruktionsstruktur innerhalb des raumfesten Koordinatensystems eine bedeutende Rolle.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. die entsprechende Vorrichtung gemäß Anspruch 11 weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass das Ergebnis des Zusammenbaus der Konstruktionsstruktur zu jedem Zeitpunkt während des Zusammenbaus vorhersehbar bzw. korrigierbar ist.
Durch das wiederholte, vorzugsweise kontinuierliche, erfassen der Positionen der einzelnen Segmente oder Segmentgruppen während des gesamten Zeitraums des Zusammenbaus der Konstruktionsstruktur können im Fall der Verwendung geometriegebender Elemente etwaige Abweichungen von der gewünschten Maßhaltigkeit über Beanstandungsverfahren bearbeitet werden, so dass mit Ende des Zusammenbaus die gewünschte Maßhaltigkeit vorliegt und eine unmittelbare Weiterverarbeitung der Konstruktionsstruktur durchgeführt werden kann.
Im Fall der Verwendung numerisch gesteuerter Positioniereinrichtungen können die während des Zusammenbaus ermittelten Geometriedaten unmittelbar verarbeitet und als Regelgröße verwendet werden, so dass am Ende eines idealen Zusammenbauvorgangs keine Abweichungen von der gewünschten Maßhaltigkeit vorliegen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zum berührungslosen Erfassen der Positionen der einzelnen Segmente oder Segmentgruppen Messpunkte während des Zusammenbaus der Konstruktionsstruktur fest an den einzelnen Segmenten oder Segmentgruppen angeordnet bleiben, wobei die Positionen der Messpunkte innerhalb des raumfesten Koordinatensystems und/oder die relative Lage zu verschiedenen Segmenten gehörender Messpunkte erfasst wird. Eine gegebenenfalls erforderliche Korrektur der Positionen erfolgt durch Veränderung der Positionen der Messpunkte innerhalb des raumfesten Koordinatensystems und/oder durch Veränderung der relativen Lage von zu verschiedenen Segmenten gehörenden Messpunkten. Die Messpunkte können beispielsweise die üblicherweise für numerisch gesteuerte Positioniereinrichtungen verwendeten Messpunkte umfassen, wie beispielsweise farbige Markierungen an den einzelnen Segmenten. Vorzugsweise umfassen die Messpunkte an den Segmenten oder Segmentgruppen angeordnete Hilfsvorrichtungen, welche beispielsweise in der Lage sind, satellitengestützte Positionsdaten zu bestimmen und diese Positionsdaten an eine zentrale Steuerungsvorrichtung weiterzuleiten.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das raumfeste Koordinatensystem durch einen Hauptgeber und mehrere Nebengeber gebildet wird, wobei kontinuierlich die Positionen der Nebengeber relativ zum Hauptgeber überwacht werden und bei Abweichungen von voreingestellten Sollwerten der Positionswerte der Nebengeber die Messwerte der Nebengeber korrigiert werden. Hauptgeber kann beispielsweise ein Aufnehmer zur berührungslosen Erfassung der Position eines oder mehrerer Segmente innerhalb des raumfesten Koordinatensystems sein, dessen Position innerhalb der Fertigungsstätte entweder bekannt ist oder dessen Position a priori als Ursprung oder Fixpunkt innerhalb des raumfesten Koordinatensystems verwendet wird. Die Nebengeber können in diesem Fall weitere, vorzugsweise in direkter oder indirekter Sichtverbindung mit dem Hauptgeber stehende, zusätzliche Aufnehmer sein, welche beispielsweise die Positionen von Segmenten erfassen, welche sich auf der dem Hauptgeber abgewandten Seite der Konstruktionsstruktur befinden. Ebenso ist denkbar, das raumfeste Koordinatensystem mittels satellitengestützter Positionsdaten zu bilden. In diesem Fall dienen die jeweiligen zur Positionsbestimmung über dem Horizont stehenden Satelliten als Nebengeber, wobei beispielsweise eine Bodenstation mit bekannten Standort als Hauptgeber fungiert, um Laufzeitfehler und/oder Unschärfen in den satellitengeschützten Positionsdaten zu korrigieren.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Positionen der einzelnen Segmente bzw. der an den einzelnen Segmenten angeordneten Messpunkte von den Gebern des raumfesten Koordinatensystems berührungslos erfasst werden. Hierbei ist vorgesehen, dass die Geber des raumfesten Koordinatensystems beispielsweise Aufnehmer zur berührungslosen Erfassung der Positionen der einzelnen Segmente umfassen, wobei die Position eines Hauptgebers beispielsweise als Ursprung des raumfesten Koordinatensystems verwendet wird und wobei der Hauptgeber primär dazu dient, die Positionen der Nebengeber zu überwachen, um bei Abweichungen von deren Sollpositionen die Messwerte der als Nebengeber fungierenden Aufnehmer zu korrigieren.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Positionen der einzelnen Segmente bzw. der an den einzelnen Segmenten angeordneten Messpunkte von Hilfswerkzeugen überwacht werden, wobei die Positionen der Hilfswerkzeuge innerhalb des raumfesten Koordinatensystems von den Gebern des raumfesten Koordinatensystems kontinuierlich überwacht werden. Hierfür verwendbare Hilfswerkzeuge können beispielsweise die verwendeten numerisch gesteuerten Positionierungseinrichtungen sein, deren jeweilige Position innerhalb der Fertigungsstätte bekannt ist bzw. innerhalb des raumfesten Koordinatensystems überwacht wird. Sofern eine Abweichung der Position eines Hilfswerkzeuges von dessen Soll-Position erkannt wird, gibt es zwei bevorzugte Möglichkeiten, die es zu berücksichtigen gilt:

a) durch eine erneute Positionierung des Hilfswerkzeuges an dessen Soll-Position;
b) durch eine Berechnung der Abweichung der Position des Hilfswerkzeuges von seiner Soll-Position und Berechnung eines diese Abweichung berücksichtigenden Korrekturfaktors für die von diesem Hilfswerkzeug erfassten Positionsdaten und/oder der Steuerungsdaten dieses -Hilfswerkzeuges.

Sofern das raumfeste Koordinatensystem durch satellitengeschützte Koordinationsdaten gebildet wird, ist denkbar, dass die Hilfswerkzeuge Aufnehmer zur berührungslosen Erfassung der Positionen der Segmente und/oder Aufnehmer zur Erfassung mindestens der Außenkontur der bereits zu einem Teil der Konstruktionsstruktur zusammengebauten Segmentgruppen umfassen, wobei diese Aufnehmer mit Mitteln zur Bestimmung deren Position innerhalb des raumfesten Koordinatensystems versehen sind. Diese Positionsdaten können dann beispielsweise dazu verwendet werden, die Messwerte der einzelnen Aufnehmer zu korrigieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das raumfeste Koordinatensystem durch satellitengestützte Positionsdaten gebildet wird, beispielsweise per Galileo oder GPS (Global Positioning System). Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das raumfeste Koordinatensystem in Verbindung mit Wartungsarbeiten an Flugzeugen im Freien verwendet wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das raumfeste Koordinatensystem durch lasergestützte Positionsdaten gebildet wird. So ist beispielsweise denkbar, das raumfeste Koordinatensystem durch mehrere gefächerte Laserstrahlen, sogenannte Laserfächer, zu bilden, welche von den einzelnen Gebern des raumfesten Koordinatensystems ausgesendet werden. Die Laserfächer aller Geber bilden eine Vielzahl von Schnittpunkten entsprechend Koordinaten innerhalb des raumfesten Koordinatensystems. Entweder durch optischer Erfassung der Laserkoordinaten bzw. durch Reflektion auf den Segmenten bzw. den Messpunkten oder durch beispielsweise an den Messpunkten angeordnete lasersensitive Empfänger können die Positionen der einzelnen Segmente der bereits zusammengebauten Segmentgruppen und/oder der Messpunkte überwacht werden. Ebenso ist ein lasergestütztes Koordinatensystem denkbar, bei dem die Koordinaten der Messpunkte durch Laufzeitmessungen ausgehend von den jeweiligen Gebern ermittelt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in dem raumfesten Koordinatensystem primär die für die Maßhaltigkeit der Konstruktionsstruktur maßgebliche relative Lage der Segmente bzw. Segmentgruppen zueinander erfasste wird. Daher ist grundsätzlich denkbar, dass ein weiteres Koordinatensystem eingefügt wird, welches sich ausgehend von der absoluten Position eines ersten Segments innerhalb des raumfesten Koordinatensystems aufspannt und seine Position mit diesem Segment innerhalb des raumfesten Koordinatensystems während des Zusammenbaus verändern kann, so dass die Koordinaten der einzelnen Segmente innerhalb des weiteren Koordinatensystems bei einer Änderung der Position des ersten Segments innerhalb des raumfesten Koordinatensystems unverändert bleiben. Dabei bleibt die Relation der Koordinaten der einzelnen Segmente zueinander innerhalb dieses weiteren Koordinatensystems unverändert.
Einer weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass im raumfesten Koordinatensystem primär die für die Maßhaltigkeit der Konstruktionsstruktur maßgebliche absolute Lage der Segmente bzw. Segmentgruppen innerhalb des raumfesten Koordinatensystems erfasst wird. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur kontinuierlichen Überwachung der Maßhaltigkeit der Konstruktionsstruktur anstelle eines Erfassens der Positionen der einzelnen Segmente bzw. Segmentgruppen innerhalb des raumfesten Koordinatensystems oder zusätzlich eine berührungslose Erfassung der zumindest einen Teil des Außenstraks wiedergebenden äußeren Kontur der bereits zusammengesetzten und/oder positionierten sowie vorzugsweise des oder der im jeweiligen Arbeitsschritt anzufügenden Segmente oder Segmentgruppen erfolgt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 zeigt ein Fließdiagramm zum Illustrieren des Ablaufs einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 1.
In einem nicht dargestellten vorbereitenden Verfahrensschritt wird ein raumfestes dreidimensionales Koordinatensystem in dem Bereich eingerichtet, in dem später aus mehreren einzelnen Segmenten eine Konstruktionsstruktur in Form einer Flugzeugstruktur zusammengesetzt werden soll, so dass das raumfeste dreidimensionale Koordinatensystem die fertige Flugzeugstruktur einschließt.
In einem ebenfalls nicht dargestellten zweiten vorbereitenden Verfahrensschritt werden zum kontinuierlichen berührungslosen Erfassen der Positionen der einzelnen Segmente innerhalb des eingerichteten raumfesten dreidimensionalen Koordinatensystems Messpunkte (auch als Targets bezeichnet) an den einzelnen Segmenten fest angebracht.
Nach Abschluss der beiden vorbereitenden Verfahrensschritte läuft das in 1 dargestellte Hauptverfahren an.
In einem ersten Hauptverfahrensschritt a) werden die mit den Targets versehenen Segmente eingetaktet bzw. eingebucht, also die Lage der Targets auf den einzelnen Segmenten, die Art der Segmente und die Position der Segmente innerhalb der zusammenzubauenden Flugzeugstruktur bestimmt.
In einem zweiten Hauptverfahrensschritt b) gelangt ein erstes Segment in den Erfassungsbereich von das raumfeste dreidimensionale Koordinatensystem bildenden Gebern. Die Lage sowie die Position des ersten Segments innerhalb des raumfesten Koordinatensystems wird dabei ermittelt bzw. gemäß Vorgabewerten eingestellt. Die Erfassung der Position und der Lage des ersten Segments kann beispielsweise optisch mittels Kameras und geeigneter Bildverarbeitungsalgorithmen erfolgen. Es ist aber auch denkbar, nur die Targets zu verwenden, um beispielsweise ähnlich einem satellitengestützten Navigationssystem, wie etwa GPS, innerhalb des raumfesten Koordinatensystems Positionsdaten der einzelnen Targets zu bestimmen. Aufgrund der beim Eintakten bzw. Einbuchen in Schritt a) gewonnenen Erkenntnisse über die Art, die Verwendung und die Abmessungen des jeweiligen Segments sowie gegebenenfalls einer verwendeten Kennung der Targets wird die Solllage des jeweiligen Segments innerhalb des raumfesten Koordinatensystems bestimmt bzw. eine Abweichung davon bestimmt.
In einem dritten Hauptverfahrensschritt c) fahren das erste Segment tragende numerisch gesteuerte Positioniereinrichtungen das erste Segment auf die exakte Soll-Position entsprechend seiner späteren Anordnung innerhalb der gesamten Flugzeugstruktur.
Ein vierter Hauptverfahrensschritt d) sieht eine während des gesamten Zusammenbauprozesses andauernde Kontrolle dieser Position vor, welche sich beispielsweise aufgrund von Temperatureinflüssen verändern kann.
Mit anderen Worten wird im Hauptverfahrensschritt d) ein wiederholtes Erfassen der Position und Lage des ersten Segments innerhalb des raumfesten dreidimensionalen Koordinatensystems während des gesamten Zusammenbauvorgangs zyklisch durchgeführt.
Dabei bilden der dritte und vierte Hauptverfahrensschritt c) bzw. d) einen Regelkreis RK, sofern eine Veränderung der Position beispielsweise aufgrund von Temperatureinflüssen festgestellt wird, das erste Segment wird erneut auf seine exakte Soll-Position gefahren.
Stimmt die Ist-Position des ersten Segments mit seiner Soll-Position überein, so wird das erste Segment in einem fünften Hauptverfahrensschritt e) stabilisiert.
In einem sechsten Hauptverfahrensschritt f) wird die Übereinstimmung der Soll-Position mit der Ist-Position erfasst und zur Qualitätskontrolle festgehalten.
Die zuvor beschriebenen Hauptverfahrensschritte a) bis f) werden für jedes einzelne Segment nacheinander ausgeführt und dann zyklisch wiederholt, bis alle die gesamte Flugzeugstruktur bildenden Segmente verbaut sind und die Flugzeugstruktur fertig zusammengebaut ist.
Das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform kann beispielsweise bei einem Zusammenbau großformatiger Flugzeugstrukturen vorteilhaft eingesetzt werden. Prinzipiell ist das Verfahren auch dann anwendbar, wenn ein hochgenauer, präziser Flügelprozess von kleineren Teilen von Flugzeugstrukturen oder anderen Strukturen durchgeführt werden soll, welcher sich über einen längeren Zeitraum von mehreren Stunden oder von mehreren Tagen erstrecken kann.
Basis für die erfolgreiche Durchführung des Verfahrens sowie das Erreichen der mit dem Verfahren verbundenen Vorteile ist die Implementierung von ausreichend präziser dreidimensionaler Messtechnik im Fertigungsprozess, so dass die für das Qualitätsurteil relevanten Messpunkte zu jedem Zeitpunkt überwacht werden können bzw. jeder Messpunkt als dreidimensionaler Koordinatenwert permanent zur Verfügung steht.
Folgende Varianten sind bei einer solchen Online-Überwachung denkbar:

a) Überwachung von Punkten, die sich im Umfeld der eigentlichen Prozessumgebung befinden und Bildung einer entsprechenden Korrelation zwischen einer Veränderung der überwachten Punkte und der festgestellten Veränderungen der Flugzeugrumpfgeometrie;
b) Direkte permanente geometrische Vermessung der relevanten Flugzeugrumpfkoordinaten und entsprechende Berechnung eines Korrekturwertes bei festgestellten Veränderungen, der als Steuerbefehl an die numerisch gesteuerten Positioniereinrichtungen weitergegeben wird.

Das Verfahren stellt sicher, dass zu jedem Zeitpunkt während des Zusammenbaus der Flugzeugstruktur aus den mehreren Segmenten gewährleistet ist, dass die Maßhaltigkeit der zusammengebauten Flugzeugstruktur eingehalten werden kann und dies als Endergebnis des Zusammenbaus bekannt ist. Weiterhin kann durch Anwendung des Verfahrens unmittelbar nach dem Zusammenbau eine Weiterbearbeitung des Flugzeugrumpfes erfolgen, da die Qualitätskontrolle und die Überprüfung der Maßhaltigkeit bereits während des Zusammenbaus kontinuierlich durchgeführt bzw. protokolliert wurde. Darüber hinaus verringern sich durch das Verfahren Nachbearbeitungskosten und Ausschuss erheblich, da der gesamte Zusammenbau kontinuierlich auf der Maßhaltigkeit der fertigen Flugzeugstruktur kontrolliert und gegebenenfalls korrigiert wird.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 1.
Ein eine aus mehreren Segmenten 31, 32, 33 zusammenzubauende Flugzeugstruktur 30 einschließendes raumfestes Koordinatensystem 90 wird durch einen Hauptgeber 10 und mehrere Nebengeber 11, 12, 13 gebildet. Die Nebengeber 11, 12, 13 stehen alle in direkter Sichtverbindung mit dem Hauptgeber 10, der kontinuierlich die Position der Nebengeber 11, 12, 13 überwacht, um gegebenenfalls auftretende Positionsverschiebungen der Nebengeber einer zentralen Recheneinheit 20 mitzuteilen. Die Positionen von hinter der Flugzeugstruktur 30 angeordneten Nebengebern können beispielsweise über indirekte Sichtverbindungen durch Kopplung über die in direkter Sichtverbindung stehenden Nebengeber 11, 12, 13 überwacht werden.
Die Flugzeugstruktur 30 wird aus den mehreren Segmenten 31, 32, 33 zusammengebaut. Um die Position und Lage der einzelnen Segmente 31, 32, 33 innerhalb des raumfesten Koordinatensystems 90 erfassen zu können, sind Targets 40 an den Segmenten 31, 32, 33 angeordnet, welche von den Gebern 10, 11, 12, 13 berührungslos erfasst werden können. Durch Interferenz- oder Laufzeitmessung beispielsweise über Laserstrahlen von den mehreren Gebern 10, 11, 12, 13 aus können die Positionen der Targets 40 innerhalb des raumfesten Koordinatensystems 90 bestimmt werden. Nachdem die Zuordnung der Targets 40 zu den einzelnen Segmenten 31, 32, 33 beispielsweise aufgrund Korrelation der gemeinsamen Bewegung der Targets 40 miteinander beim Einbringen eines jeweiligen Segments 31, 32, 33 in das raumfeste Koordinatensystem 90 und den Erfassungsbereich der Geber 10, 11, 12, 13 oder durch das Eintakten bzw. Einbuchen der Segmente 31, 32, 33 bekannt ist, können anhand der Positionen der Targets 40 die Positionen der Segmente 31, 32, 33 innerhalb des raumfesten Koordinatensystems 90 mittels der zentralen Recheneinheit berechnet werden.
Die einzelnen Segmente 31, 32, 33 werden mittels numerisch gesteuerten Positioniereinrichtungen 50, welche an verstellbaren Bauvorrichtungen 51 angeordnet sind, entsprechend den erfassten Positionsdaten und der berechneten Lage auf ihre Soll-Positionen bzw. Solllagen gebracht. Die zentrale Recheneinheit 20 steuert dabei die NC-Positioniereinrichtungen 50.
Der Zusammenbau der Flugzeugstruktur 30 läuft bei dem vorliegenden Beispiel folgendermaßen ab.
Zunächst wird ein erstes Segment 31 in das Koordinatensystem 90 und damit in den Erfassungsbereich Geber 10, 11, 12, 13 eingebracht. Anhand der a priori vorgegebenen Position dieses Segments 31 innerhalb der Flugzeugstruktur 30 wird das Segment 31 im Koordinatensystem 90 positioniert und ausgerichtet. Ein zweites Segment 32 wird nun ebenfalls in das Koordinatensystem 90 eingebracht, positioniert und im Koordinatensystem absolut oder relativ zum ersten Segment 31 ausgerichtet, so dass beide Segmente 31, 32 gemeinsam die Maßhaltigkeit des von diesen beiden Segmenten 31, 32 gebildeten Teils der Flugzeugstruktur 30 sicherstellen. Anschließend werden die beiden Segmente 31, 32 fest miteinander verbunden.
Dann wird ein drittes Segment 33 eingebracht und relativ zu den bereits zusammengebauten Segmenten 31, 32 der Flugzeugstruktur positioniert und ausgerichtet. Die Targets 40 des bereits zusammengebauten Teils können von der zentralen Recheneinheit 20 zu einem neuen, die beiden Segmente 31, 32 umfassenden Segment gruppiert werden.
Eine Abweichung von der Maßhaltigkeit wird während des Zusammenbaus der Flugzeugstruktur 30 dann festgestellt, wenn bei der Positionierung und Ausrichtung des Segments 32 in Relation zu dem aus den Segmenten 31, 32 zusammengebauten Teil der Flugzeugstruktur 30 festgestellt wird, dass deren Positionen absolut oder relativ zueinander außerhalb einer vorgegebenen maximal zulässigen Toleranz liegen.
Grundsätzlich ist denkbar, das raumfeste Koordinatensystem mittels satellitengeschützter Positionsdaten zu bilden. In diesem Fall dienen die jeweiligen zur Positionsbestimmung über dem Horizont stehenden Satelliten als Nebengeber, wobei beispielsweise eine Bodenstation mit bekanntem Standort als Hauptgeber fungiert, um Laufzeitfehler und/oder Unschärfen in den satellitengeschützten Positionsdaten zu korrigieren. Die Targets können in diesem Fall beispielsweise für den Zeitraum des Zusammenbaus der Flugzeugstruktur fest an den Segmenten angeordnete DGPS(Differential-GPS)-Empfänger umfassen, die ihre Positionsdaten an die zentrale Recheneinheit weiterleiten.
Ebenso kann das raumfeste Koordinatensystem beispielsweise lasergeschützt sein, wobei lokal beispielsweise durch Aussen den von Laserstrahlen oder von Laserstrahlfächern von den Gebern des raumfesten Koordinatensystems ein räumliches Netz von Koordinaten gebildet wird, innerhalb dem die Positionen beispielsweise der Messpunkte bestimmbar sind. Ebenfalls ist denkbar, Laufzeitmessungen von an der Oberfläche der einzelnen Segmente reflektierten Laserstrahlen durchzuführen. Hierzu werden beispielsweise die Messpunkte von Laserstrahlen mehrerer Geber angepeilt und beispielsweise die diffuse Rückstrahlung detektiert, wobei durch geeignete Modulation des Laserlichts die Laufzeiten der einzelnen Laserstrahlen berechnet werden können.
Obwohl die vorliegenden Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand einer Flugzeugstruktur erläutert worden ist, ist sie nicht auf die Verwendung bei der Herstellung von Flugzeugstrukturen beschränkt. Es ist beispielsweise denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung insbesondere von großformatigen Leichtbaustrukturen in anderen technischen Gebieten einzusetzen, bei denen ebenfalls eine sehr hohe Maßhaltigkeit gefordert ist, wie etwa bei der Herstellung von Trägersystemen in der Raumfahrt oder Schifffahrt.

10: Hauptgeber
11, 12, 13: Nebengeber
20: zentrale Recheneinheit
30: Flugzeugstruktur
31, 32, 33: Segment
40: Target
50: numerisch gesteuerte Positioniereinrichtung
51: verstellbare Bauvorrichtung
90: raumfestes Koordinatensystem

Claims

Verfahren zur Sicherung der Maßhaltigkeit von mehrsegmentigen Konstruktionsstrukturen, insbesondere Flugzeugstrukturen, beim Zusammenbau mit den Schritten: Einrichten eines raumfesten dreidimensionalen Koordinatensystems (90), welches die spätere zusammengebaute Konstruktionsstruktur einschließt; Einbringen mehrerer zusammenzubauender Segmente (31, 32, 33) der Konstruktionsstruktur in das raumfeste dreidimensionale Koordinatensystem (90); wiederholtes Erfassen der Positionen der einzelnen Segmente (31, 32, 33) und bereits zusammengebauter Gruppen von Segmenten (31, 32, 33) innerhalb des raumfesten dreidimensionalen Koordinatensystems (90) während des Zusammenbaus; und Korrigieren der Position eines jeweiligen Segments (31, 32, 33) oder einer jeweiligen bereits zusammengebauten Gruppe von Segmenten (31, 32, 33), falls ein jeweiliges Erfassen ergibt, dass die Positionen des jeweiligen Segments (31, 32, 33) oder der jeweiligen bereits zusammengebauten Gruppe von Segmenten (31, 32, 33) außerhalb eines entsprechend einer gewünschten Maßhaltigkeit vorgegebenen Toleranzbandes um einen jeweiligen vorgegebenen Sollwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen der Positionen Messpunkte (40) an den einzelnen Segmenten (31, 32, 33) fest angeordnet werden, deren Positio nen erfasst werden, und dass das Korrigieren der Positionen durch Korrigieren der Positionen der Messpunkte (40) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das raumfeste Koordinatensystem (90) durch einen Hauptgeber (10) und mehrere Nebengeber (11, 12, 13) gebildet wird, und dass die Positionen der Nebengeber (11, 12, 13) durch den Hauptgeber (10) überwacht werden, und dass bei Abweichung von voreingestellten Soll-Werten der Messwerte der Nebengeber (11, 12, 13) die Messwerte der Nebengeber (11, 12, 13) korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen vom Hauptgeber (10) und den Nebengebern (11, 12, 13) berührungslos erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen von Hilfswerkzeugen (50) überwacht werden, wobei die Positionen der Hilfswerkzeuge (50) innerhalb des raumfesten Koordinatensystems (90) kontinuierlich überwacht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das raumfeste Koordinatensystem (90) durch satellitengeschützte Positionsdaten gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das raumfeste Koordinatensystem (90) durch lasergestützte Positionsdaten gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem raumfesten Koordinatensystem (90) die relative Lage der Segmente (31, 32, 33) zueinander erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem raumfesten Koordinatensystem (90) die absolute Lage der Segmente (31, 32, 33) innerhalb des raumfesten Koordinatensystems (90) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen der Positionen die äußere Kontur der Segmente (31, 32, 33) oder Segmentgruppen erfolgt.
Vorrichtung zur Sicherung der Maßhaltigkeit von mehrsegmentigen Konstruktionsstrukturen, insbesondere Flugzeugstrukturen, beim Zusammenbau mit: einer Einrichtung zum Einrichten eines raumfesten dreidimensionalen Koordinatensystems (90), welches die spätere zusammengebaute Konstruktionsstruktur einschließt; einer Einrichtung zum Einbringen mehrerer zusammenzubauender Segmente (31, 32, 33) der Konstruktionsstruktur in das raumfeste dreidimensionale Koordinatensystem (90); einer Einrichtung zum Erfassen der Positionen der einzelnen Segmente (31, 32, 33) und bereits zusammengebauter Gruppen von Segmenten (31, 32, 33) innerhalb des raumfesten dreidimensionalen Koordinatensystems (90) während des Zusammenbaus; und einer Einrichtung zum Korrigieren der Position eines jeweiligen Segments (31, 32, 33) oder einer jeweiligen bereits zusammengebauten Gruppe von Segmenten (31, 32, 33), ansprechend auf eine Ausgabe der Erfassungseinrichtung, dass die Positionen des jeweiligen Segments (31, 32, 33) oder der jeweiligen bereits zusammengebauten Gruppe von Segmenten (31, 32, 33) außerhalb eines entsprechend einer gewünschten Maßhaltigkeit vorgegebenen Toleranzbandes um einen jeweiligen vorgegebenen Sollwert liegt.
Computerprogrammprodukt, gespeichert auf einem in Verbindung mit einem Computer verwendbaren Medium mit computerlesbaren Programmmitteln, welche bei der Ausführung auf einem Computer diesen dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.