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Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinrichtung zur automatischen Bearbeitung eines Bauteils, wobei die Bearbeitungseinrichtung eine Bauteilaufnahmevorrichtung zur mechanischen Halterung des Bauteils aufweist. Die Bauteilaufnahmevorrichtung weist eine Mehrzahl von Verstelleinrichtungen auf.
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Bearbeitungseinrichtungen werden zur automatisierten Bearbeitung von Bauteilen eingesetzt, wobei die Bearbeitung vornehmlich mechanisch erfolgt. Die mechanische Bearbeitung kann beispielsweise Fräsen, Schleifen, Bohren, Reiben, Polieren, Raustrahlen, Beschichten und/oder Schweißen umfassen. Es können aber auch nicht mechanische Bearbeitungen erfolgen, wie beispielsweise eine genaue Vermessung von Dimensionen eines Bauteils und eine Rauhigkeitsmessung.
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Für die automatisierte Bearbeitung ist es notwendig, einen vorgesehenen Bearbeitungsvorgang in der Bearbeitungseinrichtung einzulernen. Hierfür werden in der Regel in einer Steuereinheit entsprechende Steuerbefehle programmiert. Die Steuerbefehle umfassen meist die Verfahrwege eines Roboters sowie die in Bezug zu den Verfahrwegen auszuführenden Arbeiten bzw. Bearbeitungsschritte. Ein entsprechendes Programm wird somit spezifisch für ein Bauteil eines bestimmten Bauteiltyps in einer bestimmten Lage in der Bearbeitungseinheit ausgeführt. Die spätere Auswahl eines Bearbeitungsvorgangs hängt folglich von der gewünschten Bearbeitung, dem Bauteiltyp und der Lage des Bauteils in der Bearbeitungseinrichtung ab.
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Bestimmte Bearbeitungsvorgänge, wie beispielsweise das Entschichten von Bauteilen, erfordern eine allseitige Bearbeitung eines Bauteils, so dass das Bauteil mehrfach umgespannt bzw. die relative Position zu einer Aufnahmevorrichtung geändert werden muss, um insgesamt eine allseitige Bearbeitung zu ermöglichen.
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Dies ist insbesondere bei Wartungs- und Reparaturvorgängen problematisch, da hier eine Vielzahl von unterschiedlichen Bauteiltypen mit jeweils einer sehr geringen Stückzahl, in der Regel Losgröße eins, bearbeitet werden muss. Eine besondere Schwierigkeit ergibt sich bei Fahrwerksbauteilen von Flugzeugen, da sich die Bauteiltypen augenscheinlich nur geringfügig unterscheiden, so dass es leicht zu Verwechslungen in Bezug auf den Bauteiltyp kommen kann.
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Werden bei der Programmauswahl durch einen Bediener Fehler begangen, so dass eine einprogrammierte Bearbeitung nicht zu dem Bauteiltyp oder nicht zur vorliegenden Lage des Bauteils passt, kann es bei der automatisierten Bearbeitung zu einer Kollision zwischen einem Roboter und dem Bauteil oder der Aufnahmevorrichtung kommen. Hierdurch können erhebliche Schäden an der Bearbeitungseinrichtung und dem Bauteil entstehen, welche in jedem Fall vermieden werden sollten.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2008 046 621 A1 ist eine Überwachungsvorrichtung bekannt mit der die Position eines Werkstücks eingestellt werden kann. Das Werkstück kann dabei auf einer Werkstückaufnahmevorrichtung über eine Spannvorrichtung verspannt werden.
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Die Druckschrift
DE 103 51 669 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Handhabungsgeräts. Es wird dabei ein erwartetes Bild eines Objekts mit dessen realem Bild verglichen, woraus eine Stellungsabweichung des Handhabungsgeräts bestimmt wird. Anschließend führt das Handhabungsgerät eine Bewegung zur Minimierung der Stellungsabweichung aus.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bearbeitungseinrichtung anzugeben, welche die oben genannten Nachteile beseitigt.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Es wird eine Bearbeitungseinrichtung zur automatischen Bearbeitung eines Bauteils vorgeschlagen, wobei die Bearbeitungseinrichtung eine Bauteilaufnahmevorrichtung zur mechanischen Halterung des Bauteils aufweist, wobei die Bauteilaufnahmevorrichtung eine Mehrzahl von Verstelleinrichtungen aufweist. Erfindungsgemäß weist die Bearbeitungseinrichtung mindestens eine Kamera auf, welche dazu eingerichtet ist, Bilder von zumindest Teilen des Bauteils und der Bauteilaufnahmevorrichtung zu erfassen. Weiterhin umfasst die Bearbeitungseinrichtung eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, eine Istkonfiguration der Verstelleinrichtungen in einem erfassten Bild zu erkennen und mit einer Sollkonfiguration zu vergleichen, und eine Istlage des Bauteils auf der Bauteilaufnahmevorrichtung in einem erfassten Bild zu erkennen und mit einer Solllage zu vergleichen. Die Steuereinheit gibt die Bearbeitungseinrichtung nur bei einer Übereinstimmung von der Sollkonfiguration mit der Istkonfiguration und Übereinstimmung der Solllage mit der Istlage zur mechanischen Bearbeitung frei.
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Einem geplanten Bearbeitungsvorgang in der Bearbeitungseinrichtung sind eine Solllage des Bauteils und eine Sollkonfiguration der Verstelleinrichtungen zugeordnet. Die Verstelleinrichtungen erlauben vorzugsweise unterschiedliche Konfigurationen, wobei die mechanischen Verstelleinrichtungen unterschiedliche Positionen einnehmen können. Eine Verstelleinrichtung dient vornehmlich dazu, dass die mechanische Halterung unterschiedlich positioniert werden kann. Auf diese Weise kann ein Bauteil in verschiedenen Konfigurationen auf der Verstelleinrichtung positioniert werden. Für einen bestimmten Bearbeitungsvorgang ist eine bestimmte Kombination der Position und Ausrichtung der Verstelleinrichtungen vorgesehen, wodurch sich insgesamt eine Sollkonfiguration der Bauteilaufnahmevorrichtung ergibt.
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Weiterhin kann ein Bauteil bei einer bestimmten Konfiguration unterschiedliche Lagen bzw. Positionen und Ausrichtungen auf der Bauteilaufnahmevorrichtung einnehmen. Die automatische Bearbeitung ist genau für eine der möglichen Lagen des Bauteils vorgesehen, so dass die vorgesehene Lage die Solllage darstellt. Auf diese Weise kann mit einer Bauteilaufnahmevorrichtung eine Vielzahl von Bauteiltypen in unterschiedlichen Lagen in der Bearbeitungseinrichtung positioniert werden.
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Die Nutzung einer Kamera ermöglicht eine berührungslose Erfassung der vorliegenden Verhältnisse von Bauteil und Bauteilaufnahmevorrichtung. Der Abgleich von Solllage und Istlage des Bauteils sowie der Abgleich von Sollkonfiguration und Istkonfiguration in der Steuereinheit ermöglicht eine sichere Bearbeitung in der Bearbeitungseinrichtung ohne Kollisionen und fehlerhafte Bearbeitungsschritte. Die Freigabe der Bearbeitungseinrichtung erfolgt nur, wenn ein entsprechender Vergleich eine Übereinstimmung zeigt und die Steuereinheit die Bearbeitungseinrichtung freigibt. Dementsprechend kann ein Bediener einen Bearbeitungsvorgang an der Bearbeitungseinrichtung erst starten, wenn die entsprechende Freigabe vorliegt.
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Menschliche Fehler bzw. Bedienungsfehler können somit weitgehend ausgeschlossen werden, so dass die Bearbeitungseinrichtung eine deutlich höhere Zuverlässigkeit erreichen kann. Die optische Erfassung mittels der Kamera ermöglicht auch einen Verzicht auf mechanische oder elektronische Schalter an der Bauteilaufnahmevorrichtung, was insbesondere bei einer Raustrahlanlage aufgrund der hohen Partikelbelastung die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems erhöht.
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Das Bauteil ist in vorteilhaften Ausführungsformen ein Teil eines Flugzeugfahrwerks.
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Es wird eine Bauteilaufnahmevorrichtung für eine Bearbeitungseinrichtung vorgeschlagen, wobei die Bauteilaufnahmevorrichtung mindestens eine Verstelleinrichtung aufweist, welche translatorisch verschiebbar ist.
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Die translatorische Verschiebbarkeit ermöglicht beispielsweise eine einfache Anpassung an die Länge eines Bauteiltyps. Es können z. B. Flugzeugfahrwerksteile unterschiedlich großer Flugzeuge auf der Bauteilaufnahmevorrichtung platziert werden.
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Vorzugsweise ist mindestens eine Verstelleinrichtung um eine Hochachse um wenigstens 90°, vorzugsweise um 180°, schwenkbar. Das Verschwenken einer Verstelleinrichtung ermöglicht in einfacher Weise eine zweiseitige Bearbeitung eines Bauteils, wobei das Bauteil vorzugsweise zunächst ab- bzw. angehoben wird, um eine Achse, vorzugsweise um die Haupterstreckungsachse des Bauteils, um 180° gedreht und auf die zwischenzeitlich verschwenkte Verstelleinrichtung wieder abgesetzt wird.
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Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das Bauteil in einem erfassten Bild zu erkennen und einem bestimmten Bauteiltyp aus einer hinterlegten Auswahl an Bauteiltypen zuzuordnen.
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Eine optische Erkennung des Bauteiltyps ermöglicht eine zusätzliche Sicherheit bei der Erkennung von Fehleinstellungen. Es können somit Fehler bei der Eingabe des Bauteiltyps in die Steuereinheit, z. B. anhand einer Partnummer, erkannt und eine entsprechende falsche Bearbeitung verhindert werden.
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Die Steuereinheit gibt vorzugsweise die Bearbeitungseinrichtung nur bei einer Übereinstimmung des erkannten Bauteiltyps mit einem vorgesehenen Bauteiltyp zur mechanischen Bearbeitung frei. Dies ermöglicht einen sicheren Betrieb der Bearbeitungseinrichtung. Insbesondere kann in möglichen Ausführungsformen eine Auswahl an möglichen Bearbeitungsprogrammen automatisch vorgeschlagen werden.
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In bevorzugten Ausführungsformen weisen die Verstelleinrichtungen der Bauteilaufnahmevorrichtung jeweils eine Mehrzahl von Raststellungen auf.
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Die Mehrzahl von Raststellungen vereinfacht die Einstellung der Verstelleinrichtungen für einen Bediener und verbessert dazu noch die Erkennbarkeit der Istkonfiguration. Durch die Verwendung von Rastpositionen wird eine begrenzte Anzahl von Einstellmöglichkeiten für jede Verstelleinrichtung geschaffen, wodurch die Anzahl an möglichen Konfigurationen ebenfalls begrenzt wird. Die vielseitige Nutzbarkeit der Bauteilaufnahmevorrichtung für unterschiedliche Bauteiltypen wird hierdurch kaum eingeschränkt.
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Vorzugsweise ist das Bauteil im Wesentlichen durch sein Eigengewicht auf der Bauteilaufnahmevorrichtung fixierbar. Das Bauteil kann daher in vorteilhaften Ausführungsformen von oben auf die Bauteilaufnahmevorrichtung aufgelegt werden. Eine weitere Sicherung und Halterung kann beispielsweise durch die Ausgestaltung der Auflageflächen erfolgen, wobei vorzugsweise die Mehrzahl der Auflageflächen flach ist. Dabei können die Auflageflächen außerdem eine formschlüssige Aufnahme für das Bauteil bilden, so dass das Bauteil zumindest in eine Richtung verschiebefest gehalten ist.
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Vorzugsweise umfasst die Bearbeitungseinrichtung einen Roboter und eine an dem Roboter angeordnete Bearbeitungsvorrichtung, vorzugsweise eine Strahlvorrichtung.
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Mit einer Bearbeitungsvorrichtung können unterschiedliche Bearbeitungen durchgeführt werden. Die Bearbeitungsvorrichtung kann beispielsweise eine Strahlvorrichtung sein, welche zum Entschichten eines Bauteils genutzt werden kann. Hierbei sind die auftretenden Lasten an dem Bauteil relativ gering, so dass eine Fixierung durch das Eigengewicht ausreichende Lagerkräfte auf das Bauteil aufbringen kann. Insbesondere kann mit der dargestellten Bearbeitungseinrichtung eine allseitige Bearbeitung eines Bauteils mit weniger Umspannvorgängen des Bauteils erreicht werden.
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In vorteilhaften Ausführungsformen ist die Bauteilaufnahmevorrichtung schienengeführt verschiebbar. Eine schienengeführte Verschiebung der Bauteilaufnahmevorrichtung ermöglicht das Ein- und Ausfahren der Bauteilaufnahmevorrichtung aus der Bearbeitungseinrichtung, wobei die Schienenführung eine einfache reproduzierbare Positionierung und Ausrichtung der Bauteilaufnahmevorrichtung in der Bearbeitungseinrichtung ermöglicht.
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In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen sind an der Bauteilaufnahmevorrichtung Montagepositionen für zusätzliche Anbauteile vorgesehen.
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Die Bauteilaufnahmevorrichtung kann in einfacher Weise um verschiedene Anbauteile ergänzt werden, welche an vorgesehenen Montagepositionen an der Bauteilaufnahmevorrichtung montiert werden können. Es ergibt sich somit eine hohe Variantenvielfalt und eine Anpassbarkeit an neue Bauteiltypen. Die Anpassung der Steuereinheit an die Anbauteile und die neuen Bauteiltypen ist aufgrund der optischen Erfassung mit einer Kamera einfach und schnell umsetzbar.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
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1 Bauteilaufnahmevorrichtung mit einem Bauteil in einer Bearbeitungseinrichtung.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Bearbeitungseinrichtung 1 dargestellt, mit der ein Bauteil 2, in diesem Beispiel ein Fahrwerksbein eines Flugzeugs, bearbeitet werden soll. Die Bearbeitung ist eine mechanische Entschichtung der Oberfläche des Bauteils 2, welche mittels einer Bearbeitungsvorrichtung 8 erfolgen kann.
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Die Bearbeitungsvorrichtung 8 kann in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel eine Strahlvorrichtung bzw. eine Raustrahlanlage mit unterschiedlichen mechanischen Strahlmitteln sein. Die Bearbeitungsvorrichtung 8 ist an einem Roboter 7 angeordnet, welcher in diesem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt oberhalb des Bauteils 2 in der Bearbeitungseinrichtung 1 angeordnet ist. Neben der Strahlvorrichtung können auch andere Bearbeitungsvorrichtungen 8, welche robotergeführt angewendet werden können, genutzt werden.
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Der Roboter 7 wird von einer Steuereinheit 6 kontrolliert und gesteuert. Die Steuereinheit 6 ist typischerweise ein Computer oder eine speicherprogrammierbare Steuerung, welche auch verschiedene weitere Funktionen und Geräte in der Bearbeitungseinrichtung 1 kontrollieren kann. In möglichen Ausführungsbeispielen kann die Steuereinheit 6 auch eine Zusammenschaltung von verschiedenen Steuereinrichtungen oder Computern sein, welche in ihrer Gesamtheit eine entsprechende Steuerung darstellen.
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Die Bearbeitungseinrichtung 1 weist in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel zwei Schienen 9 auf, mit denen eine Bauteilaufnahmevorrichtung 3 in und aus der Bearbeitungseinrichtung 1 gefahren werden kann. Die Bearbeitungseinrichtung 1 ist vorzugsweise gekapselt, um einerseits eine Gefährdung für Bediener zu vermeiden und andererseits insbesondere beim Raustrahlen Strahlmittel und Stäube zunächst in der Bearbeitungseinrichtung 1 einzuschließen. Die Bauteilaufnahmevorrichtung 3 weist vorteilhaft zwei Verstelleinrichtungen 4 auf, welche zur Verstellung von Auflageflächen der Bauteilaufnahmevorrichtung 3 eingerichtet sind.
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Es ist beispielsweise eine erste Verstelleinrichtung 4a translatorisch, in diesem Ausführungsbeispiel in der Achse X verstellbar, so dass die der ersten Verstelleinrichtung 4a zugeordnete Auflagefläche einen einstellbaren Abstand zu einer weiteren Auflagefläche, welche einer zweiten Verstelleinrichtung 4b zugeordnet ist, aufweist. Die zweite Verstelleinrichtung 4b ist in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel um eine Hochachse Z drehbar, wodurch die Auflagefläche verschwenkbar ist. Diese zwei Verstelleinrichtungen 4a, 4b ermöglichen es, eine Vielzahl von Bauteiltypen, beispielsweise Fahrwerksbeine unterschiedlicher Flugzeugtypen sowie Fahrwerksbeine von Bug- und Hauptfahrwerken, auf einer Bauteilaufnahmevorrichtung 3 für eine Bearbeitung in der Bearbeitungseinrichtung 1 zu fixieren.
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Die Kombination der eingestellten Ausrichtung, Lage oder Position aller Verstelleinrichtungen 4 entspricht einer Konfiguration, wobei die momentan eingestellte Konfiguration die Istkonfiguration darstellt.
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Die Vielzahl der möglichen Einstellungen aller Verstelleinrichtungen 4 sowie der Bauteiltypen erlaubt eine hohe Variabilität der Bearbeitungseinrichtung 1. Weiterhin sind die Losgrößen von gleichen Bauteilen 2 insbesondere in einem Wartungsbetrieb sehr klein und in der Regel gleich eins. Daher ist eine entsprechende Bearbeitungseinrichtung 1 anfällig für Bedienungsfehler bei der Auswahl geeigneter Bearbeitungsprogramme. Einem Bearbeitungsprogramm sind bestimmte Verfahrwege und Bearbeitungsschritte zugeordnet, diese werden für einen bestimmten Bauteiltyp in einer bestimmten Lage, der Solllage, und einer bestimmten Konfiguration der Verstelleinrichtungen 4, der Sollkonfiguration, erstellt. Passen Bearbeitungsprogramm, Lage des Bauteils 2, Bauteiltyp und Konfiguration der Verstelleinrichtungen 4 zusammen, erfolgt die automatische Bearbeitung in der Regel fehlerfrei. Liegen jedoch Abweichungen vor, kann es leicht zu einer Kollision des Roboters 7 mit dem Bauteil 2 oder der Bauteilaufnahmevorrichtung 3 mit den entsprechenden Folgen kommen. Weiterhin kann auch eine falsche Bearbeitung des Bauteils 2 erfolgen, wodurch dieses beschädigt werden kann.
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Die Bearbeitungseinrichtung 1 weist zur Vermeidung einer Kollision eine Kamera 5 auf, welche vorzugsweise oberhalb des Bauteils 2 in der Bearbeitungseinrichtung 1 angeordnet ist. Mit der Kamera 5 wird ein oder mehrere Bilder des Bauteils 2 und der Bauteilaufnahmevorrichtung 3 erfasst. In der Steuereinheit 6 erfolgt eine Bildverarbeitung, wobei zunächst eine Trennung des Bauteils 2 und der Bauteilaufnahmevorrichtung 3 vom Hintergrund im Bild erfolgt. Anschließend erfolgt ein automatischer Abgleich mit hinterlegten Daten. In diesem Abgleich wird die Lage des Bauteils 2 in der Bearbeitungseinrichtung 1, die Istlage, und die Konfiguration der Verstelleinrichtungen 4 der Bauteilaufnahmevorrichtung 3, die Istkonfiguration, erfasst und mit einer für ein bestimmtes Bearbeitungsprogramm vorgesehenen Solllage und Sollkonfiguration verglichen. Ist das Ergebnis des Abgleichs, dass Solllage und Istlage und/oder Sollkonfiguration und Istkonfiguration nicht übereinstimmen, verhindert die Steuereinheit 6 eine Bearbeitung des Bauteils 2 durch den Roboter 7.
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Weiterhin wird in vorteilhaften Ausführungsbeispielen auch der Bauteiltyp eines Bauteils 2 in der Steuereinheit 6 erkannt und einem Bauteiltyp aus einer hinterlegten Auswahl an Bauteiltypen zugeordnet. Unterschiedliche Bauteiltypen können auch grundsätzlich die gleichen Hauptmaße aufweisen, sich jedoch beispielsweise durch zusätzliche Bohrungen oder Anbauteile unterscheiden.
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In vorteilhaften Ausführungsbeispielen erhält ein Bediener von der Steuereinheit 6 über ein entsprechendes Ausgabegerät einen Hinweis, in welcher Weise eine Abweichung vorliegt, so dass diese entsprechend schnell behoben werden kann.
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In vorteilhaften Ausführungsbeispielen weisen die Verstelleinrichtungen 4 farbige Marker auf und sind nur in unterschiedlichen Rastpositionen arretierbar. Hierdurch werden die Einstellmöglichkeiten für einen Bediener reduziert, was die Handhabung und die automatische Erkennung über die Kamera 5 vereinfacht. Die farbigen Marker ermöglichen eine vereinfachte Bildverarbeitung in der Steuereinheit 6, wodurch die Sicherheit der Ergebnisse bei einem Vergleich von Sollkonfiguration und Istkonfiguration erhöht wird.
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Die Position und Ausrichtung der Kamera 5 in der Bearbeitungseinrichtung 1 wird in vorteilhaften Ausführungsbeispielen langfristig konstant gehalten.
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Weiterhin ist in vorteilhaften Ausführungsbeispielen ein Anschlag auf einer Schiene 9 oder am Boden der Bearbeitungseinrichtung 1 vorgesehen, so dass die Bauteilaufnahmevorrichtung 3 reproduzierbar an die gleiche Position auf den Schienen 9 geschoben werden kann. In vorteilhaften Ausführungsbeispielen wird neben einem Abgleich von Solllage und Istlage des Bauteils 2 auch ein Abgleich von Solllage und Istlage der Bauteilaufnahmevorrichtung 3 vorgenommen.
