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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur räumlichen Ausrichtung von mindestens
zwei großformatigen
Untergruppenbauteilen, insbesondere mindestens einer Seitenschale,
mindestens einer Oberschale, mindestens einer Unterschale und/oder mindestens
eines Fußbodengerüstes, in
Relation zueinander zur Integration eines Bauteils, insbesondere
einer Rumpfsektion eines Flugzeugs.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur räumlichen Ausrichtung von mindestens
zwei Untergruppenbauteilen.
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Im
modernen Flugzeugbau werden Rumpfzellen üblicherweise in der so genannten
Sektionsmontage gefertigt. Hierbei werden Untergruppenbauteile,
wie beispielsweise Seitenschalen, Ober- und Unterschalen sowie Fußbodengerüste und
gegebenenfalls weitere Systemkomponenten, wie zum Beispiel technische
Ausrüstungssysteme,
zu einer Rumpfsektion integriert. Die vollständige Rumpfzelle eines Flugzeugs
wird dann aus einer Vielzahl von hintereinander angeordneten Rumpfsektionen
gebildet.
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Gegenwärtig eingesetzte
Produktionsanlagen zur Rumpfzellenfertigung verfügen über Positioniereinrichtungen,
unter deren Zuhilfenahme die Untergruppenbauteile aufgenommen und
im Raum in Relation zueinander ausgerichtet werden. Die notwendigen
Daten für
die Ausrichtung werden mittels einer geeigneten Messeinrichtung
ermittelt. Die eigentliche Ausrichtung erfolgt dann manuell gesteuert in
einem iterativen Prozess. Hierbei müssen jedoch neben der geforderten
hohen Passgenauigkeit insbesondere auch die auf die Untergruppenbauteile
einwirkenden Kräfte
begrenzt werden, um beispielsweise undefinierte Eigenverformungen
durch äußere, auf
die Untergruppenbauteile einwirkende mechanische Kräfte zu verhindern.
Infolge dieser Effekte erhöht
sich jedoch die Anzahl der bis zum Erreichen einer vorgegebe nen
Sollposition zu durchlaufenden iterativen Verfahrprozesse der einzelnen
Positioniereinrichtungen. Darüber
hinaus wird im Fall einer manuell erfolgenden Positionierung aus
Sicherheitsgründen
in der Regel immer nur jeweils eine Positioniereinrichtung zur Zeit
verfahren. Die vorstehend erwähnten
Nachteile bei der bisherigen Verfahrensweise bei der Montage von
Rumpfsektionen bzw. bei den hierzu eingesetzten Vorrichtungen führen zu
erhöhten
Montagezeiten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die es erlaubt
eine vorgegebene Soll-Geometrie von Untergruppenbauteilen schnellstmöglich einzustellen
und anschließend
die Untergruppenbauteile durch bevorzugt einfache Verfahrbewegungen
in eine heft- und/oder
fügefähige Position
zu bringen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Maßgabe des Patentanspruchs 1
gelöst,
die die folgenden Merkmale aufweist:
- a) mindestens
zwei Positioniereinrichtungen zur Aufnahme jeweils eines Untergruppenbauteils, insbesondere
mindestens zwei Seitenschalenpositionierer, mindestens ein Oberschalenpositionierer
und/oder mindestens ein Unterschalenpositionierer,
- b) mindestens eine Messeinrichtung zum Erfassen einer Vielzahl
von Messdaten, insbesondere von Positionsdaten der Untergruppenbauteile und/oder
der Positioniereinrichtungen,
- c) mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, insbesondere
mindestens eine CNC-Steuerung, und
- d) mindestens ein neuronales Netz.
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Die
Positioniereinrichtungen der Vorrichtung erlauben die bevorzugt
automatische Aufnahme und die freie Positionierbarkeit von mindestens
zwei Untergruppenbauteilen, wie zum Beispiel Seitenschalen, einer
Ober- und einer Unterschale und mindestens eines Fußbodengerüstes, im
dreidimensionalen Raum. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die großformatigen
Untergruppenbauteile nach ihrer Aufnahme durch die Positioniereinrichtungen
bzw. die daran befindlichen Halteeinrichtungen aufgrund ihrer Eigenflexibilität zunächst in
eine vorgegebene, exakt definierte Soll-Geometrie gebracht werden
müssen. Erst
nach dem Erreichen dieser Soll-Geometrie können die Untergrup penbauteile
beispielsweise durch Verfahrbewegungen der Positioniereinrichtungen
in eine heft- und fügefähige Position
gebracht werden. Die sich bei den Untergruppenbauteilen nach der Aufnahme
in den Positioniereinrichtungen zunächst einstellende Geometrie
ist nur durch die Anwendung komplexer, nicht linearer mathematischer
Algorithmen beschreibbar.
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Die
Vorrichtung ist zu diesem Zweck mit mindestens einem neuronalen
Netz ausgestattet, das bevorzugt zur Einstellung einer konstruktiv
vorgegebenen Soll-Geometrie der mindestens zwei Untergruppenbauteile
durch zeitgleiches Verfahren der Positioniereinrichtungen dient.
Infolge der zeitgleich erfolgenden und vom neuronalen Netz überwachten Verfahrbewegungen
der Positioniereinrichtungen kann der bis zum Erreichen der Soll-Geometrie
benötigte
Zeitaufwand signifikant verringert werden.
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Zur
ergänzenden
oder alternativen Kontrolle der Verfahrbewegungen der Positioniereinrichtungen ist
darüber
hinaus mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung erforderlich,
die beispielsweise mit einer bekannten CNC-Steuerung realisiert
sein kann. Nachdem die Untergruppenbauteile mittels des neuronalen
Netzes in die vorgesehene Soll-Geometrie gebracht wurden, können die
Untergruppenbauteile kontrolliert von der CNC-Steuerung beispielsweise durch
einfache Verfahrbewegungen in eine heft- und fügefähige Raumposition gebracht
werden. Dadurch, dass die Untergruppenbauteile mittels des neuronalen
Netzes zunächst
in eine vorgegebene Soll-Geometrie gebracht werden, verringert sich
der regelungstechnische und/oder der steuerungstechnische Aufwand,
der zur Kontrolle der Verfahrbewegungen der Untergruppenbauteile
bis zum Erreichen eines heft- und/oder fügefähigen Zustandes erforderlich
ist, erheblich.
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Nach
Maßgabe
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist mittels der
mindestens einen Messeinrichtung eine räumliche Lage der Untergruppenbauteile
und/oder der Positioniereinrichtungen erfassbar.
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Hierdurch
ist eine hochpräzise
Ausrichtung der zusammen zu fügenden
Untergruppenbauteile möglich.
Der Positionierungsvorgang wird hierbei ständig von der mindestens einen
Steuer- und/oder Regeleinrichtung und/oder von dem mindestens einen
neuronalen Netz kontrolliert.
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Nach
einer Weiterbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die mindestens
eine Messeinrichtung mindestens einen Lasertracker und/oder mindestens
ein photogrammetrisches System aufweist.
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Hierdurch
ist eine berührungslose
Erfassung der jeweiligen räumlichen
Position der Untergruppenbauteile mit einer zugleich hohen Genauigkeit
von besser als 0,1 mm innerhalb der Vorrichtung möglich. Bei
der Erfassung der räumlichen
Positionsdaten der Untergruppenbauteile mittels eines Lasertrackers werden
die Untergruppenbauteile vorzugsweise mit jeweils mindestens sechs
Reflexionsmarken ausgestattet. Im Falle eines auf photogrammetrischen
Methoden basierenden Messsystems sind solche zusätzlichen Markierungen nicht
zwingend erforderlich, können
jedoch durch eine hierdurch bewirkte Kontrastverbesserung des auszuwertenden
Bildes zu einer Beschleunigung des Messvorgangs und/oder zu einer
Verbesserung der Messgenauigkeit beitragen. Alternativ kann auch
ein lasergestütztes
GPS-System, das für
die Innenraumanwendung geeignet ist und das ein Referenzlasergitter
im Raum generiert, als Messeinrichtung Verwendung finden (so genanntes ”Indoor-GPS®”).
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Eine
Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass das neuronale Netz
hardwarebasiert und/oder softwarebasiert, insbesondere innerhalb
der mindestens einen Steuer- und/oder Regeleinrichtung, ausgeführt ist.
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Die
hardwarebasierte Realisation des neuronalen Netzes weist vor allem
Geschwindigkeitsvorteile auf, bedingt jedoch einen deutlich höheren Systemaufwand.
Eine softwarebasierte Lösung
lässt sich hingegen
unmittelbar in eine im Allgemeinen zur Ansteuerung der Positioniereinrichtungen
ohnehin erforderliche CNC-Steuerung bzw. eine hierzu bereits vorhandene
Rechnereinheit softwaremäßig integrieren.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die von der mindestens
einen Messeinrichtung erfassten Positionsdaten der Untergruppenbauteile
der Steuer- und/oder Regeleinrichtung sowie dem neuronalen Netz
zugeführt.
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Diese
Rückführung der
von der Messeinrichtung erfassten Raumkoordinaten in das mindestens eine
neuronale Netz sowie auf die Steuer- und/oder Regeleinrichtung ist
zur Herstellung eines in sich geschlossenen (zurückgekoppelten) Steuer- und/oder Regelkreises
erforderlich. Hierdurch können
die Steuer- und/oder Regeleinrichtung sowie das neuronale Netz etwaig
vorhandene Fehlpositionierungen der Untergruppenbauteile mit geringer
Zeitverzögerung
erkennen und diesen Abweichungen von einer Soll-Position durch das
entsprechende Verfahren der Positioniereinrichtungen entgegenwirken.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung sind die Positioniereinrichtungen
jeweils mit mindestens einer Halteeinrichtung zur Aufnahme und Freigabe
mindestens eines Untergruppenbauteils ausgestattet, wobei die mindestens
eine Halteeinrichtung mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung
kontrollierbar ist.
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Hierdurch
wird das vollautomatische Aufnehmen sowie das gegebenenfalls selbsttätige Ablegen von
Untergruppenbauteilen mittels der Positioniereinrichtungen ermöglicht.
Die Halteeinrichtungen können
beispielsweise mit Saugnäpfen
oder unter Verwendung von in kalottenförmigen Aufnahmen spielfrei
einbringbaren Kugelköpfen
realisiert werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass
die Positioniereinrichtungen ergänzend
mittels einer Handsteuerung kontrollierbar sind.
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Hierdurch
werden dem Bedienpersonal im Fehlerfall zusätzliche Eingriffsmöglichkeiten
gegeben. Darüber
hinaus ermöglicht
die Handsteuerung gegebenenfalls eine zusätzliche manuelle Präzisionskorrektur
der vom neuronalen Netz bereits eingestellten Soll-Geometrie der Untergruppenbauteile. Die
Handsteuerung, zum Beispiel in der Form eines ”Joysticks”, gibt elektrische Signale
ab, die unmittelbar an die zugehörigen
Aktuatoren der Positioniereinrichtungen geleitet werden. Die Handsteuerungssignale
haben Priorität
vor etwaigen Signalen des neuronalen Netzes und der Steuer- und/oder
Regeleinrichtung. Alternativ oder ergänzend können Positionierhilfen, wie
zum Beispiel Laser-Linien oder dergleichen, vorgesehen sein, um
die Genauigkeit der visuellen Überwachung
durch einen Bediener zu verbessern. Die Handsteuerung ist bevorzugt
so ausgelegt, dass jeweils nur eine Positioniereinrichtung mittels
mindestens eines Aktuators manuell verfahrbar ist.
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Eine
Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass mindestens eine Hefteinrichtung
vorgesehen ist, um die mindestens zwei Untergruppenbauteile in ihrer
Relativlage zueinander zu fixieren.
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Hierdurch
erübrigt
sich eine Verbringung der ordnungsgemäß zueinander ausgerichteten
Untergruppenbauteile in eine separate, das heißt räumlich getrennte Heft- und/oder
Fügestation,
die zu unkontrollierten Lageveränderungen
und hierdurch bedingten Maßabweichungen
bzw. Verschiebungen führen könnte.
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Nach
Maßgabe
einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung ist mindestens
eine Fügeeinrichtung
vorgesehen, um die mindestens zwei Untergruppenbauteile zusammenzufügen.
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Hierdurch
können
mindestens zwei Untergruppenbauteile nach dem initialen 3D-Geometriekorrekturprozess
und der erfolgten Ausrichtung sowie der optionalen Heftung zu einem
Bauteil zusammen gefügt
werden.
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Gemäß einer
Fortbildung der Vorrichtung ist im Bereich der mindestens einen
Positioniereinrichtung mindestens ein Messaufnehmer zur Ermittlung weiterer
Messdaten angeordnet, der mit der mindestens einen Steuer- und/oder
Regeleinrichtung und dem mindestens einen neuronalen Netz verbunden ist.
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Dies
ermöglicht
eine direkte Erfassung von Messdaten im Bereich der Positioniereinrichtungen, wie
zum Beispiel eine unmittelbare Weg- und/oder Kraftmessung an den
Positioniereinrichtungen.
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Im
Fall einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der Vorrichtung
ist der mindestens eine Messaufnehmer ein Kraftaufnehmer, insbesondere
zur Erfassung von Deformationen der Untergruppenbauteile, ein Wegaufnehmer,
insbesondere zur Erfassung von Positionsdaten der Positioniereinrichtungen,
ein Drehwinkelaufnehmer, ein Geschwindigkeitsaufnehmer, ein Beschleunigungsaufnehmer, ein
Temperaturaufnehmer und/oder Luftfeuchteaufnehmer.
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Hierdurch
können
neben den vorrangig von der Messeinrichtung berührungslos ermittelten Positionsdaten
der Untergruppenbauteile bzw. der Positioniereinrichtungen eine
Vielzahl von weiteren physikalischen Messgrößen direkt an den Positioniereinrichtungen,
insbesondere jedoch die exakten Positionskoordinaten der Positioniereinrichtungen,
erfasst werden, um die Steuerung der Positioniereinrichtungen durch
das neuronale Netz und/oder die Steuer- und/oder Regeleinrichtung
weiter zu optimieren. Insbesondere bei Wegaufnehmern kann eine direkte mechanische
Kopplung zwischen der zu überwachenden
Positioniereinrichtung und dem Messaufnehmer bestehen.
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Darüber hinaus
wird die erfindungsgemäße Aufgabe
durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12
gelöst,
das die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- a)
Einbringen eines Untergruppenbauteils in jeweils eine der mindestens
zwei Positioniereinrichtungen, insbesondere in mindestens einen
Seitenschalenpositionierer, mindestens einen Oberschalenpositionierer
und/oder mindestens einen Unterschalenpositionierer,
- b) simultanes Verfahren der Positioniereinrichtungen unter der
Kontrolle mindestens eines neuronalen Netzes und mindestens einer
Messeinrichtung, bis eine vorgegebene Soll-Geometrie erreicht ist,
- c) Erfassen von Positionsdaten der mindestens zwei Untergruppenbauteile
und/oder der Positioniereinrichtungen mittels der Messeinrichtung
zur Ermittlung einer Ist-Position, und
- d) Ausrichten der Untergruppenbauteile kontrolliert von der
mindestens einen Steuer- und/oder Regeleinrichtung und/oder dem
mindestens einen neuronalen Netz durch simultanes Verfahren der Positioniereinrichtungen
aufgrund einer von der Messeinrichtung und/oder von Messaufnehmern jeweils
erfassten Ist-Position, bis eine insbesondere zum Heften und/oder
Fügen der
Untergruppenbauteile geeignete Soll-Position erreicht ist.
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Im
Verfahrensschritt a) wird zunächst
jeweils ein Untergruppenbauteil von jeweils einer Positioniereinrichtung
aufgenommen bzw. in diese eingebracht oder eingesetzt. Zur Aufnahme
der Untergruppenbauteile verfügt
jede Positioniereinrichtung über mindestens
eine, vorzugsweise jedoch mindestens zwei spielfreie Halteeinrichtungen
bzw. Anbindungsorgane. Die Halteeinrichtungen sind endseitig an Haltearmen
der Positionierer angeordnet und können zum Beispiel als Kugelköpfe ausgeführt sein,
die zumindest bereichsweise formschlüssig in Kugelpfannen einbringbar
sind. Alternativ können,
insbesondere bei Untergruppenbauteilen mit glatten Oberflächen, auch
Saugnäpfe
Verwendung finden. Die Halteeinrichtungen sind bevorzugt von der
zentralen Steuer- und/oder Regeleinrichtung betätigbar und vom betreffenden
Untergruppenbauteil wieder lösbar.
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Im
Verfahrensschritt b) werden die Positioniereinrichtungen mit den
daran aufgenommenen Untergruppenbauteilen vorzugsweise kontrolliert
von mindestens einem neuronalen Netz solange simultan verfahren,
bis eine auf der Grundlage von CAD-Bauteildaten vorgegebene Soll-Geometrie
der Untergruppenbauteile erreicht ist. Hierdurch können anfängliche
undefinierte Verformungen der in den Positioniereinrichtungen aufgenommenen
Untergruppenbauteile, wie beispielsweise massebedingte Eigendeformationen
im Fall von großformatigen
Untergruppenbauteilen, temperaturbedingte Längenänderungen und/oder herstellungsbedingte
Maßabweichungen
im Bereich der Positioniereinrichtungen, vor dem Beginn des Ausrichtprozesses
beseitigt werden. Im Idealfall entspricht die nach dem Verfahrensschritt b)
erreichte Soll-Geometrie der Untergruppenbauteile der in den CAD-Bauteildaten
vordefinierten Gestalt. Darüber
hinaus vereinfacht sich hierdurch der notwendige Steuerungs- und/oder
Regelungsaufwand zur Überwachung der
Verfahrbewegungen der Positioniereinrichtungen, insbesondere bis
zum Erreichen einer heft- und/oder fügefähigen Stellung der Untergruppenbauteile.
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Alternativ
oder ergänzend
zur Bewegungsablaufkontrolle durch das neuronale Netz kann die Kontrolle
der Bewegungsabläufe
der Positioniereinrichtungen durch mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung
erfolgen.
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Um
die zur Erreichung der Soll-Geometrie notwendigen Verformungen der
Untergruppenbauteile zu bewirken, ist in aller Regel die Einleitung
von mechanischen Kräften
in die Untergruppenbauteile erforderlich. Die Größe dieser von den Positioniereinrichtungen
aufzubringenden mechanischen Kräfte wird
insbesondere von den im Bereich der Positioniereinrichtungen vorgesehenen
Messaufnehmern, die unter anderem als Kraftaufnehmer ausgestaltet sind,
im Zuge einer ”Kraftüberwachung” ständig ermittelt
und an das neuronale Netz und/oder die Steuer- und/oder Regeleinrichtung
zur weiteren Auswertung weitergeleitet. Durch eine entsprechende
Ansteuerung der Aktuatoren innerhalb der Positioniereinrichtungen,
in den Haltearmen und in den Halteeinrichtungen bzw. Anbindungsorganen
kann dann die Einleitung von unzulässig hohen mechanischen Kräften in
die zu fügenden
Untergruppenbauteile verhindert werden, so dass bleibende strukturelle
Schäden
an den zu fügenden
Bauteilen und unerlaubt hohe Spannungen in den ausgerichteten Untergruppenbauteilen
ausgeschlossen sind. Hinsichtlich der einzuleitenden Kräfte ist
im Allgemeinen ein maximaler Grenzwert gegeben, bei dessen Überschreitung jede
weitere Geometrieänderung
des Untergruppenbauteils durch das Verfahren der Positioniereinrichtungen
unterbleibt, um eine dauerhafte Beschädigung des Untergruppenbauteils
und/oder der beteiligten Positioniereinrichtungen und Halteeinrichtungen
zu verhindern.
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Zur
Ermittlung der jeweils aktuellen Ist-Geometrie eines jeden Untergruppenbauteils
dient vorzugsweise eine berührungslose
Messeinrichtung, zum Beispiel in der Form eines Laser-Trackers,
eines ”Indoor-GPS” oder einer
photogrammetrischen Einrichtung. Im Fall eines Laser-Trackers sind über die Untergruppenbauteile
eine Vielzahl von Laserreflektoren hinweg verteilt angeordnet, die
eine exakte Erfassung der jeweiligen Ist-Oberflächengeometrie des betreffenden
Untergruppenbauteils erlauben. Die Messeinrichtung kann in den nachfolgenden
Verfahrensschritten auch zur Erfassung der Raumposition der Untergruppenbauteile
und/oder der Positioniereinrichtungen unabhängig von etwaigen Messaufnehmern,
insbesondere Wegaufnehmern im Bereich der Positioniereinrichtungen,
dienen.
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Nach
dem die mindestens zwei Untergruppenbauteile im Verfahrensschritt
b) auf eine vorgegebene Soll-Geometrie gebracht wurden, werden im Verfahrensschritt
c) die Positionsdaten der mindestens zwei Untergruppenbauteile und/oder
der Positioniereinrichtungen mittels der mindestens einen Messeinrichtung
zur Ermittlung einer jeweils aktuellen Ist-Position der Untergruppenbauteile
und/oder der Positioniereinrichtungen ermittelt.
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Im
Verfahrensschritt d) erfolgt dann das Ausrichten der Untergruppenbauteile
kontrolliert von der mindestens einen Steuer- und/oder Regeleinrichtung und/oder
dem mindestens einen neuronalen Netz durch simultanes Verfahren
der Positioniereinrichtungen auf der Grundlage der von der Messeinrichtung und/oder
von den Messaufnehmern erfassten Positionsdaten, bis insbesondere
eine zum Heften und/oder Fügen
der Untergruppenbauteile geeignete Soll-Position erreicht ist. Nach
dem Erreichen der vorgegebenen Soll-Position können die ausgerichteten Untergruppenbauteile
zur Lagesicherung geheftet und gegebenenfalls auch endgültig mittels
geeigneter Einrichtungen gefügt
werden. Die Positionsüberwachung
kann alternativ oder ergänzend
auch durch in den Positioniereinrichtungen vorgesehene Wegaufnehmer
erfolgen.
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Infolge
der kontinuierlichen Übermittlung
der von der mindestens einen Messeinrichtung und/oder von den Messaufnehmern
erfassten Raumkoordinaten an die den Ausrichtprozess kontrollierende
Steuer- und/oder
Regeleinrichtung und/oder das neuronale Netz, ist ein schneller
und präziser
Ausrichtvorgang erreichbar.
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Die
Erfassung der Positionsdaten der Untergruppenbauteile und/oder der
Positioniereinrichtungen kann mit der Messeinrichtung, wie vorstehend bereits
kurz erwähnt
wurde, mit Lasertrackern, mit photogrammetrischen Systemen und/oder
mit einem Indoor-GPS erfolgen, wodurch im Allgemeinen eine Messunsicherheit
von weniger als 0,1 mm erreichbar ist. Der Einsatz eines Lasertrackers
erfordert in jedem Fall die Anbringung von so genannten Marken an
den interessierenden, verformungsrelevanten Referenzpunkten des
betreffenden Untergruppenbauteils und/oder an den Positioniereinrichtungen,
wenn zugleich auch deren Bewegungen mit dem Lasertracker erfasst
werden sollen.
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Als
Messaufnehmer im Bereich der Positioniereinrichtungen können zum
Beispiel inkremental oder absolut arbeitende lineare Wegaufnehmer und/oder
Drehwinkelgeber eingesetzt werden. Geeignete, das heißt störsichere,
verschleißarme
und wartungsfreie Wegaufnehmer arbeiten beispielsweise auf induktiver
oder optischer Basis. Neben den Wegaufnehmern sind in den Positioniereinrichtungen bevorzugt
zumindest Kraftaufnehmer integriert, um die während der Verfahrprozesse der
Positioniereinrichtungen auf die Untergruppenbauteile einwirkenden
Kräfte
und die hierdurch in der Regel resultierenden Deformationen der
Untergruppenbauteile erfassen und minimieren zu können. Darüber hinaus
können
die Positioniereinrichtungen, die Haltearme und/oder die Halteeinrichtungen
bzw. die Anbindungsorgane mit Drehwinkelaufnehmern, mit Geschwindigkeitsaufnehmern,
mit Beschleunigungsaufnehmern, mit Temperaturaufnehmern, mit Feuchteaufnehmern
und dergleichen ausgestattet sein.
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Den
Temperatursensoren kommt Bedeutung beim Ausgleich von temperaturbedingten
Dimensionsänderungen
der in der Regel großformatigen
Untergruppenbauteile einschließlich
der Positioniereinrichtungen zu. Aufgrund der bekannten Temperaturen
können
die Verfahrbewegungen der Positioniereinrichtungen kompensiert und
darüber
hinaus auch die zum Aufnehmen der Untergruppenbauteile an den Positioniereinrichtungen
erforderlichen Halteeinrichtungen entsprechend nachjustiert werden,
um mechanische Spannungen in den Untergruppenbauteilen zu verhindern
und unter allen denkbaren Umweltbedingungen eine hoch präzise Ausrichtung
zu gewährleisten.
Neben dem Einfluss der Temperatur können weitere Störgrößen existieren,
die die Genauigkeit des Verfahrens in relevanter Größenordnung
beeinflussen.
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Der
Lasertracker, die Wegaufnehmer, die Kraftaufnehmer und alle weiteren
optionalen Messaufnehmer liefern die Positionsdaten bzw. die anderen
physikalischen Messdaten bevorzugt unmittelbar in digitaler Form,
so dass die entsprechenden Daten störsicher an die Steuer- und/oder
Regeleinrichtung und das neuronale Netz geleitet und dort schnell
weiter verarbeitet werden können.
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Die
Steuer- und/oder Regeleinrichtung kann beispielsweise mit einer
bekannten CNC-Steuerung mittels eines Standard-PC-Clusters und/oder
mindestens einem Prozessrechner realisiert sein, der vorzugsweise über eine
direkte Zugriffsmöglichkeit auf
die CAD-Konstruktionsdaten
der auszurichtenden Untergruppenbauteile verfügt. Das mindestens eine neuronale
Netz kann ausschließlich
hardwarebasiert und/oder softwarebasiert auf mindestens einem Standard-Industrie-PC oder
einem leistungsfähigen
Cluster aus Standard-Industrie-PCs
umgesetzt sein.
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Nach
einer weiteren Fortentwicklung des Verfahrens wird das neuronale
Netz in einer Versuchsphase solange trainiert, bis eine hinreichende Aussagerichtigkeit
erreicht und hieraus ein Initialdatensatz für einen ersten Verfahrensdurchlauf
mit dem neuronalen Netz erzeugt ist.
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Der
sich ergebende Initialdatensatz dient als erste Grundlage für alle späteren Verfahrensdurchläufe und
muss für
andersartige Untergruppenbauteile erneut durchlaufen werden.
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Der
Initialdatensatz innerhalb des neuronalen Netzes wird mit jedem
weiteren Verfahrensdurchlauf infolge der auf das neuronale Netz
zurückgeführten aktuellen
Positionsdaten sowie der weiteren physikalischen Messdaten der Positioniereinrichtungen und
der Untergruppenbauteile stetig verbessert, so dass eine hochpräzise Ausrichtung
der Untergruppenbauteile in Relation zueinander in kürzester
Zeit ohne äußere manuelle
Eingriffe möglich
ist. Das Anlernen er folgt unter Verwendung der im späteren Verfahren
in eine vorgegebene Soll-Geometrie zu bringenden und anschließend zueinander
auszurichtenden realen Untergruppenbauteile einschließlich der hierfür erforderlichen
Positioniereinrichtungen. Mittels einer Handsteuerung sind während der
Versuchsphase manuelle Korrekturen zur Verbesserung des Lerneffektes
des neuronalen Netzes möglich.
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Der
Begriff der Aussagerichtigkeit des neuronalen Netzes meint im Kontext
der vorliegenden Beschreibung die nach dem Abschluss der Anlernphase erreichte
Anfangsgenauigkeit in Bezug auf die Einhaltung der konstruktiv vorgegebenen
Soll-Geometrie der Untergruppenbauteile bzw. die Ausrichtung der
Untergruppenbauteile in Relation zueinander innerhalb der Vorrichtung.
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Die
Steuer- und/oder Regeleinrichtung wird hingegen mittels bekannter
Verfahren analytisch vorprogrammiert. Diese Programmierung kann
beispielsweise durch das so genannte ”Teach In”-Verfahren oder rein numerisch
aufgrund vorgegebener CAD-Koordinaten der Untergruppenbauteile und/oder
der Positioniereinrichtungen vollzogen werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass
der Initialdatensatz während
des Verfahrvorganges, insbesondere durch eine kontinuierliche Einspeisung
der von der mindestens einen Messeinrichtung ermittelten Positionsdaten und/oder
den von dem mindestens einen Messaufnehmer ermittelten Messdaten
in das mindestens eine neuronale Netz, sukzessive verbessert wird.
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Durch
die Wirkung der ständigen
Rückkopplung
der Positionsdaten bzw. der von den übrigen Messaufnehmern ermittelten
Messdaten in das neuronale Netz wird praktisch die Anlernphase in
den normalen Betrieb des neuronalen Netzes hinein verlängert, wodurch
die Positioniergenauigkeit stetig erhöht und zugleich die hierfür erforderliche
Zeit solange verringert wird, bis ein Optimum erreicht ist.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 Eine
prinzipielle Darstellung einer Vorrichtung, und
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2 eine
schematische Darstellung eines in der Vorrichtung bevorzugt Verwendung
findenden neuronalen Netzes.
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In
der Zeichnung weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils die
gleiche Bezugsziffer auf.
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Die 1 zeigt
eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Eine
Vorrichtung 1 umfasst unter anderem zwei Seitenschalenpositionierer 2, 3,
einen Unterschalenpositionierer 4 und einen Oberschalenpositionierer 5.
Weiterhin ist mindestens eine weitere Positioniereinrichtung, die
beispielsweise als ein Präsentierrahmen
ausgestaltet sein kann, zur Ausrichtung mindestens eines in 1 nicht
dargestellten Fußbodengerüstes vorgesehen.
Darüber
hinaus sind zwei beidseitig vom Oberschalenpositionierer 5 angeordnete,
der besseren zeichnerischen Übersicht
halber gleichfalls nicht eingezeichnete Arbeitsplattformen bzw.
Arbeitsbühnen
vorgesehen, um manuelle Eingriffe durch das Bedienpersonal zu ermöglichen.
Ein Koordinatensystem 6 veranschaulicht die Lage sämtlicher
in 1 gezeigter Komponenten im Raum. Aufgrund der
Größe der von
den Positionierern 2 bis 5 aufzunehmenden Untergruppenbauteile
ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante
der Vorrichtung 1 hinter jedem der Positionierer jeweils
mindestens ein weiterer Positionierer in Verlaufsrichtung der x-Achse versetzt
angeordnet.
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An
den beiden Seitenschalenpositionierern 2, 3 ist
jeweils eine Seitenschale 7, 8 durch nicht dargestellte
Halteeinrichtungen bzw. Anbindungsorgane aufgenommen, die endseitig
an jeweils drei Haltearmen der Seitenschalenpositionierer 2, 3 vorgesehen sind.
Stellvertretend für
alle weiteren Haltearme sind die oberen Haltearme der Seitenschalenpositionierer 2, 3 mit
den Bezugsziffern 9, 10 versehen.
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Entsprechend
ist eine Unterschale 11 an dem Unterschalenpositionierer 4 durch
drei gleichfalls nicht bezeichnete Haltearme über daran endseitig angeordnete
Halteeinrichtungen angebunden und eine Oberschale 12 hängt am Oberschalenpositionierer 5 – getragen
von zwei verstrebten Haltearmen mit jeweils einer endseitigen Halteeinrichtung – von oben
herab in die Vorrichtung 1 hinein. Die Positioniereinrichtungen 2 bis 5 einschließlich der
optionalen Arbeitsplattformen und des Präsentierrahmens lassen sich,
wie durch das Koordinatensystem 6 angedeutet, zumindest
parallel zur x-Achse, der y-Achse
sowie der z-Achse frei verfahren. Vorzugsweise verfügt jedoch
jede der Positioniereinrichtungen über mehr als drei unabhängige Freiheitsgrade.
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Die
beiden Seitenschalenpositionierer 2, 3 sind zumindest
parallel zur x-Achse verschiebbar ausgeführt, während die Haltearme der Seitenschalenpositionierer 2, 3 zumindest
parallel zur y-Achse und zur z-Achse verfahrbar sind. Der Oberschalenpositionierer 5 erlaubt
im Zusammenwirken mit den zwei gitterartig verstrebten Haltearmen
eine Positionierung der Oberschale 12 im Raum zumindest
parallel zu den drei Achsen des Koordinatensystems 6. Alternativ
sind auch rotatorische Bewegungsabläufe, gegebenenfalls auch in
Kombination mit translatorischen Bewegungen möglich.
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Dasselbe
gilt für
die Bewegungsmöglichkeiten
der Unterschale 11 sowie für die nicht dargestellte Positioniereinrichtung
zur Manipulation der räumlichen
Lage des nicht eingezeichneten Fußbodengerüstes. Über die vorstehend genannten
rein translatorischen Bewegungsoptionen der Positioniereinrichtungen
parallel zu den Achsen des kartesischen Koordinatensystems 6 hinaus,
die jeweils für
drei Freiheitsgrade hinsichtlich jeder Positioniereinrichtung stehen,
können
die Positioniereinrichtungen über weitere
Freiheitsgrade, beispielsweise weitere drei rotatorische Bewegungsoptionen
pro Positioniereinrichtung verfügen.
Hierdurch können
die Untergruppenbauteile in der Vorrichtung 1 auf komplexeren, das
heißt
insbesondere auf beliebig gekrümmten
Bewegungsbahnen verfahren bzw. positioniert werden, wodurch die
Ausrichtung im Raum beschleunigt wird. Abgesehen von den vorstehend
geschilderten Bewegungsmöglichkeiten
der Positioniereinrichtungen und der daran angeordneten Haltearme
können
auch die Halteeinrichtungen bzw. die Anbindungsorgane selbst über mehrere
Frei heitsgrade zur Verbesserung der Positioniermöglichkeiten der Untergruppenbauteile
verfügen.
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Die
beiden Seitenschalen 7, 8, die Unterschale 11,
die Oberschale 12 sowie das nicht eingezeichnete Fußbodengerüst sollen
mittels der Vorrichtung 1 letztendlich so zueinander ausgerichtet
werden, dass diese Untergruppenbauteile eine vorgegebene Soll-Position
einnehmen, in der zumindest eine provisorische Heftung oder das
endgültige
Fügen zu einer
kompletten Rumpfsektion eines Flugzeugs möglich ist.
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Zur
Erfassung der jeweils aktuellen Positionsdaten der Seitenschalen 7, 8,
der Unterschale 11 sowie der Oberschale 12 mittels
eines Lasertrackers 13, sind an die Schalen 7, 8, 11, 12 vor
allem im Bereich von eigenverformungsrelevanten Referenzpunkten
eine Vielzahl von Reflektoren als Markierungen angeordnet, von denen
ein Reflektor 14 stellvertretend für alle übrigen mit einer Bezugsziffer
versehen ist. Die vom Lasertracker 13 emittierten und von den
Reflektoren zurückgeworfenen
Laserimpulse bzw. Laserstrahlen sind jeweils durch gestrichelt dargestellte
Doppelpfeile veranschaulicht. Durch den Lasertracker 13 lassen
sich die exakten Positionen der Untergruppenbauteile in der Vorrichtung
und damit gegebenenfalls in indirekter Weise auch die Koordinaten
der Positioniereinrichtungen selbst bis auf wenige Zehntel Millimeter
genau bestimmen. Anstelle oder ergänzend zum Lasertracker 11 kann
beispielsweise auch eine Messeinrichtung Verwendung finden, die
auf einem photogrammetrischen System basiert.
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Ferner
ist in die beiden Seitenschalenpositionierer 2, 3,
den Oberschalenpositionierer 5, den Unterschalenpositionierer 4 sowie
in den Fußbodengerüstpositionierer
eine Vielzahl von Messaufnehmern integriert. Von diesen sind die
in den Seitenschalenpositionierern 2, 3 befindlichen
Messaufnehmer exemplarisch für
alle übrigen
mit den Bezugsziffern 15, 16 versehen. Bei den
Messaufnehmern handelt es sich beispielsweise um Kraftaufnehmer,
mit denen die auf die Untergruppenbauteile jeweils einwirkenden
mechanischen Kräfte
differenziert erfassbar sind. Diese Kräfte können durch die Verfahrbewegungen
der Positionierer und/oder durch das Eigengewicht der auszurichtenden
Untergruppenbauteile sowie hierdurch induzierte Eigenverformungen
hervorgerufen werden. Zusätzlich
zu den Kraftaufnehmern können
weitere Messaufnehmer, beispielsweise Wegaufnehmer, Geschwindigkeitsaufnehmer,
Beschleunigungsaufnehmer sowie Drehwinkelaufnehmer integriert sein.
Darüber
hinaus können
Temperaturaufnehmer und Luftfeuchteaufnehmer vorgesehen sein, um
insbesondere thermisch bedingte Geometrieänderungen der Untergruppenbauteile
und/oder der Positioniereinrichtungen zu erfassen und gegebenenfalls
kompensieren zu können.
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Hierüber hinaus
gehend verfügt
jede Positioniereinrichtung über
mindestens einen Aktuator bzw. einen elektrischen oder hydraulischen
Antrieb zum beliebigen Verfahren der Positioniereinrichtungen im Raum.
Stellvertretend für
alle übrigen
Aktuatoren tragen zwei Aktuatoren in den beiden Seitenschalenpositionierern 2, 3 die
Bezugsziffern 17, 18. Die Aktuatoren in den Positioniereinrichtungen
erlauben bevorzugt eine spielfreie und hochpräzise Bewegung der Positioniereinrichtungen
innerhalb der Vorrichtung in mindestens drei Freiheitsgraden. Die
Aktuatoren können
beispielsweise hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch realisiert
sein. Vorzugsweise kommen jedoch elektrisch angetriebene Präzisionsspindelantriebe
zum Einsatz.
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Darüber hinaus
verfügt
die Vorrichtung über mindestens
eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 sowie erfindungsgemäß über mindestens
ein, der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 nebengeordnetes,
neuronales Netz 20. Diese stehen zum Datenaustausch über einen
bidirektionalen Datenbus 22 in ständiger Verbindung. Der Datenbus 22 ermöglicht einen
vollständigen
Informationsaustausch zwischen der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 sowie
dem neuronalen Netz 20. Dies bedeutet, dass die Untergruppenbauteile
sowohl von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 als
auch vom neuronalen Netz 20 mittels der Aktuatoren frei
im Raum bewegbar sind. Zugleich stehen auch sämtliche vom Lasertracker 13 ermittelten
Positionsdaten der Untergruppenbauteile einschließlich der
von den Messaufnehmern in den Positionierern und den Halteeinrichtungen
ermittelten weiteren physikalischen Messdaten sowohl der Steuer-
und/oder Regeleinrichtung 19 als auch dem neuronalen Netz 20 zur
Weiterverarbeitung zur Verfügung.
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Sämtliche
vom Lasertracker 13 ermittelten Positionsdaten der Untergruppenbauteile
einschließlich
der von den Messaufnehmern ermittelten weiteren physikalischen Messdaten,
wie zum Beispiel Kraftmesswerte, Geschwindigkeitswerte, Beschleunigungswerte
und/oder Drehwinkelwerte der Positioniereinrichtungen bzw. der Untergruppenbauteile, werden – wie durch
Linien angedeutet – an
die Steuer- und/oder
Regeleinrichtung 19 weitergeleitet und damit zugleich auch
dem neuronalen Netz 20 verfügbar gemacht. Umgekehrt empfangen
sämtliche
Aktuatoren der Positioniereinrichtungen wahlweise von der Steuer-
und/oder Regeleinrichtung 19 und/oder dem neuronalen Netz 20 eine
Vielzahl von Ansteuerungssignalen, die in der Darstellung der 1 durch Pfeile
veranschaulicht sind.
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Somit
ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 jederzeit
in der Lage, sämtliche
Positioniereinrichtungen innerhalb der Vorrichtung 1 frei
im Raum kontrolliert zu verfahren bzw. auszurichten.
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Zur
Ergänzung
der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 sowie des neuronalen
Netzes 20 ist ferner eine Handsteuerung 21 vorgesehen,
die es einem Benutzer erlaubt, manuell in an sich vollautomatisch
ablaufende Positioniervorgänge
innerhalb der Vorrichtung 1 einzugreifen. Ein Doppelpfeil
zwischen der Handsteuerung und der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 verdeutlicht
eine optionale Rückwirkung
der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 bzw. des neuronalen
Netzes 20 auf die Handsteuerung 21. Hierdurch
kann einem Benutzer, beispielsweise für den Fall, dass eine Positioniereinrichtung
mit einem darin aufgenommenen Untergruppenbauteil gegen ein Hindernis
und/oder ein weiteres Untergruppenbauteil fährt und/oder einer zu hohen
mechanischen Belastung ausgesetzt ist, eine haptisch erfahrbare Rückmeldung
gegeben werden, so dass zum Beispiel Positionierfehler frühzeitig
auch ohne einen visuellen Kontakt bemerkbar gemacht werden können. Eine
haptische Rückmeldung
auf einen Bediener kann beispielsweise durch mechanische Vibrationen, deren
Frequenz und/oder Stärke
beispielsweise proportional zu einer mechanisch auf die Positioniereinrichtungen
im Fehlerfall einwirkenden Kraft sind, erzeugt werden. Alternativ
kann eine Betätigungskraft der
Handsteuerung definiert gestuft gesteigert werden.
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Grundsätzlich haben
die Signale der Handsteuerung 21 Priorität gegenüber den
vom neuronalen Netz 20 und/oder von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 an
die Aktuatoren der Positionierer übermittelten Ansteuerungssignale.
Die Handsteuerung 21 ist hierbei aus Sicherheitsgründen so
ausgelegt, dass ein Benutzer bevorzugt jeweils nur eine Positioniereinrichtung
zur Zeit mittels mindestens eines darin befindlichen und von der
Handsteuerung 21 angesprochenen Aktuators im Raum verfahren kann.
Das Verfahren der Positioniereinrichtungen im Handsteuerungsmodus
erfolgt in der Regel aufgrund einer visuellen Überwachung durch den Bediener. Sämtliche
mittels der Handsteuerung 21 vorgenommenen Positionsänderungen
der Untergruppenbauteile und der Positionierer bzw. durch das Verfahren der
Positionierer bewirkte Geometrieänderungen
der Untergruppenbauteile werden zum Beispiel mittels des Lasertrackers 13 erfasst
und an die Steuer- und/oder
Regeleinrichtung 19 sowie das neuronale Netz 20 weitergeleitet,
damit den genannten Kontrollorganen jederzeit der aktuelle Ist-Zustand
der Vorrichtung 1 vorliegt.
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Nach
dem Aufnehmen der Untergruppenbauteile mittels der Positionierer
bzw. der an den Haltearmen der Positionierer vorgesehenen Halteeinrichtungen
werden die in der Regel aufgrund ihrer Größe flexiblen Untergruppenbauteile
durch entsprechendes Verfahren der Positionierer innerhalb der Vorrichtung
zunächst
in die konstruktiv vorgesehene Soll-Geometrie gebracht. Da die Verformung
der Untergruppenbauteile äußerst komplexen,
nicht linearen mathematischen Regeln gehorcht, werden die Positionierer
in dieser Phase bevorzugt ausschließlich vom neuronalen Netz 19 kontrolliert.
Hierbei erfolgt mittels der Messaufnehmer eine stetige Kontrolle
der auf die Untergruppenbauteile einwirkenden mechanischen Lasten
und Verfahrwege, die vorgegebene Grenzwerte nicht überschreiten
dürfen,
um eine irreversible Deformation zu verhindern. Die Kraftmessung
erfolgt hierbei an einer Vielzahl von verschiedenen hierfür repräsentativen
Mess punkten, bevorzugt im Bereich der Haltearme bzw. der Halteeinrichtungen
der Positioniereinrichtungen.
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Nachdem
die Untergruppenbauteile ihre jeweils konstruktiv vorgesehene Soll-Geometrie (3D-Geometrie)
erreicht haben, erfolgt unter bevorzugt alleiniger Kontrolle der
Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 das Verfahren der
Untergruppenbauteile durch die Positionierer bis zum Erreichen einer für den Heft-
und/oder Fügeprozess
vorgesehenen Soll-Position. Nachdem die Untergruppenbauteile mittels
des neuronalen Netzes 20 in die Soll-Geometrie gebracht
wurden, sind zum Erreichen einer füge- und/oder heftfähigen Position
der Untergruppenbauteile synchron vollzogene, lineare Verfahrbewegungen
der Positioniereinrichtungen ausreichend, wodurch sich der Steuer-
und/oder Regelungsaufwand signifikant verringert. Die Steuer- und
Regeleinrichtung 19 ist im Allgemeinen zur Überwachung
derartiger linearer Verfahrbewegungen der nach dem Erreichen der
Soll-Geometrie als (fiktiv) starr anzusehenden Untergruppenbauteile
prädestiniert.
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Der
Verfahrvorgang bis zum Erreichen einer heft- und fügefähigen Position
der Untergruppenbauteile kann jedoch ergänzend oder alternativ auch
nur vom neuronalen Netz 20 gesteuert werden. Um die Ausrichtzeiten
in allen Fällen
zu minimieren, werden sämtliche
Positionierer vorzugsweise stets zeitgleich verfahren. Das Umschalten
bzw. das Mischen der von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 sowie dem
neuronalen Netz 20 generierten Ansteuerungssignale für die Aktuatoren
in den Positioniereinrichtungen erfolgt durch in 1 nicht
dargestellte Schalter bzw. Mischer.
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Daneben
können
innerhalb der Vorrichtung 1 gleichfalls nicht dargestellte,
vorzugsweise vollautomatisch arbeitende Hefteinrichtungen vorgesehen sein,
die mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 sowie
dem neuronalen Netz 20 ansteuerbar sind. Sobald die Untergruppenbauteile
die für
den jeweiligen Heftprozess vorgesehene Soll-Position erreicht haben,
kann mittels einer Hefteinrichtung das provisorische Fügen (Heftung)
der genannten Komponenten erfolgen. Diese Lagefixierung kann beispielsweise
durch Heftniete, Permanentmagnete und/oder Elektromagnete erfolgen.
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In
einer weiteren Ausbaustufe kann die Vorrichtung 1 zur Erhöhung des
Automatisierungsgrades auch mit nicht dargestellten Fügeeinrichtungen ausgestattet
sein. Durch die zusätzliche
Integration von Heft- und Fügeeinrichtungen
kann mittels der Vorrichtung 1 eine vollständige Rumpfsektion
für ein Flugzeug
aus den Untergruppenbauteilen vollautomatisch hergestellt werden.
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Im
Weiteren soll der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert werden.
-
Zunächst werden
die Untergruppenbauteile in Form der beiden Seitenschalen 7, 8,
der Unterschale 11, der Oberschale 12 sowie des
nicht dargestellten mindestens einen Fußbodengerüstes mittels der Haltearme
und den daran endseitig befindlichen Halteeinrichtungen, die an
den Seitenschalenpositionierern 2, 3, dem Unterschalenpositionierer 4,
dem Oberschalenpositionierer 5 sowie dem Präsentierrahmen
bzw. dem Fußbodengerüst-Positionierer
jeweils vorgesehen sind, aufgenommen und in ihrer Lage fixiert.
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Im
Anschluss daran werden die Positionierer bevorzugt kontrolliert
vom neuronalen Netz solange verfahren, bis jedes Untergruppenbauteil
eine den CAD-Konstruktionsdaten entsprechende geometrische Gestalt
hat. In diesem Zustand können
die Untergruppenbauteile als näherungsweise
starre Komponenten angesehen werden, die mittels translatorischer,
linearer Verfahrbewegungen der Positioniereinrichtung mit geringem
steuerungs- und/oder regelungstechnischen Aufwand in eine heft-
und/oder fügefähige Position
in Relation zueinander verfahren werden können.
-
Hiernach
werden die Untergruppenbauteile solange verfahren, bis eine Heft-
und Fügeposition erreicht
ist. Zur Kontrolle dieses Verfahrvorgangs ist im Allgemeinen die
Steuer- und Regeleinrichtung 19 ausreichend, da hierbei
in der Regel nur noch lineare, das heißt translatorische Verfahrbewegungen
notwendig sind. Alternativ kann der Verfahrvorgang bis zum Erreichen
einer heft- oder fügefähigen Position der
Untergruppenbauteile jedoch ergänzend
oder ausschließlich
vom neuronalen Netz 20 gesteuert werden.
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Bevor
das neuronale Netz 20 zur Steuerung und/oder Regelung der
Abläufe
innerhalb der Vorrichtung 1 einsatzfähig ist, muss eine umfangreiche Lernphase
bzw. Versuchsphase durchlaufen werden.
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Hierfür werden
in die Positionierer dieselben Untergruppenbauteile aufgenommen,
die später
im regulären
Verfahrensablauf mittels des neuronalen Netzes 20 positioniert
werden sollen. Nach erfolgter Aufnahme der Untergruppenbauteile
durch die Positioniereinrichtungen werden diese kontrolliert vom neuronalen
Netz 19 solange verfahren, bis die vorgegebene Soll-Geometrie
des Untergruppenbauteils erreicht ist oder mindestens zwei Untergruppenbauteile in
eine heft- oder fügefähige Position
in Relation zueinander verbracht sind. Hierbei werden die vom Lasertracker 13 ermittelten
Positionsdaten der Untergruppenbauteile sowie die von den Messaufnehmern aufgenommenen
weiteren physikalischen Daten ständig
in das neuronale Netz eingekoppelt, um in diesem iterativen ”Trial-
and Error-Prozess” die
Steuerungs- und/oder Regelungseigenschaften des neuronalen Netzes 20 sukzessive
in Richtung einer schnellstmöglichen
und zugleich hochgenauen Ausrichtung der Untergruppenbauteile zu
optimieren. Im Gegensatz zur Steuer- und Regeleinrichtung ”programmiert” bzw. organisiert
sich das neuronale Netz 20 durch die vorstehend angedeuteten
Prozesse während
der Versuchs- bzw. der Anlernphase letztendlich selbsttätig.
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Gegebenenfalls
müssen
mittels der Handsteuerung 21 in dieser Versuchs- bzw. Anlernphase des
neuronalen Netzes 20 noch manuelle Korrekturen vorgenommen
werden.
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Nach
dem Abschluss dieser Versuchs- bzw. Anlernphase ist im neuronalen
Netz 20 ein initialer Datensatz erzeugt worden. Dieser
Datensatz bildet die Basis für
alle späteren
Ausrichtprozesse von Untergruppenbauteilen desselben Typs.
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Die 2 illustriert
in einer exemplarischen Prinzipdarstellung den möglichen Aufbau des neuronalen
Netzes.
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Das
neuronale Netz 20 umfasst eine Eingabeschicht 23,
eine verborgene Schicht 24 sowie eine Ausgabeschicht 25,
die jeweils mit einer Vielzahl von Neuronen aufgebaut sind, von
denen jeweils ein oberes Neuron 26 bis 28 stellvertretend
für alle übrigen eine
Bezugsziffer trägt.
Zwischen den Neuronen existiert jeweils eine Vielzahl von gewichteten
Verbindungen, von denen lediglich zwei Verbindungen 29, 30 repräsentativ
für die
restlichen mit einer Bezugsziffer versehen sind. An der Eingabeschicht 23 anliegende
Eingangssignale 31 werden mittels des neuronalen Netzes 20 in
Ausgangssignale 32 transformiert, die an der Ausgabeschicht 25 anstehen
und zur weiteren Verarbeitung abgegriffen werden können.
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Anhand
einer Gewichtung eines Produktes der gewichteten Verbindungen und
einer Aktivierung der in der verborgenen Schicht 24 enthaltenen
Neuronen leiten sich aus den Eingangssignalen 31 die Ausgangssignale 32 aufgrund
von aufwändigen
mathematischen Funktionen ab, wobei eine dieser mathematischen Funktionen
repräsentativ
für die
restlichen die Bezugsziffer 33 trägt.
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Bei
den Eingangssignalen 31 in das neuronale Netz 20 handelt
es sich um beliebige physikalische Messdaten, bevorzugt jedoch um
die Positionsdaten der Positioniereinrichtungen und/oder der zugehörigen Untergruppenbauteile
innerhalb der Vorrichtung sowie Messwerte der auf die genannten Komponenten
einwirkenden mechanischen Lasten bzw. Kräfte. Darüber hinaus können auch
Geschwindigkeitswerte und/oder Beschleunigungswerte der genannten
Komponenten als Eingangssignale 31 in das neuronale Netz 20 eingespeist
bzw. eingekoppelt werden.
-
Die
an der Ausgabeschicht 25 anstehenden Ausgangssignale 32 können – nach einer
gegebenenfalls noch erforderlichen messtechnischen Anpassung – insbesondere
zur Ansteuerung der Aktuatoren herangezogen werden, die zum Verfahren
der Positioniereinrichtungen notwendig sind.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Seitenschalenpositionierer
- 3
- Seitenschalenpositionierer
- 4
- Unterschalenpositionierer
- 5
- Oberschalenpositionierer
- 6
- Koordinatensystem
- 7
- Seitenschale
- 8
- Seitenschale
- 9
- Haltearm
- 10
- Haltearm
- 11
- Unterschale
- 12
- Oberschale
- 13
- Lasertracker
- 14
- Reflektor
(Markierung)
- 15
- Messaufnehmer
(Seitenschalenpositionierer)
- 16
- Messaufnehmer
(Seitenschalenpositionierer)
- 17
- Aktuator
(Seitenschalenpositionierer)
- 18
- Aktuator
(Seitenschalenpositionierer)
- 19
- Steuer-
und/oder Regeleinrichtung
- 20
- neuronales
Netz
- 21
- Handsteuerung
- 22
- Datenbus
- 23
- Eingabeschicht
- 24
- verborgene
Schicht
- 25
- Ausgabeschicht
- 26
- Neuron
- 27
- Neuron
- 28
- Neuron
- 29
- Verbindung
- 30
- Verbindung
- 31
- Eingangssignale
- 32
- Ausgangssignale
- 33
- Funktion