DE102016107514A1

DE102016107514A1 - Bearbeitungsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Bearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016107514A1
Application number: DE102016107514.0A
Authority: DE
Inventors: Frank Neuhaus; Kim Schwake; Jens P. Wulfsberg; Marc FETTE; Wolfgang Juedes
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2017-10-26

Abstract

Es wird eine Bearbeitungsvorrichtung (100) angegeben, aufweisend: eine Trägereinrichtung (101), eine Handhabungseinrichtung (102). Die Handhabungseinrichtung weist eine Aufnahmeeinrichtung (105) zur Aufnahme eines Werkstücks (106) und/oder eines Werkzeuges (106a) und zumindest eine Antriebseinrichtung (104) auf. Die zumindest eine Antriebseinrichtung (104) der Handhabungseinrichtung (102) ist an der Trägereinrichtung (101) angeordnet, wobei die zumindest eine Antriebseinrichtung (104) der Handhabungseinrichtung (102) mit der Aufnahmeeinrichtung (105) der Handhabungseinrichtung (102) mit zumindest einem biegeschlaffen Element (107) verbunden ist, um die Aufnahmeeinrichtung (105) an einer vorgebbaren Position in Bezug auf die zumindest eine Antriebseinrichtung (104) zu positionieren und in einer vorgebbaren Orientierung in Bezug auf die zumindest eine Antriebseinrichtung (104) auszurichten. Die vorgebbare Position und die vorgebbare Orientierung richtet sich nach dem Verlauf einer Zieloberfläche (109, 109'), so dass zumindest ein Teil des Werkstücks (106) und/oder des Werkzeuges (106a) mit der Zieloberfläche (109) in Kontakt treten kann; und/oder so dass das Werkstück (106) und/oder das Werkzeug (106a) an der Zieloberfläche (109, 109') ausgerichtet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Luft- und Raumfahrttechnik, insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Bearbeitungsvorrichtung, ein Bearbeitungssystem und ein Verfahren zum Betreiben der Bearbeitungsvorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Die Montage von großen Bauteilen, beispielsweise von Rumpfbauteilen in der Luft- und Raumfahrtindustrie, kann vergleichsweise wenig flexibel in Bezug auf Änderungen sein. Es werden oft große, schwere und produktspezifische Fertigungssysteme eingesetzt, die nur in geringen Maßen verändert werden können. Außerdem verlangt die Handhabung von großen und schweren Bauteilen, dass vergleichsweise massive Produktionsanlagen zum Einsatz kommen, deren Installation sehr aufwändig sein kann und die nur schwer verändert und an neue Produktionsvorgaben angepasst werden können.
In der Offenlegungsschrift DE 10 2013 013 530 A1 ist ein Applikationssystem mit seilgeführter Handhabungsvorrichtung zum Bewegen eines Applikationsgeräts beschrieben.
Die Druckschrift DE 10 2013 001 776 A1 beschreibt eine bewegliche Seilplattform.
Die Druckschrift DE 10 2011 078 310 A1 betrifft ein System zum Bewegen einer Last.
Die Druckschrift DE 10 2011 009 739 A1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung des Warenbestandes einer Verkaufs- und/oder Lagereinrichtung sowie ein hiermit ausgerüstetes Lagerverwaltungssystem.
Die Druckschrift DE 10 2009 050 729 A1 betrifft einen mobilen Seilroboter zur Montage von Großbaugruppen.
Die Druckschrift DE 20 2010 004 266 U1 offenbart ein flexibles Montageprofil aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff.
Die Druckschrift EP 2 756 934 A1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zusammensetzen von Werkstücken.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine effektive Handhabung von Werkstücken und/oder Werkzeugen zu ermöglichen.
Dementsprechend wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Bearbeitungsvorrichtung, ein Bearbeitungssystem und ein Verfahren zum Betreiben der Bearbeitungsvorrichtung beschrieben.
Die Erfindung wird von den Merkmalen der Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche angegeben. Ausführungsbeispiele und weitere Aspekte der Erfindung werden von den Gegenständen der abhängigen Ansprüche und der folgenden Beschreibung angegeben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Bearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, welche eine Trägereinrichtung oder eine Montageeinrichtung und eine Handhabungseinrichtung aufweist. Die Handhabungseinrichtung weist eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines Werkstücks und/oder zur Aufnahme eines Werkzeuges und zumindest eine Antriebseinrichtung auf. Die zumindest eine Antriebseinrichtung der Handhabungseinrichtung ist an der Trägereinrichtung angeordnet. Die zumindest eine Antriebseinrichtung der Handhabungseinrichtung ist ferner mit der Aufnahmeeinrichtung der Handhabungseinrichtung mit zumindest einem biegeschlaffen Element, beispielsweise einem Kabel oder einem Seil, verbunden, um die Aufnahmeeinrichtung an einer vorgebbaren Position in Bezug auf die zumindest eine Antriebseinrichtung zu positionieren und/oder in einer vorgebbaren Orientierung in Bezug auf die zumindest eine Antriebseinrichtung auszurichten. Auf diese Art und Weise kann ein an der Aufnahmeeinrichtung angeordnetes Werkstück und/oder Werkzeug ausgerichtet werden.
Die vorgebbare Position und/oder die vorgebbare Orientierung richtet/richten sich nach dem Verlauf einer Zieloberfläche, sodass zumindest ein Teil des Werkstücks und/oder des Werkzeuges mit der Zieloberfläche in Kontakt treten kann und/oder sodass das Werkstück und/oder das Werkzeug an der Zieloberfläche ausgerichtet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Bearbeitungssystem angegeben, welches eine erste der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung aufweist, bei welcher an der Aufnahmeeinrichtung ein Werkstück angeordnet ist. Ferner weist das Bearbeitungssystem eine zweite erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung auf, bei welcher an der Aufnahmeeinrichtung ein Werkzeug angeordnet ist. Die zumindest eine Antriebseinrichtung der ersten Bearbeitungsvorrichtung und die zumindest eine Antriebseinrichtung der zweiten Bearbeitungsvorrichtung ist an einer gemeinsamen Trägereinrichtung angeordnet, beispielsweise an einem gemeinsamen Montagerahmen. Darüber hinaus ist die Aufnahmeeinrichtung der zweiten Bearbeitungsvorrichtung in Relation zu der Aufnahmeeinrichtung der ersten Bearbeitungsvorrichtung so ausrichtbar, dass das Werkzeug mit der Oberfläche des Werkstücks als Zieloberfläche in Kontakt treten kann.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung und/oder zum Betreiben des erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems angegeben. Das Verfahren weist das Positionieren einer Aufnahmeeinrichtung einer vorgebbaren Position in Bezug zu einer Antriebseinrichtung auf, welche zur Aufnahme eines Werkstücks und/oder zur Aufnahme eines Werkzeuges eingerichtet ist. Die Antriebseinrichtung ist an einer Trägereinrichtung angeordnet.
Das Verfahren kann zusätzlich zu dem Positionieren auch das Ausrichten der Aufnahmeeinrichtung in einer vorgebbaren Orientierung in Bezug auf die Antriebseinrichtung aufweisen, wobei die zumindest eine Aufnahmeeinrichtung mit der Antriebseinrichtung mit zumindest einem biegeschlaffen Element verbunden ist. Durch das Ausrichten der Aufnahmeeinrichtung in Bezug auf die Antriebseinrichtung kann ein Zusammenhang zwischen der Aufnahmeeinrichtung und der Antriebseinrichtung geschaffen werden und so eine Ausrichtung an der Zieloberfläche erfolgen. Bei dem Ausrichten können die physikalischen Eigenschaften eines biegeschlaffen Elements berücksichtigt werden, welches die Aufnahmeeinrichtung und die zumindest eine Antriebseinrichtung verbindet. Die Antriebseinrichtung ist der Aktor, der im Wesentlichen die Ausrichtung der Aufnahmeeinrichtung vornimmt. Die vorgebbare Position und/oder die vorgebbare Orientierung richtet sich nach dem Verlauf einer Zieloberfläche, sodass zumindest ein Teil des Werkstücks und/oder des Werkzeuges mit der Zieloberfläche in Kontakt tritt und/oder sodass das Werkstück und/oder das Werkzeug an der Zieloberfläche ausgerichtet ist. Da die Zieloberfläche virtuell sein kann, wird der indirekte Weg über die Einstellung über die Antriebseinrichtung gewählt.
Die Kombination aus der Trägereinrichtung, an der die zumindest eine Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist, mit dem biegeschlaffen Element erlaubt die Handhabung von großen Lasten und sperrigen Teilen. Die Stabilität der Bearbeitungsvorrichtung und die Fähigkeit schwere Lasten aufnehmen zu können mag der Bearbeitungsvorrichtung im Wesentlichen durch die Trägereinrichtung verliehen werden. Die Aufnahme der Last und die Weitergabe der Last an die Trägereinrichtung sowie die Ausrichtung der Aufnahmeeinrichtung kann durch das biegeschlaffe Element gewährleistet werden. Somit kann die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung bei dem Zusammenbau eines Flugzeugs genutzt werden. Insbesondere kann die Bearbeitungsvorrichtung zum Einsatz kommen, wenn große Komponenten zusammengefügt oder gehandhabt werden müssen, beispielsweise eine Major Component Assembly (MCA), und somit kann die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung für derzeitige Montageprozesse und auch zukünftige Montageprozesse der verschiedensten Flugzeugtypen genutzt werden.
Als Handhabungseinrichtung, welche eine Antriebseinrichtung und ein biegeschlaffes Element aufweist, kann ein Kabelroboter oder Seilroboter genutzt werden, also ein Roboter mit Kabelantrieb oder Seilantrieb. Das Anwendungsfeld von Kabelrobotern, die oftmals zum Tragen von Fernsehkameras bei Sportveranstaltungen eingesetzt werden, kann für das industrielle Umfeld erweitert werden. Es kann das Nutzen eines Kabelroboters für das Positionieren von schweren und/oder großen Bauteilen vorgesehen werden. In der Industrie, insbesondere bei der Fertigung von Systemen, können Kabelroboter im Bereich der Logistik zum Transport von Waren in Hochlagern genutzt werden. Mittels der Positionierung und/oder Ausrichtung kann auch eine Bearbeitung während des Transports oder unabhängig von dem Kabelroboter vorgesehen werden. Der einfache Aufbau eines Kabelroboters kann der Fertigung von Großbauteilen, wie beispielsweise einem Flugzeugrumpf, eine Flexibilität verleihen und trotzdem die Handhabung von großen, sperrigen und insbesondere schweren Bauteilen ermöglichen. Mittels der vorgesehenen Massnahmen der Positionierung und/oder Ausrichtung und der Beachtung und Berücksichtigung von dynamischen Eigenschaften von großen und schweren Bauteilen in den zugehörigen Steuerverfahren, kann ein Kabelroboter für den Einsatz in der Großbauteilmontage genutzt werden, beispielsweise bei der Flugzeugmontage.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Verlauf der Zieloberfläche in Bezug auf ein Weltkoordinatensystem, auf ein Bodenkoordinatensystem und/oder auf ein Flugzeugkoordinatensystem angegeben. Insbesondere können die Koordinaten, welche bei der Positionierung und/oder der Orientierung genutzt werden, zwischen den verschiedenen Koordinatensystemen umgerechnet werden.
Folglich kann bei der Konstruktion eines Flugzeuges, bei der im Wesentlichen ein Flugzeugkoordinatensystem eingesetzt wird, auch in der Fertigung genutzt werden, indem die Flugzeugkoordinaten auf Bodenkoordinaten der Fertigungshalle und insbesondere auf ein spezifisch für die Bearbeitungsvorrichtung vorgesehenes Koordinatensystem umgerechnet werden. Insbesondere, wenn Bearbeitungsvorrichtungen genutzt werden, die kleiner als die Gesamtausdehnung des Werkstücks sind, das bearbeitet werden soll, kann mit Hilfe einer Vorschubeinrichtung eine Umrechnung von Flugzeugkoordinaten in Bodenkoordinaten nützlich sein, da die Bearbeitungsvorrichtung durch den Vorschub oder die Bewegung der Bearbeitungsvorrichtung das gesamte Werkstück oder Flugzeug abdecken kann. Somit kann beispielsweise die Bearbeitungsvorrichtung ein eigenes Koordinatensystem für nur einen Rumpfabschnitt definieren, das auch nur individuell für das jeweilige bearbeitete Flugzeugsegment genutzt wird, wohingegen das Flugzeugkoordinatensystem für das gesamte Endprodukt genutzt wird, beispielsweise das gesamte Flugzeug oder den gesamten Flugzeugrumpf. Folglich kann das Koordinatensystem der Bearbeitungsvorrichtung als ein Teilabschnitt oder ein Unterabschnitt des Flugzeugkoordinatensystems betrachtet werden. In anderen Worten, kann die Trägereinrichtung einen Unterabschnitt eines Flugzeugkoordinatensystems bilden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die zumindest eine Antriebseinrichtung der Handhabungseinrichtung fest oder beweglich an der Trägereinrichtung angeordnet.
Die Antriebseinrichtung kann die Länge des biegeschlaffen Elements verändern, beispielsweise des Seils oder Kabels, und somit für eine Positionierung der Aufnahmeeinrichtung und deren Ausrichtung sorgen. Dazu können insbesondere auch mehrere Antriebseinrichtungen und biegeschlaffe Elemente zusammenspielen. Um einen durch eine Trägereinrichtung vorgebbaren Raumbereich flexibl zu gestalten und leicht in Unterabschnitte aufteilen zu können und um die Positionierung weiter zu verfeinern, kann die Antriebseinrichtung an der Trägereinrichtung beweglich angeordnet sein. Beispielsweise kann die Antriebseinrichtung selbst mittels eines Motors an einem Montagerahmen oder an einer Strebe bewegbar angeordnet sein, um beispielsweise einen Winkel zwischen biegeschlaffem Element und Trägereinrichtung und/oder Träger flexibel einzustellen. Durch eine Antriebseinrichtung, die beweglich an der Trägereinrichtung angeordnet ist, kann auch ein Teilbereich der Trägereinrichtung freigegeben werden oder auch eine Kaskadenanordnung geschaffen werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Trägereinrichtung zerlegbar und/oder in Leichtbauweise ausgebildet.
Durch den Einsatz einfach ausgebildeter Trägerkomponenten, die die Trägereinrichtung bilden, kann ein leicht transportierbares und flexibles System gestaltet werden. Die Trägereinrichtung kann als ein Montagerahmen ausgebildet werden. Trotz der tragbaren Ausgestaltung kann die Bearbeitungsvorrichtung mit einer hohen Steifigkeit und Verwindungsfestigkeit ausgebildet werden. Die leichtgewichtige Ausgestaltung der Trägereinrichtung ermöglicht auch den Transport der Bearbeitungsvorrichtung an den Einsatzort und den flexiblen Einsatz in unterschiedlichen Gegebenheiten. Auf diese Art und Weise kann die Bearbeitungsvorrichtung auch in ein schwer zugängliches Gelände zu dem Werkstück transportiert werden, ohne das schwere Werkstück zu der Bearbeitungsvorrichtung transportieren zu müssen. Der Transport der Bearbeitungsvorrichtung zu dem Werkstück kann beispielsweise Reparaturen erleichtern. Die Trägereinrichtung kann beispielsweise mittels Schrauben zusammengebaut werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Aufnahmeeinrichtung ein Werkzeug auf, wobei das Werkzeug eine Verbindeeinrichtung aufweist, mit welcher sich das Werkzeug mit der Zieloberfläche verbinden kann, an deren Verlauf die vorgebbare Position und/oder die vorgebbare Orientierung der Aufnahmeeinrichtung ausgerichtet ist.
Es kann eine Bearbeitungsvorrichtung realisiert werden, die eine mehrstufige Annäherung an ein Werkstück ermöglicht. Mittels der Aufnahmeeinrichtung kann beispielsweise ein Werkzeug in die Nähe der Zieloberfläche gebracht werden. Die Verbindeeinrichtung kann sich sodann durch gezieltes Ausrichten mit der Zieloberfläche verbinden. Die Verbindeeinrichtung kann beispielsweise als ein Saugnapf ausgebildet sein, der sich mit der Zieloberfläche durch Aufbauen eines Vakuums verbinden kann. Das Vakuum kann über einen gewissen Abstand zwischen Werkzeug und Zieloberfläche hinweg wirken und für eine schonende Verbindung sorgen. Das Steuerverfahren kann das Annähern an die Oberfläche und das Aufsetzen auf der Oberfläche sowie das weitere Bearbeiten der Oberfläche als kommunizierende Prozesse vorsehen, die im Wesentlichen unabhängig voneinander ablaufen. Zur Bearbeitung kann sich das Werkzeug von dem biegeschalffen Element und/oder von der Aufnahmeeinrichtung lösen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Verlauf der Zieloberfläche ein virtueller Verlauf einer Oberfläche.
Als virtueller Verlauf der Zieloberfläche mag ein berechneter Verlauf in einem Steuer- und/oder Regelprogramm in einer Steuereinrichtung verstanden werden. Dieser berechnete Verlauf dient zur Ausrichtung der Aufnahmevorrichtung in Bezug auf die Zieloberfläche. Durch die gezielte Einstellung der biegeschlaffen Elemente mit den Antriebseinrichtungen wird der virtuelle Verlauf der Zieloberfläche in eine reale Position und/oder reale Ausrichtung übertragen. Dabei können die dynamischen Modelle von schweren Lasten berücksichtigt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Bearbeitungsvorrichtung ferner eine Vermesseinrichtung auf. Die Vermesseinrichtung ist zum Erfassen des Verlaufs der Zieloberfläche und/oder der Position einer Schadstelle der Zieloberfläche eingerichtet.
Mittels der Vermesseinrichtung lässt sich eine reale Zieloberfläche, beispielsweise ein Flugzeugrumpf, in eine virtuelle Zieloberfläche umformen, die dann einem Programm in der Steuereinrichtung zur weiteren Verarbeitung zugänglich ist. Die virtuell verlaufende Zieloberfläche kann dann im Programm, beispielsweise einem Reparaturprogramm, zur Orientierung an der realen Zieloberfläche dienen. Somit kann programmgesteuert die Aufnahmeeinrichtung durch entsprechende Einstellung der zumindest einen Antriebseinrichtung in eine geeignete Position gebracht werden, um mit der Zieloberfläche in Kontakt zu treten, oder um ein von der Aufnahmeeinrichtung gehaltenes Werkzeug in den Bereich der Zieloberfläche zur Bearbeitung zu bringen.
Die Vermesseinrichtung dient somit der Aufnahme für die computerunterstützte Verarbeitung einer real vorhandenen Struktur.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Bearbeitungsvorrichtung eine Positionsbestimmungseinrichtung auf, wobei die Positionsbestimmungseinrichtung zur Überprüfung der vorgebbaren Position und/oder der vorgebbaren Orientierung des Werkstücks und/oder des Werkzeuges eingerichtet ist.
Die Ausrichtung der Aufnahmeeinrichtung in Bezug auf die Zieloberfläche, insbesondere in Bezug auf eine virtuelle Zieloberfläche, die von einem Steuerprogramm, das zum Betreiben der Bearbeitungsvorrichtung dient, zur Orientierung genutzt wird, kann zur Ausrichtung der Aufnahmeeinrichtung verwendet werden. Um eine Überprüfung der tatsächlichen Position der Aufnahmeeinrichtung im Raum zu ermöglichen, kann die Positionsbestimmungseinrichtung die tatsächliche Lage der Aufnahmeeinrichtung im Raum und/oder in Bezug zu der Zieloberfläche ermitteln und zur Korrektur verwenden. Aus der ermittelten Lage kann die Positionsbestimmungseinrichtung ein Feedback an eine Steuereinrichtung geben. Somit können auch Fehler, die beispielsweise durch unvorhersehbare Dehnungen der biegeschlaffen Elemente und/oder der Trägereinrichtung hervorgerufen werden, ausgeglichen werden und es kann eine präzise Positionierung und/oder Orientierung der Aufnahmeeinrichtung in Bezug auf die Zieloberfläche erreicht werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Programmelement angegeben, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, das Verfahren zum Betreiben einer Bearbeitungsvorrichtung ausführt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, in dem ein Programm gespeichert ist, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, das Verfahren zum Betreiben einer Bearbeitungsvorrichtung ausführt.
Als ein computerlesbares Speichermedium mag eine Floppy Disc, eine Festplatte, ein USB (Universal Serial Bus) Speichergerät, ein RAM (Random Access Memory), ein ROM (Read Only Memory) oder ein EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) genutzt werden. Als Speichermedium kann auch ein ASIC (application-specific integrated circuit) oder ein FPGA (field-programmable gate array) genutzt werden sowie eine SSD (Solid-State-Drive) Technologie oder ein Flash-basiertes Speichermedium. Ebenso kann als Speichermedium ein Web-Server oder eine Cloud genutzt werden. Als ein computerlesbares Speichermedium mag auch ein Kommunikationsnetz angesehen werden, wie zum Beispiel das Internet, welches das Herunterladen eines Programmcodes zulassen mag. Es kann eine funkbasierte Netzwerktechnologie und/oder eine kabelgebundene Netzwerktechnologie genutzt werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden werden weitere exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die Figuren beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt einen Querschnitt einer Bearbeitungsvorrichtung bei der Handhabung des Einbaus eines Werkstücks in eine Zieloberfläche gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Systemdiagramm der Bearbeitungsvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein Einsatzszenario der Bearbeitungsvorrichtung mit einem festen Werkzeug gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Anordnung der Bearbeitungsvorrichtung mit festem Werkstück und mobilem Werkzeug gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Konfiguration der Bearbeitungsvorrichtung, bei der das Werkstück und Werkzeug frei beweglich sind, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die 7 ist eine Anordnung zum Tragen eines Werkstücks mit beweglichen Antriebseinrichtungen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 stellt eine perspektivische Darstellung der Bearbeitungsvorrichtung in einer Korrekturkonfiguration dar, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung mit einem Rumpfbauteil als Werkstück, welches in verschiedenen Positionen mittels der Handhabungseinrichtung ausgerichtet wird. gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung mit einem flexiblen Reparatur- und Wiederherstellungssystem gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt eine detaillierte Ansicht einer Reparatureinrichtung mit verschiedenen Werkzeugen und einer Verbindeeinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt eine Verbindeaktion einer Werkzeugeinrichtung mit einer Zielstruktur gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt eine Erfassung der Beschädigung einer Flugzeugstruktur mittels Reparatureinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt eine Ausbesserung einer Schadstelle mittels Reparatureinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
15 zeigt das stufenweise Ausbessern einer Schadstelle mittels der Fräseinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
16 zeigt das Überprüfen einer Schadstelle gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
17 zeigt den Einsatz eines Applizierungswerkzeugs für Klebstoffe gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
18 zeigt das Einbringen eines Halbzeugs gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
19 zeigt einen Löseprozess einer Reparatureinrichtung von der reparierten Oberfläche gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
20 zeigt den Einsatz einer Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung einer konvexen Zieloberfläche gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
21 zeigt die Verbindung der Reparatureinrichtung mit einer konkaven Zieloberfläche gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
22 zeigt den Einsatz der Bearbeitungsvorrichtung an der Oberfläche eines Helikopters gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
23 zeigt den Einsatz der Bearbeitungsvorrichtung an der Oberfläche eines Flugzeuges gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
24 zeigt eine Flowline gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
25 zeigt eine Vorschubeinrichtung basierend auf einem Förderband gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
26 zeigt eine Ausbildung einer Vorschubeinrichtung als Handhabungskinematik gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
27 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung mit einer Vorschubeinrichtung, welche zum Vorschub der Bearbeitungsvorrichtung eingerichtet ist. gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die 28 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung, welche eine Vorschubeinrichtung zur Bewegung senkrecht zu einer Materialflussrichtung aufweist, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
29 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung mit beweglichen Antriebseinrichtungen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
30 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung mit flexiblem Handhabungsraum gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
31 zeigt eine Flowline, welche aus zwei Bearbeitungsvorrichtungen mit einer Vorschubeinrichtung aufgebaut ist, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
32 zeigt den Einsatz einer Vielzahl von Bearbeitungsvorrichtungen zur Bildung einer flexiblen Fertigungsstraße gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. In der folgenden Beschreibung der 1 bis 32 werden die gleichen Bezugsziffern für gleiche oder sich entsprechende Elemente verwendet.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Bearbeitungsvorrichtung 100 weist die Trägereinrichtung 101 und die Handhabungseinrichtung 102 auf. Die Trägereinrichtung ist in dem Ausführungsbeispiel nach 1 als ein rechteckiger Montagerahmen 101 ausgebildet. Der Montagerahmen weist 12 Trägerelemente 101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f, 101g, 101h, 101i, 101j, 101k, 101l auf. Diese Träger 101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f, 101g, 101h, 101i, 101j, 101k, 101l können in Leichtbauweise gestaltet und zerlegbar gefertigt sein. Zur Verstärkung der Trägerkonstruktion sind in den Eckbereichen, an denen die Träger 101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f, 101g, 101h, 101i, 101j, 101k, 101l zusammengesetzt sind, Querstreben 103 angeordnet. Mittels Schrauben kann die Trägereinrichtung in kleine Bestandteile zerlegt werden, welche von einem Menschen transportiert werden können. Die Rahmenkonstruktion der Trägereinrichtung 101 ist trotz der Leichtbauweise sehr verbindungssteif und für hohe Lasten ausgelegt. Die Handhabungseinrichtung 102 weist in jeder Ecke der Trägereinrichtung 101 eine Antriebseinrichtung 104a, 104b, 104c, 104d, 104e, 104f, 104g, 104h auf. Jede dieser acht Antriebseinrichtungen 104 ist mit einer in 1 von dem Werkstück 106 verdeckten Aufnahmeeinrichtung 105 über biegeschlaffe Elemente 107 verbunden, beispielsweise mit einem Seil oder Kabel 107a, 107b, 107c, 107d, 107e, 107f, 107g, 107h.
Die Antriebseinrichtungen 104 können als Winden ausgeführt sein, welche von einem Elektromotor angetrieben werden. Die Antriebseinrichtungen bestimmen über die Veränderung der Seillängen oder die Länge der biegeschlaffen Elemente 107a...107h die Position und/oder die Orientierung der Aufnahmeeinrichtung 105 und bestimmen somit die Position und/oder Orientierung des Werkstückes 106 innerhalb eines Handhabungsraums 108, 201. Die Antriebseinrichtungen können bei der Veränderung der Länge der biegeschlaffen Elemente die Dynamik von schweren Bauteilen berücksichtigen. Beispielsweise können Dehnungserscheinungen der biegeschlaffen Elemente kompensiert werden.
Der Handhabungsraum 108, 201 oder Arbeitsraum 108, 201 mag als derjenige Raum definiert sein, welcher von der Handhabungseinrichtung 102 physikalisch erreichbar ist, also insbesondere von der Aufnahmeeinrichtung 105. Als Handhabungsraum 108, 201 oder Arbeitsraum 108, 201 kann somit der der Raum bezeichnet werden, den der TCP (Tool Center Point) erreichen kann, insbesondere den der TCP in gewünschter Orientierung erreichen kann. Der TCP kann in der Aufnahmeeinrichtung 105 oder in dem Werkzeugflansch 105 definiert werden.
In anderen Worten mag der Raumbereich, innerhalb dessen aufgrund seiner physikalischen Reichweite die Handhabungseinrichtung agieren kann, als Handhabungsraum bezeichnet werden. Durch das Vorgeben von Handhabungsräumen kann auch eine Kaskadenanordnung geschaffen werden. Unter einer Kaskadenanordnung kann verstanden werden, dass eine Vielzahl von Handhabungseinrichtungen 102, insbesondere zwei Handhabungseinrichtungen, an derselben Trägereinrichtung befestigt sind und somit der verfügbare Handhabungsraum zwischen den beiden oder der Vielzahl von Handhabungseinrichtungen 102 flexibel aufgeteilt werden kann. In einem Beispiel kann ein Kabelroboter oder ein Seilroboter als Grundhandhabungseinrichtung genutzt werden und noch zumindest eine weitere Kinematik zusätzlich installiert werden. Bei der zusätzlichen Kinematik kann es sich um einen weiteren Kabelroboter und/oder um einen Industrieroboter handeln. Durch solch eine Mehrfachanordnung kann man einen zusätzlichen Arbeitsraum in einem höher geordneten Arbeitsraum erhalten.
Werden zumindest zwei Seilroboter oder Kabelroboter oder allgemein zumindest zwei Kinematiken in einem Arbeitsraum einer Trägereinrichtung 101 oder in einem Trägerwerk 101 eingesetzt, kann ein dynamischer Arbeitsraum der zumindest zwei Kinematiken entstehen, weil die Position eines Roboter durch seine jeweilige Kabelverspannung den Arbeitsraum des anderen Roboters einschränken kann. Der gemeinsame Arbeitsraum wird somit in zumindest zwei dynamisch veränderbare Sub-Handhabungsräume geteilt, deren Form sich mit einer sehr großen Änderungsrate ändern kann. Die zugehörige Steuereinrichtung ist jedoch so eingereichtet, Behinderungen der zumindest zwei Kinematiken untereinander zu erkennen und zu verhindern. Die Bewegung der Antriebseinrichtung an der Trägereinrichtung kann beispielsweise durch einen oder eine Vielzahl von Stellmotoren erreicht werden. Anhand der Kaskadenanordnung können verschiedene Montageoperationen definiert und umgesetzt werden. In Abhängigkeit einer Rangordnung aus dem Montageprozess können diese Montageoperationen abgeleitet werden. Beispielsweise kann die Steuersoftware für die Steuereinrichtung so eingerichtet sein, aus einem vorgegebenen Montageprozess eine Rangordnung der zumindest zwei Kinematiken zu bestimmen und die zumindest zwei Kinematiken entsprechend anzusteuern.
Aufgrund der Anordnung der Antriebseinrichtungen 104 in den jeweiligen Ecken des Montagerahmens 101 wird in 1 der Handhabungsraum 108, 201 oder Arbeitsraum 108, 201 im Inneren des Montagerahmens 101 ausgebildet. Somit kann der sich im Äußeren des Handhabungsraums 108, 201 befindliche Rumpf 109 oder das Rumpfsegment 109 erreicht werden, welcher/welches als Zieloberfläche 109 dient und in den Handhabungsraum 108, 201 hineinragt. An dieser Zieloberfläche 109 wird gesteuert durch eine nicht in 1 dargestellte Steuereinrichtung die Aufnahmeeinrichtung 105 ausgerichtet. In dem Beispiel der 1 stimmt die Zieloberfläche mit einer realen Oberfläche des Rumpfes 109 überein. Das Werkstück 106 kann in den Rumpf 109 eingebaut werden, indem eine Stelle an dem Rumpf bestimmt wird, in der das Werkstück eingebaut werden soll. Da sich nicht das gesamte Werkstück 106 innerhalb des Rahmens 101 befinden muss, sondern im Wesentlichen nur die zu bearbeitende Stelle innerhalb des Rahmens 101 erreichbar sein muss, können auch Werkstücke 106 bearbeitet werden, deren Dimension größer ist als die Dimension der Bearbeitungsvorrichtung 100.
Die Dimensionen des Montagerahmens 101 sind so ausgelegt, dass zumindest ein Rumpfbauteil 109 innerhalb des Montagerahmens 101 aufgenommen werden kann, um mittels der Handhabungseinrichtung 102 bedient zu werden oder mit ihr in Kontakt zu treten. Werkstücke 106, die bei der Flugzeugmontage bearbeitet werden, können eine Länge von 16 m bis 25 m aufweisen oder eine Länge von 1 m bis 30 m aufweisen. Wird die Bearbeitungsvorrichtung 100 zur Bearbeitung bei der Flügelmontage genutzt, kann die Länge eines Werkstücks 106 im Bereich von 1 m bis zu 45 m liegen. In einem anderen Beispiel kann der Durchmesser eines Rumpfes 106 im Bereich von 4,50 m bis 8,00 m liegen. Ein Werkstück 106 kann sowohl zylindrische wie auch sphärische Strukturen aufweisen. Der Montagerahmen 101 kann als flexibles und modulares System ausgebildet sein, um auf die Bedürfnisse entsprechend konfiguriert werden zu können. Alle Montageabläufe und/oder Produktionsprozesse können mittels dem Vorsehen einer entsprechend konfigurierten Steuereinrichtung, die die Handhabungseinrichtung 102 ansteuert, in dem Montagerahmen durchgeführt werden.
Außerhalb der Trägereinrichtung 101 ist die Positionsbestimmungseinrichtung 110 angeordnet. Die Positionsbestimmungseinrichtung ist auf derselben Ebene oder Bezugsfläche 111 wie der Montagerahmen 101 fest angeordnet. Die Positionsbestimmungseinrichtung 110 ist zur Überprüfung der vorgebbaren Position und/oder der vorgebbaren Orientierung des Werkstücks 106 vorgesehen.
Auch wenn in der Beschreibung der Figuren im Wesentlichen auf ein Werkstück 106 Bezug genommen wird, das von der Handhabungseinrichtung 102 bedient wird, kann anstelle des Werkstücks 106 ein Werkzeug 106a an der Aufnahmeeinrichtung 105 angeordnet sein, insbesondere wenn es darum geht, Arbeiten an der Zieloberfläche 109 vorzunehmen. Durch eine geeignete Aufnahmeeinrichtung kann die Handhabungseinrichtung an ein Werkstück oder ein Werkzeug angepasst werden. Die Positionsbestimmungseinrichtung 110 ist in 1 als eine Laserpositionsbestimmungseinrichtung 110 vorgesehen, welche einen Laserstrahl 112 auf das Werkstück 106, das Werkzeug 106a und/oder auf die Aufnahmevorrichtung 105 richtet, um die tatsächliche Orientierung im Raum festzustellen.
Unter einer Kinematik mag eine Vorrichtung verstanden werden, welche einen Vorschub und/oder einen Transport eines Werkstücks und/oder eines Werkzeuges ermöglicht. Unter einer Kinematik kann auch ein Mehrkörpersystem verstanden werden, dessen Komponenten untereinander definiert, beweglich gekoppelt sind. Diese Kopplung wird beispielsweise durch verschiedene Gelenke realisiert. In einem anderen Beispiel können anstelle von Gelenken auch Antriebseinrichtungen vorgesehen sein, die über biegeschlaffe Elemente eine Aufnahmeeinrichtung als TCP zu einem vorgebbaren Raumpunkt in einer vorgebbaren Orientierung innerhalb des Arbeitsraums bewegen können.
Die Positionsbestimmungseinrichtung 110 kann auch als Vermessungseinrichtung 110a genutzt werden und kann beispielsweise die Zieloberfläche 109 vermessen, um den Verlauf der Zieloberfläche 109 zu erfassen und/oder um eine Position einer Schadstelle der Zieloberfläche 109 zu ermitteln (das Vermessen ist in 1 nicht dargestellt).
Der 1 ist zu entnehmen, dass die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung 100 für die Handhabung und die Zusammensetzung von Flugzeugkomponenten, beispielsweise einem Rumpfbauteil 109, genutzt werden kann, um eine hohe Effizienz bei der Flugzeugproduktion herbeizuführen.
Die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung 100 ist leicht an unterschiedliche Fertigungsprozesse und unterschiedliche Werkstücktypen 106 anpassbar und kann in großen Produktionsanlagen genutzt werden. Die Aufhängung an zumindest einem oder einer Vielzahl von biegeschlaffen Elementen 107 in Kombination mit den Antriebseinrichtungen kann eine hohe Anzahl von Freiheitsgraden (Degree of Freedom, DoF) ermöglichen. Es sind bis zu sechs DoF möglich, um auch schwere Werkstücke 106 ausrichten zu können. Somit können die verschiedensten Positionen bei der Fertigung eines Bauteils erreicht werden, beispielsweise bei der Fertigung eines Flugzeugrumpfes. Wegen der einfachen Struktur der Bearbeitungsvorrichtung 100 mit Trägereinrichtung, Antriebseinrichtung und biegeschlaffem Element können Investitionskosten für Fertigungsanlagen und somit Produktionskosten von Großbauteilen oder MCAs wegen der hohen Kosteneffizienz gering gehalten werden. Gleichzeitig kann der Produktionsprozess flexibel und mit geringem Energieverbrauch ausgestaltet werden. Die Bearbeitungsvorrichtung lässt sich mit standardisierten Bauteilen aufbauen und selbst als eine standardisierte Bearbeitungsvorrichtung ausgestalten, beispielsweise mit fest vorgegebenem Handhabungsraum, wodurch sich die Produktionskosten verringern lassen.
Aufgrund der großen Dynamik mit einer geringen Last können sich die Produktionszykluszeiten reduzieren lassen. Außerdem ist die Handhabung einer hohen Last mit einer geringen Dynamik möglich. Die Bearbeitungsvorrichtung kann für das schnelle Bewegen einer leichten Last oder das träge Bewegen einer schweren Last eingerichtet sein. Das Gewicht, das mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt werden kann, hat eine obere Grenze. Diese obere Grenze mag im Wesentlichen von der elastischen Längung der Kabel 107 bei hohen Zugkräften und den daraus entstehenden Schwingungen bei Lastwechsel vorgegeben sein.
Insbesondere kann das bedeuten, dass durch den Einsatz von Kabelrobotern eine große Nutzlast bearbeitet werden kann: Die Winden 107 von Seilrobotern können als Kranwinden ausgestaltet sein und ermöglichen das Tragen von extrem große Lasten. Bei geringer Dynamik können Nutzlasten von einigen Tonnen bearbeitet werden.
Werden Werkstücke 106 mit geringen Massen bewegt, können jedoch hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen erreicht werden. Die Auslegung der Bearbeitungsvorrichtung kann in Abhängigkeit des Montageprozesses gewählt werden. Ist eine größere Beschleunigung für den Prozess notwendig, kann dies durch den Einsatz von starken Motoren der Antriebseinrichtungen 104 realisiert werden. Ohne die Struktur der Kinematik vollständig neu auszulegen, kann eine Erhöhung der Kraft beim Seilroboter ohne wesentliche Anpassungen der Winden dem End-Effektor zugute und erlaubt damit größere Beschleunigungen und folglich kürzere Taktzeiten.
Ferner ergibt sich ein großes Leichtbaupotenzial durch den Einsatz von stabilen Leichtgewichtsbauteilen, insbesondere bei der Fertigung der Trägereinrichtung.
Die Verwendung von Leichtbauteilen und der Einsatz für große und schwergewichtige Werkstücke oder Bauteile ermöglicht ein gutes Last-zu-Robotergewicht-Verhältnis. Das Last-zu-Robotergewicht wird durch das Verhältnis V von Lastgewicht (Fg_Last) gegenüber Robotergewicht (Fg_Roboter) berechnet, also V = Fg_Last/Fg_Roboter.
Insbesondere durch den Einsatz von Kunstfaserseilen als biegeschlaffe Elemente wird ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Nutzlast und bewegter Eigenmasse des Roboters 102 erreicht. Bei einem Industrieroboter mag das Verhältnis von Nutzlast zu bewegter Eigenmasse bei circa 1:10 liegen. Ein Seilroboter 102 kann ein Verhältnis Nutzlast zu bewegter Eigenmasse aufweisen, das größer als 10:1 ist. Ein Seilroboter kann somit das Verhältnis von Nutzlast zu bewegter Eigenmasse eines Industrieroboters um den Faktor 100 übertreffen.
Der einfache Aufbau der Bearbeitungsvorrichtung ermöglicht auch eine hohe Wiederverwertbarkeit und Weiternutzbarkeit bei einer sehr hohen Flexibilität der Komponenten, aus denen die Bearbeitungsvorrichtung zusammengesetzt wird. Es ist ferner ein sehr schneller Auf- und/oder Abbau des gesamten Produktionssystems, insbesondere der Bearbeitungsvorrichtung, möglich, die auch den Einsatz der Bearbeitungsvorrichtung im unwegsamen Gelände ermöglicht. Ebenso ist ein Transport der Bearbeitungsvorrichtung gut möglich. Und wegen dem einfachen Aufbau der Komponenten ist der Wartungsaufwand gering. Zusätzlich kann die Bearbeitungsvorrichtung unabhängig von dem Bauteiltyp oder Werkstück erstellt werden. Folglich kann die Bearbeitungsvorrichtung als Standardkomponente bei der Fertigung unterschiedlichster Flugzeugtypen oder Werkstücktypen genutzt werden. Durch den Einsatz einer programmierbaren Steuerung kann die Anpassung an unterschiedliche Produktionsprozesse und/oder Werkstücke durch Anpassung des verwendeten Steuerprogramms erfolgen, ohne die Konstruktion der Bearbeitungsvorrichtung zu verändern. Somit kann die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung als Standardkomponente universell für verschiedene Zusammenbau- und Produktionsprozesse in der Großindustrie genutzt werden. Einsatzgebiete sind beispielsweise die Automobil- und/oder Flugzeugindustrie.
Es kann als ein Aspekt der Erfindung angesehen werden, ein Werkzeug 106a oder Werkstück 106 mit der Hilfe einer Handhabungseinrichtung 102 basierend auf biegeschlaffen Elementen 107a...107h zu bewegen. Die Bearbeitungsvorrichtung kann mittels einer Vorschubeinrichtung frei im Raum bewegbar ausgeführt sein, um Stellen an einem Werkstück zu erreichen, die ausserhalb des Handhabungsraums oder des Arbeitsraums der Bearbeitungsvorrichtung liegen. Eine auf biegeschlaffen Elementen basierende Handhabungsvorrichtung 102 kann auch als Kabelroboter 102 oder Seilroboter 102 bezeichnet werden. Zur Positionierung und Orientierung der Aufnahmeeinrichtung 105 und des mit der Aufnahmeeinrichtung verbundenen Werkstücks 106 oder des Werkzeuges 106a kann durch eine Anpassung der Länge der Seile 107a, 107b, 107c, 107d, 107e, 107f, 107g, 107h durch die zumindest eine oder Vielzahl von Antriebseinrichtungen 104a, 104b, 104c, 104d, 104e, 104f, 104g, 104h die Position und/oder Orientierung der Aufnahmeeinrichtung beeinflusst werden. Die Antriebseinrichtungen können beispielsweise als Rollen mit elektrisch angetriebenen Elektromotoren oder Schrittmotoren ausgebildet sein. Diese Elektromotoren werden von einer zentralen Steuereinrichtung angesteuert, welche die Anpassung der Seillängen in Bezug auf die gewünschte Orientierung vornehmen kann. Die genaue Einstellung der Seillängen und insbesondere auch die Einstellung der Winkel der biegeschlaffen Elemente 104a, 104b, 104c, 104d, 104e, 104f, 104g, 104h zu den Rahmenbauteilen oder Trägern 101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f, 101g, 101h, 101i, 101j, 101k, 101l kann dadurch verfeinert werden, indem zumindest ein Teil der Antriebseinrichtungen 104 mit Motoren ausgestattet ist. Die Motoren ermöglichen eine Bewegung der Antriebseinrichtungen 104 auf den Rahmenbauteilen 101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f, 101g, 101h, 101i, 101j, 101k, 101l.
Insbesondere mittels der Vorschubeinrichtung kann eine Umrechnung von Flugzeugkoordinaten in Bodenkoordinaten durchgeführt werden. Dieser Übergang zwischen den Koordinatensystemen kann mathematische mit der Formel T F / B = (T B / M)^–1T F / M beschrieben werden, wobei T F / B die homogene Transformationsmatrix von F zu B ist und F das Flugzeugkoordinatensystem und B das Bodenkoordinatensystem bezeichnet. Ferner bezeichnet M das Messinstrumentenkoordinatensystem.
Das Verfahren zur Positionierung kann das Bestimmen der Zielposition oder der Zieloberfläche vorsehen. Für diese Bestimmung kann auf eine Vorgabe zurückgegriffen werden. Die Zielposition oder die Zieloberfläche kann aber auch durch Sensoren, beispielsweise eine Positionsbestimmungseinrichtung und/oder eine Vermesseinrichtung bereits ermittelt worden sein. Wenn die Zielposition bestimmt worden ist, wird beispielsweise von der Steuereinrichtung eine kollisionsfreie Verfahrbahn ermittelt. Die Verfahrbahn kann in unterschiedliche Abschnitte unterteilt sein. Je nach Möglichkeit kann ein erster Abschnitt zur Grobpositionierung bestimmt werden, der mit einer hohen Geschwindigkeit durchfahren wird, um einen „Eilgang” vorzusehen. Ein zweiter Abschnitt kann zur Feinpositionierung genutzt werden und mit einer geringeren Geschwindigkeit als der Eilgang durchfahren werden. So kann die Zieloberfläche mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und/oder mit unterschiedlicher Genauigkeit erreicht werden.
Ein Kabelroboter kann als ein Parallelmanipulator angesehen werden, in welchem anstelle von starren Stangen, flexible Kraftübertragungselemente oder biegeschlaffe Elemente 104 genutzt werden, wie beispielsweise Plastikkabel oder Drahtkabel. Zur einfacheren Beschreibung werden die biegeschlaffen Elemente 107a, 107b, 107c, 107d, 107e, 107f, 107g, 107h durch das Bezugszeichen 107 zusammengefasst. Die Trägerbauteile 101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f, 101g, 101h, 101i, 101j, 101k, 101l werden durch das Bezugszeichen 101 des Montagerahmens zusammengefasst. Die Antriebseinrichtungen 104a, 104b, 104c, 104d, 104e, 104f, 104g, 104h werden durch das Bezugszeichen 104 zusammengefasst. Der Kabelroboter 102 kann auch als bewegliche Plattform angesehen werden, wenn als Aufnahmeeinrichtung 105 eine Plattform genutzt wird. Auf dieser Plattform kann selbst ein Roboter agieren. Eine Stromversorgung und/oder ein Datenaustausch zwischen der Aufnahmeeinrichtung 105 und einer externen Quelle kann über die Kabel 107 erfolgen.
Eine Aufnahmeeinrichtung 105 oder Plattform 105 kann ein Werkstück 106 oder ein Werkzeug 106a führen. Durch die Steuerung der Antriebseinrichtungen wird dabei darauf geachtet, dass die Spannung in den Kabeln 107 in jeder Position zwischen der Aufnahmeeinrichtung 105 und der Trägereinrichtung 101 oder der Trägerstruktur 101 straff ist, um eine sichere Führung und eine genaue Positionierung sicherzustellen. Die Aufnahmeeinrichtung 105 oder Plattform 105 wird durch die straffe Spannung der Kabel 107 in einer festen Position und/oder festen Orientierung gehalten, sodass sie äußeren Kräften und Bewegungen widersteht, ohne zu schlingern oder zu oszillieren.
In anderen Worten ausgedrückt kann das bedeuten, dass die Steuereinrichtung, welche die Antriebseinrichtungen 104 ansteuert, beispielsweise in Verbindung mit einer Positionsbestimmungseinrichtung 110, durch Sensoren, die an den Antriebseinrichtungen 104 angebracht sind und die Schwingungen über die Kabel 107 direkt aufnehmen, Störungen ausgleichen kann. Somit kann trotz einer Erschütterung der Bearbeitungsvorrichtung 100 das Werkstück 106 und/oder das Werkzeug 106a in einem festen Bezug zu der Zieloberfläche 109 gehalten werden, was insbesondere bei der Handhabung mit schweren Bauteilen eine präzise Montage erlauben kann. Das Werkstück 106 kann auf einer fest vorgebbaren Bahn oder Verfahrbahn an die Zieloberfläche 109 herangeführt werden, sodass Beschädigungen durch ein Aufschlagen des Werkstücks 106 an der falschen Stelle der Zieloberfläche zu vermeiden sind. Wenn die effektive Länge der Seile 107 oder Kabel 107 durch die Antriebseinrichtungen 104 oder Winden 104 verändert wird, kann die Aufnahmeeinrichtung 105 oder Plattform 105 in bis zu drei translatorischen Freiheitsgraden und drei Rotationsfreiheitsgraden bewegt werden, sodass die Positionierung und Orientierung der Aufnahmeeinrichtung 105 und eines damit verbundenen Werkstücks 106 oder Werkzeuges 106a in bis zu sechs Freiheitsgraden (DoF) vorgenommen werden kann.
Eine in 1 nicht dargestellte Robotersteuerung oder Steuereinrichtung kann die Seillängen und/oder Winkel der einzelnen biegeschlaffen Elemente 107 berechnen und die Antriebseinrichtungen 104 so miteinander in ihrer Bewegung synchronisieren, dass das Werkstück 106 und/oder das Werkzeug 106a oder die Aufnahmeeinrichtung 105 in der vorgebbaren Position und Orientierung ausgerichtet wird und insbesondere auf der entsprechenden Bahn mit der abschnittsweise anpassbaren Geschwindigkeit an die Zieloberfläche herangeführt wird. Somit kann die Aufnahmeeinrichtung 105 und ein mit ihr verbundenes Werkstück 106 oder Werkzeug 106a sehr präzise sowohl in der Zeit als auch im Raum bewegt werden. In anderen Worten kann mittels der Bearbeitungsvorrichtung nicht nur an einem statischen Bauteil gearbeitet werden, sondern es kann beispielsweise eine sich über die Zeit bewegende Zieloberfläche 109 oder ein sich bewegendes Bauteil 109 während des Materialflusses bearbeitet werden. Das Bauteil kann kontinuierlich fließen, während sich das Werkzeug mit gleicher Geschwindigkeit mitbewegt und dabei das Bauteil weiter bearbeitet. Eine Deckenmontage der Handhabungseinrichtung kann somit vermieden werden. Die Bearbeitungsvorrichtung kann als autonome selbstfahrende Einheit agieren.
Störungen, die bei der Bewegung der Bearbeitungsvorrichtung und/oder bei der Bewegung des Werkstücks und/oder Werkzeugs auftreten, können von der Bearbeitungsvorrichtung 100 erfasst und über unmittelbare Berechnung der zugehörigen Seillängen ausgeglichen werden. Somit kann ein insgesamt störungstolerantes und stabiles Montagesystem 100 gefertigt werden, welches gegen Störungen abgeschottet werden kann, die außerhalb der Trägereinrichtung 101 auftreten.
In einem Ausführungsbeispiel kann zumindest eines der biegeschlaffen Elemente 107 anstelle einer ansteuerbaren Antriebseinrichtung auch fest mit dem Montagerahmen 101 verbunden sein.
Die 2 zeigt einen Querschnitt einer Bearbeitungsvorrichtung bei der Handhabung des Einbaus eines Werkstücks in eine Zieloberfläche gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 2 zeigt die Bodenfläche 111, auf der die Trägereinrichtung 101 angeordnet ist. Das zu bearbeitende Bauteil 109, welches die Zieloberfläche 109' definiert, ist fest mit dem Boden 111 verbunden. Die biegeschlaffen Elemente 107a, 107b, 107e, 107f sind mit der Aufnahmeeinrichtung 105 verbunden. An der Aufnahmeeinrichtung 105 ist das Werkstück 106 angeordnet, welches mit der Zieloberfläche 109 und insbesondere der Zieloberfläche 109' verbunden werden soll. Die biegeschlaffen Elemente 107 sind mit den Antriebseinrichtungen 104a, 104b, 104e, 104f verbunden. Um eine gute Erreichbarkeit der Zieloberfläche 109' zu gewährleisten, sind im Vergleich zu 1 die beweglich ausgestalteten Antriebseinrichtungen 104e, 104f nahe an die Antriebseinrichtungen 104a, 104b bewegt worden, um den Einbaubereich in der oberen Hälfte des Rumpfes 109 mit gespannten Seilen 107e, 107f zu erreichen. Gegenüber der 1 hat sich somit der Handhabungsraum 108, 201 der Handhabungseinrichtung 102 in die obere Hälfte des Rahmens 101 verlagert.
Durch den Einsatz der biegeschlaffen Elemente 107 mit einer zugehörigen Steuerung kann ein Werkzeug 106a oder ein Produktionssystemeffektor 106a mit der Kinematik eines Kabelroboters 102 kombiniert werden. Das Werkzeug 106a kann selbst als ein Subsystem 106a, 1000 ausgebildet sein. Das Werkzeug an einem Roboter mag als Endeffektor 106a, Effektor 106a oder Tool 106a bezeichnet werden. Dieses Subsystem 106a der Zusammensetzeinrichtung oder Handhabungseinrichtung kann an einem Leichtbaurahmen, beispielsweise einem Aluminiumrahmen, angeordnet sein. So kann ein modulares Toolkit geschaffen werden, welches Einrichtungen zur standardisierten FRP (Fibre Glass Reinforced Plastic) Reparatur und eine Ankoppeleinrichtung (Fitting Device) oder einer Verbindeeinrichtung kombiniert mit einem aktiven Greifsystem und welches einen Aktuator, einen Vakuumgreifer oder Vakuumsaugnäpfe und/oder ein Sensorsystem zum Messen von Kräften und Abständen aufweisen kann.
Das Produktionssystem kann also auch Zusammensetzeinrichtungen, Werkzeuge, Schablonen (jigs), Plattformen, optische Einrichtungen, Aktuatoren und Sensoren zur Handhabung von Zusammensetz- oder Zerlegeeinrichtungen, Verbindeeinrichtungen, Beobachtungseinrichtungen, Qualitätssicherstellungseinrichtungen und Schadensermittlungseinrichtungen für Komponenten und Strukturen aufweisen. Mittels der vorgeschlagenen Bearbeitungsvorrichtung 100 kann ein hoch präzises Positionieren mit Bezugnahme durch externe Messgeräte oder Positionsbestimmungseinrichtungen 110 erfolgen. Eine Positionsbestimmung und/oder Vermessung kann beispielsweise durch den Einsatz einer Funkfrequenzmesseinrichtung, eines Radarsystem, einer WiFi-Komponente, eines Indoor-GPS-Systems oder durch ein Glasfaserkabelsystem erfolgen, welches als biegeschlaffes Element und/oder zusätzlich zu dem biegeschlaffen Element zur Vermessung der Position genutzt wird. In einem Ausführungsbeispiel kann eine Kombination zwischen einer Positionsvermessung direkt über die biegeschlaffen Elemente mit einem externen Messgerät zur Detailpositionierung vorgenommen werden.
Es lässt sich über ein internes Bestimmungssystem, beispielsweise über das Messen der Kabellänge, eine Grobpositionierung mit geringer Präzision durchführen und eine Feinpositionierung mittels eines externen Messgeräts. Somit lässt sich ein mehrstufiges Positionieren mit unterschiedlichen Genauigkeiten erreichen. Das Positionieren und Zusammensetzen und insbesondere die Qualität und Reproduzierbarkeit von Prozessen kann durch direkt eingebaute Sensoren oder optische Marker an den Oberflächen der Komponenten erhöht werden, beispielsweise durch Marker oder Sensoren im Bauteil 109 oder an der Zieloberfläche 109, 109' aber auch an der Plattform 105. Diese Sensoren oder Marker (Tags) können von einem externen Messgerät 110, 110a erfasst werden. Vibrationen können erfasst und kompensiert werden, gleichfalls wie Kräfte, Spannungen. Auch Umwelteinflüsse wie Deformationen oder Geometrieänderungen auf die bearbeiteten Komponenten 106 können ermittelt und ausgeglichen werden, welche beispielsweise durch Temperatureinflüsse oder mechanische Kräfte während des Produktionsprozesses hervorgerufen werden. Die Deformation und/oder die Form- und Lagekorrektur, wie sie im Bearbeitungsumfeld der Montage auftreten kann, kann beispielsweise durch eine Adaption in Form von einer Positionieranpassung ausgeglichen werden. Zur Positionieranpassung kann eine Differenz zwischen einer Soll-Position und einer Ist Position ausgeglichen werden.
Die biegeschlaffen Elemente 107 können aus unterschiedlichen Materialien gefertigt werden. Beispielsweise können Metalle, Polymere, Kohlefasern oder Aramidfasern für den Aufbau der Kabel benutzt werden und somit sehr verformungsresistente biegeschlaffe Elemente 107 benutzt werden. Die biegeschlaffen Elemente können nicht nur an Antriebseinrichtungen 104 befestigt sein, sondern auch fest mit den Trägern 101 oder auch mit Wänden verbunden sein. Es ist auch möglich, dass die biegeschlaffen Elemente 107 mit einem tragbaren Rahmen oder einem Turmsystem verbunden sind, welcher/welches aus verschiedenen Materialien, wie beispielsweise Stahl, CFK oder kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFRP, Carbon fiber reinforced plastic), Aluminium (Al) oder Titanium (Ti) gefertigt sein kann. Auch hybride Strukturen können genutzt werden, z. B. Al/Ti/CFRP, Ti/CFRP, Al/Ti, Fiber Metal Laminate (FML). Für die Antriebseinrichtungen können feste oder bewegliche Umlenkrollenflaschenzugsysteme verwendet werden, beispielsweise entlang von vertikalen Rahmenstrukturen.
Zusätzlich kann die auf einem Seilroboter basierende Handhabungseinrichtung 102 mit einem Industrieroboter, anderen Produktionssystemen oder anderen Kinematiken kombiniert werden. So können beispielsweise die Hauptkomponenten (MCA) eines Rumpfes 109 mit anderen Handhabungseinrichtungen basierend auf einem Seilroboter bewegt werden, wobei sich die auf einem Seilroboter beruhende Bearbeitungsvorrichtung mit anderen Produktionssystemen synchronisiert und von ihnen unterstützt werden kann. Die vorgeschlagene Bearbeitungsvorrichtung kann insbesondere bei Montageanwendungen und für Positionierarbeiten für unterschiedliche Flugzeugkomponenten und im Wesentlichen für alle Flugzeugbauprogramme genutzt werden. Beispielsweise kann die Bearbeitungsvorrichtung für das Höhenleitwerk (HTP, Horizontal Tail Plane), Seitenleitwerk (VTP, Vertical Tail Plane), Flügelkomponenten, einen Flügelkasten (Center Wing Box), Rumpfbauteile, Bodengitter oder Bodenplatten genutzt werden.
3 zeigt ein Systemdiagramm der Bearbeitungsvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Insbesondere wird ein Flussdiagramm für ein Steuerprogramm in 3 dargestellt. In dem Systemdiagramm 300 sind die Wesentlichen Beziehungen zwischen den Komponenten der Bearbeitungsvorrichtung untereinander dargestellt. Dabei bedeutet ein Pfeil mit einer durchgehenden Linie eine Steuerbeziehung zwischen unterschiedlichen industriellen Komponenten (Advanced Control), um die Integration in eine Industrie 4.0 Umgebung zu ermöglichen. Die zentrale Steuerungseinheit 302 kann die einfachen Steuerungs- und/oder Regelsignale übertragen. In einem „fortschrittlichen” (advanced) Modell kann die Steuerung statt der Signale nur noch Zielvorgaben oder Sollwerte übertragen und die Komponenten können autonom die Zielerreichung realisieren. Die einzelnen Komponenten des in 3 dargestellten Systems können sich selbstständig steuern, untereinander kommunizieren und sich gemeinsam abstimmen, um die Zielvorgaben zu erreichen. Ein gestichelter Doppelpfeil stellt in 3 eine Kommunikationsbeziehung zwischen den einzelnen Komponenten zur Zielerreichung dar. Ein fettgestrichelter Einzelpfeil stellt eine Messung dar, ein gepunkteter Pfeil stellt eine Verarbeitungsbeziehung dar und ein fettgezeichneter Pfeil stellt eine Verbinde- oder Handhabungsbeziehung zwischen einzelnen Komponenten, wie zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück dar.
Die Trägereinrichtung 101 ist gemäß dem Strukturdiagramm 300 mit den Antriebseinrichtungen 104 mit teilweise beweglichen Umlenkeinrichtungen verbunden. An den Umlenkeinrichtungen 104 oder Antriebseinrichtungen 104 sind die biegeschlaffen Elemente 107, Kabel oder Drähte oder Seile 107 verbunden und sie dienen auch für eine Messung für die Grobpositionierung, wie durch den fettgestrichelten Pfeil angedeutet ist. Direkt mit den biegeschlaffen Elementen 107 ist die Aufnahmeeinrichtung 105 verbunden, an der ein Universaleffektor 1000, ein Subsystem 106a, 1000, das Werkstück 106 oder das Werkzeug 106a angebracht ist. Die Position der Aufnahmeeinrichtung 105 wird mittels der biegeschlaffen Elemente 107 direkt beeinflusst. Das Werkstück 106 sowie das Werkzeug 106a kann/können mit sechs Freiheitsgraden (DoF) eingestellt werden. In einer Aufnahmeeinrichtung 105 kann gleichzeitig sowohl ein Werkstück 106 als auch ein Werkzeug 106a angeordnet sein. Beispielsweise kann als Werkzeug 106a ein Greifer vorgesehen sein, der ein Werkstück greift und somit auch die Orientierung und/oder Position des Werkstücks ändern kann. Das Werkzeug kann das Werkstück in einem anderen Beispiel statisch an seinem Platz halten.
Das Werkzeug 106a kann in einem anderen Beispiel eine Verarbeitung an dem Werkstück 106 oder an der Zieloberfläche 109, 109' vornehmen. Der Fall, dass das Werkzeug 106a an einem von ebenfalls einem Seilroboter gehaltenem Werkstück 106 eine Bearbeitung vornimmt, wobei dann das Werkstück 106 als Zieloberfläche 109 herangezogen wird, kommt vor, wenn beispielsweise zwei Seilroboter miteinander kooperieren und der eine Seilroboter das Werkzeug 106a bedient und der andere Seilroboter das Werkstück 106 bedient. An den Antriebseinrichtungen 104 kann auch ein mobiles Bearbeitungswerkzeug 301 direkt angeordnet sein, welches ebenfalls für die Verarbeitung des Werkstücks 106 genutzt werden kann.
Die Steuerung des Systems und auch eines Ausgleichs von Störungen übernimmt die Steuereinrichtung 302. Diese Steuereinrichtung steuert insbesondere die Antriebseinrichtungen 104 und die Aufnahmeeinrichtung 105 sowie das mobile Verarbeitungswerkzeug 301. Zur Ausübung der Steuerfunktion ist eine Verbindung zwischen dem Werkzeug 106a und der Steuereinrichtung 302 vorgesehen. Zur Ausübung seiner Steuerfunktion steht die Steuereinrichtung 302, beispielsweise ein Mikroprozessor, in einer Kommunikationsbeziehung mit den Antriebseinrichtungen 104 und dem Werkstück 106. Die Steuereinrichtung 302 erhält also eine Rückmeldung über den momentanen Ist-Zustand des Systems und kann darauf reagieren. Die Rückmeldung für die Kommunikationsbeziehung wird über Sensoren oder eine Positionsbestimmungseinrichtung 110 gegeben. Außerdem besteht eine Kommunikationsbeziehung zwischen dem Steuersystem 302 oder der Steuereinrichtung 302 und einem externen Messgerät, beispielsweise der Positionsbestimmungseinrichtung 110 und der Vermessungseinrichtung 110a. Die Positionsbestimmungseinrichtung 110 misst beispielsweise die Position des Werkstücks 106 oder der Zieloberfläche 106 und kann korrigierend über das Steuersystem 302 über die Antriebseinrichtung 104 Einfluss auf die Lage nehmen.
Mittels einer Bearbeitungsvorrichtung 100, deren logische Funktionalität in 3 dargestellt ist, lässt sich ein Fertigungsprozess für Flugzeugteile oder andere sehr große Teile basierend auf einem Fertigungs-, Handhabungs- und Positionierungssystem realisieren. Mittels solch eines Systems 300 kann auch eine Form- und/oder Umfangkorrektur (Shape Correction) des zu behandelnden Werkstücks 106, 109 erfolgen. Dabei hat das System sechs Freiheitsgrade, mit denen eine Aufnahmeeinrichtung oder ein Universalendeffektor positioniert und ausgerichtet werden kann. Das System 300 ist ebenfalls rekonfigurierbar und stellt eine offene Architektur einer Steuereinrichtung bzw. eines Steuersystems dar. Es können mobile Werkzeugsystem 106a und Mehrfach-Werkzeugsysteme 1000 eingesetzt werden. Das Nutzen von Messgeräten, beispielsweise von modularen Sensoren und Messwerkzeugen, wie einer Vermessungseinrichtung 110a und einer Positionsbestimmungseinrichtung 110, erlaubt es ein Feedback des Ist-Zustandes an die Steuereinrichtung zurückzumelden. Die Bearbeitungsvorrichtung 100, insbesondere das System 300, kann als ein Steuer- und Regelsystem aufgefasst werden, welches sich an die gegebenen Umweltbedingungen anpasst, ohne dabei den Fertigungsprozess zu stören. Für die Anpassung an die Umweltbedingungen können auch Handhabungseinrichtungen, Vermessungseinrichtungen und Positionierungseinrichtungen genutzt werden. Der zerlegbare Rahmen 100 erlaubt den flexiblen Auf- und Abbau der Produktionsanlage mit geringem Aufwand.
Durch den Einsatz von Kabeln als Kinematik lässt sich mit der Bearbeitungsvorrichtung 100 ein sehr einfacher Bewegungsapparat mit einfachen Komponenten aufbauen, wie der Antriebseinrichtung und den biegeschlaffen Elementen 107. Trotz des einfachen Aufbaus können diese Komponenten zu einer präzisen und genauen Handhabung von großen und sperrigen Bauteilen genutzt werden. Durch den Einsatz von mobilen Verarbeitungseinrichtungen 301 oder Subsystemen 301, die selbst eine Vielzahl von Verarbeitungsschritte eigenständig ausführen können, kann eine Transportzeit der Bauteile während eines Fertigungsprozesses gleichzeitig zum Bearbeiten genutzt werden. Außerdem kann ein automatisierter Reparaturprozess realisiert werden, der eine Schadstelle an einer Zieloberfläche, beispielsweise an einem Rumpfbauteil, selbstständig erkennt und wieder instand setzt. Das mobile Verarbeitungssubsystem 301 kann mittels der Bearbeitungsvorrichtung 100 an die Störstelle transportiert werden, dort abgesetzt werden und eigenständig die Reparatur vornehmen.
Wie in 3 dargestellt ist, arbeiten in der Bearbeitungsvorrichtung 100 eine Vielzahl von Subsystemen kombiniert und symbiotisch zusammen. Somit kann die Bearbeitungsvorrichtung in einfacher Weise an eine Vielzahl von Fertigungsprozessen angepasst werden. Es sind verschiedene Varianten der Zusammenarbeit zwischen einem Werkzeug in der Handhabungseinrichtung möglich.
4 zeigt ein Einsatzszenario der Bearbeitungsvorrichtung mit einem festen Werkzeug gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Handhabungseinrichtung 102 ist dabei derart in dem Montagerahmen 101 angeordnet, dass ein Werkstück 106 in der Aufnahmeeinrichtung 105 angeordnet ist. Das Werkstück 106 ist durch die Anbringung an dem Seilroboter 107, insbesondere an den Antriebseinrichtungen 104a, 104b, 104e, 104f und den zugehörigen Kabeln 107a, 107b, 107e, 107f beweglich angeordnet. Das Werkstück 106 kann somit als eine Zieloberfläche 109 angesehen werden, welche in Relation zu dem fest in dem Boden 111 angeordneten Werkzeug 106a bewegt wird. Bei dem Werkzeug kann es sich beispielsweise um einen Fräser oder einen Bohrer handeln. Durch das Bewegen des Werkstücks 106 mit der Handhabungseinrichtung 102 kann die Zieloberfläche 109 des Werkstücks 106 so gegenüber dem Werkzeug 106a ausgerichtet werden, dass das Werkzeug 106a an der gewünschten Stelle der Zieloberfläche 109 mit der Zieloberfläche 109 in Kontakt tritt. Zur Kontrolle stehen die in 4 nicht dargestellten Messeinrichtungen 110, 110a zur Verfügung. Das Werkstück 106 kann bei dieser Anordnung frei innerhalb des Montagerahmens 101 bewegt und relativ zum Werkzeug 106a ausgerichtet werden. Aufgrund der Größe des Rumpfbauteils 106 ragt dieses Bauteil über den Handhabungsraum 201 heraus, sodass die Steuerung, welche für den Kontakt zwischen dem Werkstück 106 und dem Werkzeug 106a sorgt, auch eine Zieloberfläche 109 berechnen muss, welche über den Handhabungsraum 201 herausragt.
5 zeigt eine Anordnung der Bearbeitungsvorrichtung 100 mit fest am Boden 111 angeordnetem Werkstück und mobilem Werkzeug gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der Konfiguration gemäß 5 ist an der Aufnahmeeinrichtung 105 das Werkzeug 106a als mobiles Werkzeug vorgesehen. Das Werkstück 106, welches auch die Zieloberfläche 109 definiert, ist fest mit dem Boden 111 verbunden. Mittels der Handhabungseinrichtung 102, beispielsweise dem Seilroboter 102, wird das Werkzeug 106 so im Raum ausgerichtet, dass es an der gewünschten Stelle 500 mit der Zieloberfläche 109 in Kontakt tritt, um an dieser Zieloberfläche die jeweils vorgesehene Bearbeitung vorzunehmen. Das Werkzeug 106a wird mittels der Handhabungseinrichtung 102 innerhalb des Handhabungsraums 201 bewegt.
Das Werkzeug 106a kann frei innerhalb des Handhabungsraums 201 oder Arbeitsraums 201 positioniert werden, während das Werkstück 106 bearbeitet wird. Mittels einer in 5 nicht dargestellten Steuereinrichtung kann eine Bahn entlang der Zieloberfläche berechnet werden, die mit dem Werkzeug 105 bearbeitet werden soll. Die jeweilige Positionierung des Werkzeuges 106a an die gewünschten Stellen kann programmgesteuert erfolgen. Das Werkstück 106 selbst ist fest eingespannt, sodass das Werkzeug jeweils in Relation zu dem Werkstück bewegt werden kann. Aufgrund der festen Einspannung können jedoch einige Stellen des Werkstücks 106 schwer erreicht werden.
6 zeigt eine Konfiguration der Bearbeitungsvorrichtung 100, insbesondere ein Bearbeitungssystem 600, bei der das Werkstück und das Werkzeug frei beweglich sind gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem System arbeiten im Wesentlichen zwei Bearbeitungsvorrichtungen 100', 100'' an einem gemeinsamen Montagerahmen 101 zusammen. Zur Realisierung von einem frei beweglichen Werkzeug 106a in der Aufnahmeeinrichtung 105'' und einem frei beweglichen Werkstück 106, das gleichzeitig als Zieloberfläche 109 dient, sind zwei Handhabungseinrichtungen 102' und 102'' vorgesehen. Das Werkstück 106 ist in der Aufnahmeeinrichtung 105' angeordnet. Diese beiden Handhabungseinrichtungen 102', 102'' sind in der Bearbeitungsvorrichtung 100, 600 verteilt angeordnet. Eine nicht dargestellte Steuereinrichtung berechnet die Bahnen der Handhabungseinrichtungen so, dass eine gegenseitige Behinderung verhindert wird. Die Antriebseinrichtungen 104a', 104b', 104e', 104f' und 104a'', 104b'', 104e'', 104f'' sind an demselben Übertragungsrahmen 101 angeordnet. Somit stellt die Bearbeitungsvorrichtung 100 ein Bearbeitungssystem 600 mit einer Kaskadenanordnung von zwei Handhabungseinrichtungen 102', 102'' dar. Beide Handhabungseinrichtungen haben jeweils einen Handhabungsraum 201' und 201''. Durch die Kombination von zwei Handhabungseinrichtungen 102', 102'' können sowohl das Werkstück 106 als auch das Werkzeug 106a frei innerhalb des jeweiligen Handhabungsraums 201', 201'' ausgerichtet und orientiert werden. Dadurch lassen sich beispielsweise Stellen des Werkstücks 106 mit dem Werkzeug 106a erreichen, die mittels einer der in 4 oder 5 dargestellten Konfigurationen nicht erreichbar wären. Das Werkstück 106 und das Werkzeug 106a können unabhängig voneinander frei in dem Arbeitsraum innerhalb des Montagerahmens 101 positioniert werden, während die Verarbeitung stattfindet. Es ist auch denkbar, eine Vielzahl von Handhabungseinrichtungen 102', 102'' innerhalb desselben Montagerahmens miteinander kooperieren zu lassen.
Die 7 ist eine Anordnung zum Tragen eines Werkstücks mit beweglichen Antriebseinrichtungen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die in 7 dargestellte Anordnung einer Bearbeitungsvorrichtung 100 kann als schwebend (Hovering) bezeichnet werden. Dabei mag die Systemkonfiguration „Hovering” bedeuten, dass, während das Werkstück 106, das auch als Zieloberfläche 109 dient, innerhalb des Raumes in einer festen Position und Orientierung des Produktionssystems gehalten wird, die Antriebseinrichtungen oder ein Teil der Antriebseinrichtungen 104e, 104f in ihrer Position verschoben werden können, ohne die Lage des Werkstücks 106 im Raum zu beeinflussen. Das Werkstück 106 oder das Werkzeug 106a bleibt trotz der Veränderung der Konfiguration der Handhabungseinrichtung 102 durch das Verschieben der Aufnahmeeinrichtungen 104e, 104f, an die Position 104e''', 104f''' unverändert an der Zieloberfläche 109, welche die Soll-Position des Werkstücks 106 darstellt. Auch Vibrationen und Störungen, die während dieser Anpassung auftreten, können ausgeglichen werden, sodass das Werkstück 106 an einer festen Position gegenüber dem Boden 111 oder einem Bodenkoordinatensystem ruhen bleibt, und immer an der Zieloberfläche 109 ausgerichtet bleibt. Ein Computersystem, welches mit der virtuellen Zieloberfläche 109 arbeitet und basierend auf dieser Zieloberfläche Bewegungen berechnet, kann sich somit darauf verlassen, dass das Werkstück 106 immer an der vorgegebenen Zielposition, Zieloberfläche oder Soll-Position befindet. Durch die Veränderung oder Umkonfiguration der Handhabungseinrichtung kann beispielsweise in einem unteren Bereich des Werkstücks Platz geschaffen werden. Außerdem kann der Handhabungsraum 201''' auf den Handhabungsraum 201'''' verringert werden.
8 stellt eine perspektivische Darstellung der Bearbeitungsvorrichtung in einer Korrekturkonfiguration dar gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Bearbeitungsvorrichtung 100 entspricht der Bearbeitungsvorrichtung der 1. Die Aufnahmevorrichtung 105 bzw. das Werkstück 106 oder Werkzeug 106a ist in diesem Beispiel der 8 als ein Würfel dargestellt, der in Bezug auf ein Masterkoordinatensystem 800 bezogen ist, welches innerhalb der Aufnahmeeinrichtung 105 definiert ist. Durch externe Einflüsse, wie Vibrationen, können, wie durch den Blitz 801 dargestellt ist, kurzfristige Auslenkungen 802', 802'' entstehen. Diese Auslenkungen können in dem Welt- oder Fußbodenkoordinatensystem 803 betrachtet werden. Das Weltkoordinatensystem ist auf den Fußboden 111 bezogen und steht somit mit einer in 8 nicht dargestellten Positionsbestimmungseinrichtung 110 und/oder Vermesseinrichtung 110a in Beziehung. Das Referenzbezugssystem 800 Referenzkoordinatensystem 800 oder das Referenzdatum 800 ist fest, in Bezug auf das Werkstück 106, die Aufnahmeeinrichtung 105 und/oder auf das Werkzeug 106a und dient als Masterbezugsystem, auf das sich die anderen Bezugssysteme beziehen. Entsprechend der mathematischen Formel zur Umrechnung zwischen Flugzeugkoordinatensystem und Bodenkoordinatensystem können Masterbezugssystem und Slavebezugssysteme ineinander umgerechnet werde. Es sind ortsfeste Koordinatensysteme 803, z. B. das Weltkoordinatensystem 803 der Halle oder das Bodenkoordinatensystem 803, vorgesehen und ortvariable Koordinatensysteme 800'', z. B. das Werkstückkoordinatensystem 800. Das Werkstückkoordinatensystem 800 mag mit dem Flugzeugkoordinatensystem (nicht dargestellt in 8) in Verbindung stehen, um das Werkstück 106 und/oder das Werkzeug 106a an einer Position des Flugzeuges und insbesondere an der Zieloberfläche auszurichten. Das Flugzeugkoordinatensystem kann nach DIN9300 und/oder LN9300 definiert sein. Das Referenzbezugssystem 800 kann als Masterkoordinatensystem 800 oder Bezugskoordinatensystem bezeichnet werden. In dem Fall, dass Störungen 801 von außen auftreten, wird die Position der Aufnahmeeinrichtung 105 und somit eines an der Aufnahmeeinrichtung angeordneten Werkstücks 106 oder Werkzeuges 106 innerhalb des Bearbeitungsraums oder des Handhabungsraums 201 so nachgeführt, dass alle davon abhängigen Slave-Systeme nachgeführt werden. Weitere Handhabungseinrichtungen sind beispielsweise auf Umgebungskoordinatensysteme 800' und 800'' bezogen. Diese Umgebungskoordinatensysteme 800' und 800'' entsprechender untergeordneter oder kaskadierter zusätzlicher Handhabungseinrichtungen, welche in 8 nicht dargestellt sind, werden an die Position des Masters 800 angepasst.
9 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung 100 mit einem Rumpfbauteil 106 als Werkstück, welches in verschiedenen Positionen 106j, 106k, 106l mittels der Handhabungseinrichtung 102 innerhalb des Rahmens 101 ausgerichtet wird. Zum Ausrichten dient eine Zieloberfläche, die durch ein in 9 nicht gezeigtes Steuersystem als virtuelle Zieloberfläche oder Soll-Oberfläche vorgegeben wird. An dieser Zieloberfläche wird das Werkstück 106 mittels der Handhabungseinrichtung 102 ausgerichtet. Hierbei können sechs Freiheitsgrade (DoF) eines universalen Endeffektors genutzt werden, beispielsweise einer Aufnahmeeinrichtung 105 oder auch der Aufnahmeeinrichtung 105 in Kombination mit einem Werkzeug 106a. Der Endeffektor 105 oder die Aufnahmeeinrichtung 105 stellt eine Basisschnittstelle zwischen der kabelbetriebenen Kinematik der Handhabungseinrichtung 102 und dem Werkstück 106 oder einem in 9 nicht dargestellten Werkzeug 106a dar. Die Bearbeitungsvorrichtung 100 ist von geringem Gewicht, dynamisch, universell einsetzbar, mobil und modular aufbaubar, indem sie mit weiteren Bearbeitungsvorrichtungen kombiniert wird.
Die Steuereinrichtung 302 oder das Steuersystem 302 arbeitet in Echtzeit und kann zentralisiert oder dezentralisiert aufgebaut sein. Dabei kann die Steuereinrichtung auch modular und umkonfigurierbar in einer offenen Architektur ausgebildet sein. Als Werkzeug 106a kann ein mobiles Multiverarbeitungswerkzeug eingesetzt werden, das universell, mobil, modular, flexibel und leichtgewichtig ist.
Als Messeinrichtung 110, 110a kann ein modularer Sensor oder ein modulares Messwerkzeug genutzt werden. Mittels der Positionsbestimmungseinrichtung oder Vermesseinrichtung können neben der Ist-Ausrichtung der Aufnahmeeinrichtung 105 auch Umweltbedingungen, wie die Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Kräfte, Abstände, Positionen, Winkel und die Zeit, gemessen werden. Das Messsystem kann als globales Messsystem oder in mehrere separate Messsysteme aufgeteilt sein, welche in verschiedenen Positionen, zu verschiedenen Zeiten und Winkeln die Positionen erfassen. Als Messeinrichtung 110, 110a kann ein Messgerät z. B. ein Lasertracker 110, 110a eingesetzt werden. Auch kann eine Vielzahl von Messgeräten zur gleichen Zeit in Kombination genutzt werden, z. B. ein Kamerasystem, welches als ein Verbund von Kameras ausgebildet ist, die untereinander in ihrer Lage und Ausrichtung definiert sind und somit die Position eines Messmerkmals durch Superposition bestimmen können. Die Messeinrichtung 110, 110a kann auch ein Laser Radar oder ein lokales CCD(charge-coupled device)-Kamerasystem aufweisen. Jedes an einer Messeinrichtung 110, 110a beteiligte Messmittel ist kalibriert, seine Lage und seine Ausrichtung definiert und unter einander bekannt. Die Sensoren, die für die Messeinrichtung 110, 110a genutzt werden, können passiv oder aktiv sein und von dem Fertigungsprozess und deren Anforderung und dem eingesetzten Material abhängen. Die Messeinrichtungen können universal und modular aufgebaut sein.
Die Handhabungseinrichtung 102, insbesondere die Antriebseinrichtungen 104, können produktspezifisch und abhängig von dem zu bearbeitenden Werkstück 106 gewählt werden. Es können beispielsweise flexible Werkstücke 106 verarbeitet werden, wie große Rumpfbauteile, die durch eine entsprechende Spannung der biegeschlaffen Elemente in eine bestimmte Form gebracht werden müssen. Die Antriebseinrichtungen 104 können leichtgewichtig, flexibel und modular aufgebaut werden.
Der Rahmen 101 kann ebenfalls als modularer Rahmen aufgebaut werden und somit auch an einen Bearbeitungsraum, ein Werkstück oder Tool angepasst werden. Insbesondere kann ein Raum innerhalb einer Fertigungshalle durch den modularen Rahmen gut ausgenutzt werden. Durch Verwendung von Leichtbauteilen, die verbindungssteif sind, kann sich eine leichtgewichtige modulare und skalierbare Bearbeitungsvorrichtung oder ein entsprechendes Bearbeitungssystem mit mehreren Bearbeitungsvorrichtungen aufbauen lassen. Ein Bearbeitungssystem kann zum Einsatz kommen, wenn die Lasttragfähigkeit eines einzelnen Rahmens 101 nicht ausreichend ist.
Der Einsatz von Kabeln und einer Kinematik, welche auf Kabeln basiert, insbesondere die Antriebseinrichtungen 104 und biegeschlaffen Elemente 107, können in ihrer Länge mit mehreren Antriebseinrichtungen angepasst werden. Die Antriebseinrichtungen und die zugehörigen Winden oder Rollen können in ihrer Position an dem Montagerahmen flexibel angeordnet werden. So können unterschiedliche Flowline-Konzepte oder Fertigungsstraßenkonzepte aufgebaut werden. Auch kann die Vorschubeinrichtung dazu genutzt werden, mit einem kleinen Rahmen 101 ein gesamtes Flugzeug abzudecken, indem die Vorschubeinrichtung zur Vergrößerung des Aktionsraumes der Bearbeitungsvorrichtung dient. Insbesondere, wenn Bearbeitungsvorrichtungen genutzt werden, die kleiner als das Werkstück sind, kann mit Hilfe einer Vorschubeinrichtung eine Umrechnung von Flugzeugkoordinaten in Bodenkoordinaten nützlich sein, da die Bearbeitungsvorrichtung im Wesentlichen nur durch den Vorschub oder die Bewegung der Bearbeitungsvorrichtung das gesamte Werkstück, z. B. Flugzeug, abdecken kann. Die Vorschubeinrichtung kann bei der Umrechnung von Flugzeugkoordinaten in Bodenkoordinaten genutzt werden.
Durch eine Koordinatentransformation kann das Bezugssystem gewechselt werden. Die Flugzeugkoordinaten können als ein werkstückfestes Koordinatensystem festgelegt werden, wobei die Bodenkoordinaten 803 ein absolutes oder Weltkoordinatensystem darstellen. Das Flugzeugkoordinatensystem kann seinen Ursprung im Bug des Flugzeuges haben. Zur Erklärung der Bezüge der unterschiedlichen Koordinatensysteme zueinander kann ein Beispiel in einem eindimensionalen Raum betrachtet werden. Als Flugzeugkoordinatensystem kann ein Zollstock angenommen werden, welcher auf ein langes Maßband gelegt wird, welches dem Welt- oder Bodenkoordinatensystem entsprechen mag. Im Bezugssystem, das dem Zollstock zugrunde liegt, mag eine 5 cm Marke des Zollstocks auch 5 cm vom Ursprung des Zollstocks entfernt liegen. Bezogen auf das Maßband als Bezugssystem, liegt die 5 cm Marke des Zollstocks um einen bestimmten Wert entfernt, der die Verschiebung des Ursprungs des Zollstocks auf den Ursprung des Maßbandes berücksichtigt, z. B. s = x + 5 cm, wobei x die Distanz vom Ursprung des Maßbands zum Ursprung vom Zollstock ist.
Die hohe Anzahl von Freiheitsgraden (DoF) erlaubt einen flexiblen Fertigungsprozess in allen möglichen Orientierungen der Bauteile oder Werkzeuge. Es können auch unterschiedliche Kinematikkonzepte, wie Parallel- und Linearkinematiken oder auch Industrieroboter, mit der kabelbetriebenen Handhabungseinrichtung 102 kombiniert werden. Aufgrund des einfachen Aufbaus bei gleichzeitig hoher Lasttragfähigkeit sind nur geringe Investitionskosten nötig und der Energieverbrauch kann gering gehalten werden. Somit kann die Handhabung und der Zusammenbau für die großen Flugzeugkomponenten mit einer großen Flexibilität durchgeführt werden. Es können neue Fertigungsphilosophien und Prinzipien genutzt werden, die die Leistungsfähigkeit und Effizienz in der Flugzeugproduktion erhöhen können. Dabei wird das Bewegungsprinzip genutzt, welches bewegte Werkstücke und Werkzeuge nutzt, die von kabelbetriebenen Robotersystemen geführt werden. Die Aufnahmeeinrichtung, die in sechs Freiheitsgraden ausgerichtet werden kann und insbesondere ein an ihr angeordneter Universaleffektor, der/die an einem Kabelroboter 102 angeordnet ist, führt das Werkzeug oder Werkstück und wird von den Kabeln gegenüber dem Rahmen oder einer Trägerstruktur gespannt. Die Aufnahmeeinrichtung, die in sechs Freiheitsgraden ausgerichtet werden kann, wird über die Kabel in einer festen Position gehalten, sodass sie Kräften und Momenten widerstehen kann, ohne dass sie ins Schlingern oder Oszillieren gerät und von einer Soll-Position oder Zieloberfläche abweicht. Wenn die effektive Länge der Kabel durch die Antriebseinrichtungen verändert wird, kann die Aufnahmeeinrichtung in drei translatorische und drei rotatorische Freiheitsgrade bewegt werden, wodurch sich sechs Freiheitsgrade für das Gesamtsystem ergeben. Eine Steuereinrichtung berechnet die individuellen Seillängen und Winkel und synchronisiert die Bewegungen der Antriebseinrichtungen miteinander, um die Aufnahmeeinrichtung in die gewünschte Zielposition zu bewegen. Hierbei kann auch ein Abstand berücksichtigt werden, der sich beim Anbringen des Werkstücks 106 an der Anbringeinrichtung 105 ergibt. Somit kann die Aufnahmeeinrichtung zeitlich und räumlich bewegt werden. Der Einsatz der Sensoren und Steuereinrichtungen und die Konfiguration der Arbeitsumgebung hängen von den Anforderungen des Fertigungsprozesses und den Anforderungen des Designs als auch von den spezifischen Materialanforderungen des Werkstücks ab und kann flexibel eingestellt werden. Da es mitunter vorkommen kann, dass eine Vielzahl von Sensoren, Aktoren und Steuereinrichtungen eingesetzt wird, sollte auch eine gute Anpassung an die Fertigungserfordernisse berücksichtigt werden. Auch die Dimensionierung, Größenanordnung und der Leichtgewichtaufbau der Effektoren, Kabel, Rahmen, Antriebseinrichtungen und Werkzeuge hängen von den Anforderungen des Fertigungsprozesses ab, genauso wie von den Designanforderungen als auch von den spezifischen Materialanforderungen. Auch hierbei ist auf die günstige Auswahl von Effektoren, Kabeln, Rahmen, Antriebseinrichtungen und Werkzeugen zu achten.
10 zeigt die Bearbeitungsvorrichtung 100, welche als Werkzeug 106a das autarke modulare und flexible Reparatur- und Wiederherstellungssystem 1000 aufweist. Dieses Subsystem 1000 ist an den Kabeln 107a, 107b, 107c, 107d, 107e, 107f an den Antriebseinrichtungen 104a, 104b, 104c, 104d, 104e, 104f angeordnet. Die Messeinrichtung 110 überwacht die Reparatureinrichtung 1000, insbesondere die Position der Reparatureinrichtung 1000. Die Reparatureinrichtung 1000 weist ihr eigenes Koordinatensystem 1001 auf, welches in Bezug zu dem Weltkoordinatensystem oder Bodenkoordinatensystem 803' gesetzt werden kann. Das Reparatursystem 1000 kann mittels der Handhabungseinrichtung 102 in den Bereich eines in 10 nicht dargestellten Werkstücks gebracht werden, insbesondere in die Nähe einer Zieloberfläche eines Werkstücks. Mittels einer an der Reparatureinrichtung angebrachten Verbindungseinrichtung, einer Verbindeeinrichtung oder einer Greifeinrichtung kann sich die Reparatureinrichtung 1000 mit der Zieloberfläche verbinden. Insbesondere kann mittels der Handhabungseinrichtung 102 die Reparatureinrichtung 1000 an eine zuvor mittels einer Vermessungseinrichtung 110a bestimmte Schadstelle an der Zieloberfläche positioniert werden. Nachdem sich die Reparatureinrichtung 1000 mit der Zieloberfläche verbunden hat, kann die Reparatureinrichtung, welche die verschiedensten Reparaturwerkzeuge aufweisen kann, selbstständig eine Schadstelle an der Zieloberfläche ausbessern. Das modulare und flexible Reparatur- und Nacharbeitssystem 1000 weist einen leichtgewichtigen Rahmen mit austauschbaren Systemelementen auf. Die Systemelemente oder Werkzeuge können beispielsweise ein System für das zerstörungsfreie Untersuchen einer Oberfläche sowie Werkzeuge zum Fräsen, Scannen, Bedienen oder Handhaben aufweisen, also zur Veränderung von Position und Orientierung eines Werkstücks. In einem Beispiel können auch ein Bohr-Niet-Endeffektor und/oder ein Applizierungswerkzeug für Klebstoffe vorhanden sein. Das Reparatursystem 1000 kann für schnelle, automatisierte, reproduzierbare und kosteneffiziente Reparatur- und Nachbildarbeiten für Faserverbundwerkstoffe (Fiberglass Reinforced Plastic, FRP) und/oder Flugzeugkomponenten und Strukturen aus Metall genutzt werden. Solche FRPs und/oder Metallkomponenten oder Strukturen werden beispielsweise bei zivilen oder militärischen Flugzeugen, Jets, Hubschraubern und UAV (Unmanned Aerial Vehicle) sowie Kraftfahrzeugen oder industriellen Komponenten genutzt, wie Rotorblättern für Windkraftanlagen.
Mit einer Vorschubeinrichtung kann das Werkstück oder das gesamte Flugzeug abgedeckt werden und das für das jeweilige abgedeckte Segment zuständige Programm in die Steuereinrichtung geladen werden.
Bei einer FRP-Reparatur oder Nacharbeitung gibt es verschiedene Konzepte und Prototypen für mobile Fräsmaschinen, welche für schnelle Compositereparaturen (Composite Flush Repairs) genutzt werden. Solche Maschinen oder autarke Reparatureinrichtungen können mittels Vakuumsaugnäpfen an der beschädigten, abgelösten oder delaminierten Verbundstruktur eines Werkstücks einer Zieloberfläche genutzt werden.
Zu Beginn eines Reparaturprozesses wird die Komponentenoberfläche mittels einer Vermesseinrichtung 110a und insbesondere mit einer an der modularen Reparatureinrichtung 1000 vorhandenen Scan- oder Vermesseinrichtung 1103a', 1103a'' gescannt. Dazu kann die mobile Reparatureinrichtung 1000 ein integriertes und optisches Scan- oder Vermesssystem aufweisen. Nach dem Vermessen der Schadstelle entfernt ein Fräser, welcher ebenfalls auf der modularen Reparatureinrichtung 1000 angeordnet ist, in Stufen oder kontinuierlich Ausschnitte der Zieloberfläche. Dieses Ausschneiden der Schadstelle kann automatisiert erfolgen. Nach dem Freilegen der Schadstelle kann das entfernte und abgetragene beschädigte Material ersetzt werden, indem neue Lagen in derselben Folge wie das originale Schichtmaterial oder Laminat angebracht wird. Diese Gewebelagen können vorimprägniert sein oder können mit Harz benetzt werden, bevor sie in einer Vakuumtasche gehärtet und mit der Hilfe von einem Heizsystem getrocknet werden. Schließlich kann die reparierte Fläche oder der reparierte Bereich mittels eines auf der mobilen Reparatureinrichtung 1000 ebenfalls vorhandenen Ultraschallsystems inspiziert werden. Somit kann zerstörungsfrei ermittelt werden, ob die Reparatur erfolgreich war. Ein entsprechendes Verfahren kann von einer Unterroutine der Steuereinrichtung 302 ausgeführt werden. Das Verfahren könnte in einem anderen Beispiel jedoch auch auf einem speziell in der Reparatureinrichtung 1000 vorhandenen Prozessor ablaufen, der von einer Steuereinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung 100 ferngesteuert wird.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine speziell für die Reparatur von Metallkomponenten oder Nachbearbeitung vorgesehene autarke Reparatureinrichtung 1000 bereitgestellt werden.
Mittels eines Kabelroboters 102 kann ein dem Reparatur- und Nacharbeitprozess vorgelagerter manuell durchzuführender Prozess automatisiert werden. So kann das Reinigen und Ersetzen von Gewebelagen und das Härten von neuen Gewebeschichten automatisiert werden. Auch Metallstrukturen können automatisch repariert werden. Durch die Kombination einer autarken Reparatureinrichtung 1000 mit einem Kabelroboter 102 kann folglich eine Bearbeitungsvorrichtung 100 zur im Wesentlichen vollständig automatisierten mobilen Reparatur von Oberflächen bereitgestellt werden. Da die Bearbeitungsvorrichtung 100 mittels einer stabilen Rahmenkonstruktion 101 ausgebildet ist und die Kabel 107 zur Aufnahme von großen Lasten ausgeführt sind, können Kräne zum Transport oder Halten von großen Flugzeugstrukturen vermieden werden. Außerdem können mit der vorgeschlagenen Bearbeitungsvorrichtung 100 schwere Werkstücke von einer Vorschubeinrichtung transportiert werden und ein manuelles Weitertransportieren der Komponenten von einem Fertigungspunkt zum nächsten kann vermieden werden. Somit stellt eine auf biegeschlaffen Elementen 107 basierende Bearbeitungsvorrichtung 100 die Komponente eines Fertigungskonzepts zur Verfügung, welches eine Zeitersparnis und Erhöhung der Präzision zulässt.
Mit dem Vorsehen einer Trägereinrichtung 101 lässt sich ein modulares, automatisiertes und flexibles Reparatur- und Nacharbeitsystem auf der Basis eines Kabelroboters schaffen. Der Rahmen 101 kann mobil oder feststehend ausgebildet sein. An ihm können die Elemente des Kabelroboters angebracht werden, d. h. die Handhabungseinrichtung 102, insbesondere die Antriebseinrichtungen 104 und die biegeschlaffen Elemente 107. Die kabelbetriebene Kinematik, welche die Antriebseinrichtungen 104 und die Kabel 107 selbst aufweist, kann mittels Komponenten von leichter Bauweise realisiert werden. Eine Trägereinrichtung, beispielsweise ein Montagerahmen 101, kann modular starr und leichtgewichtig aufgebaut werden. Ebenso kann die Reparatureinrichtung 1000 auf einem modularen, starren und leichtgewichtigen Rahmen mithilfe von austauschbaren Einrichtungen und austauschbaren Systemelementen aufgebaut werden.
Die Reparatureinrichtung 1000 kann beispielsweise einen Oberflächenscanner aufweisen, der optisch arbeitet. Ferner kann ein Fräs-Endeffektor mit drei Freiheitsgraden (3 DOF) vorgesehen sein. Ebenso kann ein Bohr-Niet-Endeffektor mit drei Freiheitsgraden und 12 austauschbare Komponenten vorgesehen sein. Weiter kann die Reparatureinrichtung eine austauschbare Klebeaufbringeinrichtung oder ein Applizierwerkzeug für Klebstoffe mit drei Freiheitsgraden aufweisen. Als Verbindeeinrichtung kann die Reparatureinrichtung Vakuumsaugnäpfe aufweisen, um die modulare Reparatureinrichtung 1000 mit der Zieloberfläche der zu bearbeitenden Struktur, der entsprechenden Komponente oder auch des gesamten Flugzeuges zu positionieren und zu verbinden. Als Verbindeeinrichtung kann auch ein Greifer genutzt werden.
Weiter kann die Reparatureinrichtung 1000 ein Handhabungssystem aufweisen, welches beispielsweise auch eine Vakuumsaugglocke aufweist, um Glasfaser, Prepreg-Flecken oder Metalllagen zu positionieren, aufzubringen und handzuhaben. Dieses Handhabungssystem kann dreidimensional und austauschbar aufgebaut sein. Ferner kann ein zerstörungsfreies Untersuchungssystem an der mobilen Reparatureinrichtung 1000 vorgesehen sein, welches der Qualitätskontrolle der ausgeführten Reparatur dient. Ein solches nicht zerstörerisches Untersuchungssystem kann einen Ultraschallscanner oder eine Ultraschalleinrichtung aufweisen.
Die Bearbeitungsvorrichtung 100 kann umkonfiguriert werden und mittels einer offenen Architektur als Steuersystem ausgebildet sein. Die offene Plattform kann auf einem Standard für eine offene Architektur basieren, beispielsweise der Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) oder der Norm IEC 62541. Bei einer solchen offenen Plattform werden standardisierte Software Schnittstellen genutzt, die auf die Bedürfnisse der Automatisierung angepasst sind. Durch den Einsatz einer offenen Plattform kann durch die Funktion der Re-Programmierung eine vorhandene Hardware aus der Automatisierungstechnik an neue Anforderungen angepasst werden und die vorhandene Hardware weitergenutzt werden. Der Einsatz einer offenen Platform und insbesondere von Komponenten, die eine offene Plattform nutzen, können frei konfigurierbare Bearbeitungsvorrichtungen 100 geschaffen werden und geschlossene Black-Box Lösungen vermieden werden. Die Bearbeitungsvorrichtungen können so effektiv an verschiedene Montageprozesse angepasst werden.
Der Einsatz von Messeinrichtungen, beispielsweise der Gebrauch von modularen Sensoren oder Vermesseinrichtungen, kann der Positionierung dienen.
10 zeigt die Grundstruktur eines modularen und automatisierten und somit eines flexibel gestaltbaren Reparatur- und Nacharbeitsystems, welches auf einer Kabelroboterkinematik basiert 102. Die 11 zeigt eine detaillierte Ansicht einer Reparatureinrichtung 1000 mit verschiedenen Werkzeugen und einer Verbindeeinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Reparatureinrichtung weist einen Trägerrahmen 1100 auf, welcher beispielsweise an einer Anbringeinrichtung 105 oder Aufnahmeeinrichtung 105 angeordnet werden kann. Der Trägerrahmen der Reparatureinrichtung 1000 kann aber selbst auch als Anbringeinrichtung 105 ausgestaltet sein und direkt mit einem in 11 nicht dargestellten biegeschlaffen Element 107 in direktem Kontakt stehen. Der Trägerrahmen 1100 kann als leichtgewichtiger Trägerrahmen mit Linearträgern ausgebildet sein. Senkrecht zu einer Längsachse des Trägers 1100 sind die Verbindeeinrichtungen 1101 angeordnet, welche als Vakuumbecher oder Saugnäpfe ausgebildet sind. Mit diesen Vakuumbechern kann sich die Reparatureinrichtung 1000 oder das autarke Reparatursystem mit einer in 11 nicht dargestellten Zieloberfläche verbinden, nachdem es von der Handhabungseinrichtung 102 in die Nähe der Zieloberfläche gebracht worden ist. An dem Rahmen 1100 ist auch der Werkzeughalter 1102 angebracht. Der Werkzeughalter 1102 kann triaxiale Bewegungen ausführen. Der Werkzeughalter 1102 kann die verschiedenen Werkzeuge, welche für eine Reparatur benötigt werden, revolverartig bereitstellen. Die Reparaturwerkzeuge sind aufgrund der Revolvermechanik austauschbar 1103. Die Reparatureinrichtung 1000 definiert ihr eigenes Bezugskoordinatensystem 1104.
In dem in 11 dargestellten Beispiel sind als Reparaturwerkzeuge die optischen Scaneinrichtung 1103a', 1103a'', der Kleberapplikator 1103b oder das Applizierungswerkzeug 1103b für Klebstoffe und der Frässchneider 1103c und/oder der Bohr-Niet-Endeffektor 1103c angeordnet. Diese Werkzeuge sind parallel zu der Verbindeeinrichtung 1101 beweglich angeordnet, sodass eine von ihnen gegenüber einer an den Verbindeeinrichtungen 1101 angeordnete Zieloberfläche auftretende Kraft abgefangen werden kann. Durch die Kombination des Leichtbaurahmens 1100 und den Verbindeeinrichtungen 1101 können die Werkzeuge 1103 so eingesetzt werden, dass keine Kräfte auf die elastischen biegeschlaffen Elemente der Handhabungseinrichtung 102 ausgeübt werden. Folglich kann, während die Reparatureinrichtung 1000 die Reparatur an der Zieloberfläche vornimmt, die Handhabungseinrichtung 102 abgeschaltet werden. Die Reparatureinrichtung kann auch so eingerichtet sein, dass sie sich selbstständig und autark an der Zieloberfläche entlang bewegt, ohne die Handhabungseinrichtung 102 nutzen zu müssen. Somit kann Energie gespart werden, da, während die autarke Reparatureinrichtung 1000 die Reparaturschritte durchführt, keine Kraft durch die Antriebseinrichtungen 104 aufgebracht werden muss. In anderen Worten kann die Handhabungseinrichtung 102 lediglich dazu genutzt werden, die Reparatureinrichtung 1000 an der gewünschten Schadstelle abzusetzen und von dem Moment des Absetzens an kann die Reparatureinrichtung 1000 selbstständig den Reparaturprozess durchführen. Erst nachdem der Reparaturprozess ausgeführt worden ist, kann die Handhabungseinrichtung 102 informiert werden, die Reparatureinrichtung wieder von der Zieloberfläche zu entfernen und beispielsweise an eine neue Zieloberfläche oder Schadstelle anzubringen. Während des Reparaturprozesses können die optischen Scaneinrichtungen 1103a' und 1103a'' dazu genutzt werden, die Reparatur zu überwachen.
Mittels der Kombination der Handhabungseinrichtung 102 und der Reparatureinrichtung 1000 bzw. des Werkzeuges 1000 kann ein manuelles Eingreifen in einen Reparaturprozess vermieden werden. Der Reparaturprozess kann somit im Wesentlichen vollständig automatisch und sensorgesteuert ablaufen. Aufgrund der im Wesentlichen vollständigen Automatisierung und Reduktion des Zeitaufwandes für den Reparatur- oder Nacharbeitprozess können Kosten eingespart werden. Aufgrund der hohen Präzision, mit der die Handhabungseinrichtung 102, die Vermesseinrichtung 110a und die Positionsbestimmungseinrichtung 110 sowie die autarke Reparatureinrichtung 1000 arbeiten, kann ein hoher Qualitätsstandard eingehalten werden und eine hohe Reproduzierbarkeit erreicht werden, da ein Referenzsystem 1104 in Kombination mit einem linearen Trägersystem 1100 eingesetzt wird.
Da die Reparatureinrichtung 1000 mittels der Verbindeeinrichtung 1101 und/oder der Greifeinrichtung 1101 sämtliche Zieloberflächen von industriellen Komponenten, wie beispielsweise Flugzeugstrukturen, kontaktieren kann, kann eine hohe Flexibilität erreicht werden. Die Bearbeitungsvorrichtung 100 kann auch für mobile Einsatzfälle vorgesehen werden, da im Wesentlichen nur Leichtbaukomponenten und ein modularer Aufbau vorgesehen ist. So ist es auch denkbar, dass die Bearbeitungsvorrichtung für Reparaturzwecke in ein Gelände transportiert wird, um beispielsweise ein beschädigtes Flugzeug vor Ort in Gang zu setzen. Durch die Automatisierung des Reparaturprozesses kann auch ein selbstständiges Feststellen von mehreren Schadstellen durchgeführt werden und mittels der Handhabungseinrichtung kann die Reparatureinrichtung 1000 von einer Schadstelle zur nächsten befördert werden. Die vorgeschlagene Bearbeitungsvorrichtung 100 kann sehr universell eingesetzt werden und im Wesentlichen für alle Flugzeugtypen und Flugzeugprogramme angepasst werden. Beispielsweise kann ein Reparaturprogramm für jeweils einen bestimmten Flugzeugtyp oder für ein bestimmtes Flugzeugprogramm in der Steuereinrichtung abgespeichert sein und durch die Vermesseinrichtung 110a kann der Flugzeugtyp, der zu reparieren ist, erkannt und das entsprechende zugehörige Reparaturprogramm abgerufen werden. Abhängig von den zu bearbeitenden Flugzeugsegmenten können in Kombination mit der Vorschubeinrichtung Programme in die Steuereinrichtung geladen werden. Es ist auch denkbar, dass selbst die Bestückung des Werkzeugträgers 1102 in Abhängigkeit von der festgestellten Schadstelle automatisiert erfolgt.
Aufgrund der hohen Flexibilität kann die Bearbeitungsvorrichtung 100 auch für andere Fertigungs- und Produktionsprozesse der Flugzeugindustrie oder andere industrielle Sektoren genutzt werden, insbesondere in Industriebereichen, in denen mit sehr großen Bauteilen hantiert werden muss, beispielsweise bei der Produktion von Rotorflügeln oder Kraftfahrzeugen. Die Reparatureinrichtung kann auch für Thermosets, Thermoplastik und auch Metallkomponenten und Metallstrukturen eingesetzt werden. Ein zerstörungsfreies Untersuchungssystem kann genutzt werden, um Schäden zu ermitteln. Die einfache Aufbau- und Abbaumöglichkeit der Bearbeitungsvorrichtung 100 und die Geländegängigkeit eines transportablen und zerlegbaren Systems kann einen Geländeeinsatz ermöglichen und vermeiden, dass ein beschädigtes Flugzeug oder ein beschädigter Hubschrauber in eine Werkstatt transportiert werden muss.
Die folgenden Figuren 12 bis 18 zeigen detailliert einzelne Schritte eines Reparaturprozesses, der die Kombination des Handhabungssystems 102 und einer Reparatureinrichtung 1000 nutzt gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierzu ist als Beispiel ein Reparatur- oder Nacharbeitprozess basierend auf einer Klebereparatur für eine beschädigte oder nicht ausreichend ausgeführte Flugzeugkomponente oder Struktur dargestellt.
12 zeigt eine Verbindetätigkeit einer Werkzeugeinrichtung mit einer Zielstruktur gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mittels der biegeschlaffen Elemente 107, welche an dem Träger 1100 der Reparatureinrichtung 1000 angeordnet sind, wird die Reparatureinrichtung 1000 mittels der Handhabungseinrichtung 102 in den Bereich einer zuvor festgestellten Beschädigung 1200 einer Zieloberfläche 109, 106 gebracht. Mittels der Verbindeeinrichtungen 1101, welche sich durch die Erzeugung von Unterdruck 1201 mit der Zieloberfläche 109 verbinden, wird die Reparatureinrichtung 1000 auf der Zieloberfläche 109 abgesetzt. In anderen Worten erfolgt eine Positionierung mittels einer Kabelroboterkinematik 102 im Zusammenspiel mit einer Verbindeeinrichtung 1101 des Reparatursystems 1000 mithilfe von flexiblen Vakuumsaugnäpfen 1101. Durch die Dosierung des Unterdrucks 1201 kann die Andockgeschwindigkeit in Kombination mit der Spannung in den Kabeln 107 dosiert werden, sodass eine Beschädigung der Zieloberfläche 109 beim Aufsetzen vermieden werden kann. Eine Steuereinrichtung kann beispielsweise die Spannung der Kabel 107 so regeln, dass eine Bewegung der Reparatureinrichtung 1000 durch Trägheit, die zu einem Durchschlagen der Zieloberfläche 109, 106 der schon beschädigten Flugzeugstruktur führen kann, vermieden wird.
13 zeigt eine Erfassung der Beschädigung einer Flugzeugstruktur mittels Reparatureinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 13 ist ein Zustand dargestellt, bei dem die Reparatureinrichtung 1000 mittels der Verbindeeinrichtungen 1101 mit der Zieloberfläche 109, insbesondere mit dem Werkstück 106, verbunden ist. Mittels der optischen Scaneinrichtung 1103a' und 1103a'' wird die Schadstelle 1200 untersucht. In anderen Worten erfolgt eine optische Abtastung der Schadstelle 1200, um eine Referenz der Oberfläche 109 und der beschädigten Struktur zu erhalten. Wie der 13 zu entnehmen ist, ist in dem Zustand, in dem die Verbindeeinrichtung 1101 aktiv ist und in dem die Verbindeeinrichtung 1101 die Reparatureinrichtung 1000 mit der Zieloberfläche verbunden ist, eine Aktion der Handhabungseinrichtung 102 nicht nötig. Es ist möglich, die biegeschlaffen Elemente 107 von der Reparatureinrichtung 1000 zu entfernen, um eine ungehinderte Reparatur zu ermöglichen. Es ist aber auch denkbar, dass die Spannung von den Kabeln 107 genommen wird und die Handhabungseinrichtung 102 während des Reparaturvorganges schlaff an der Reparatureinrichtung befestigt ist.
14 zeigt nach der optischen Erfassung der Schadstelle 1200, wie das Fräswerkzeug 1103c von dem Werkzeugträger 1102 in Position gebracht wird, um mittels der Fräse und/oder mittels eines Bohrers 1103c eine Ausbesserung der Schadstelle 1200 zu starten. Hierzu sind die optischen Scaneinrichtungen 1103a' und 1103a'' durch die Fräs- und/oder die Bohreinrichtung 1103c ersetzt worden.
15 zeigt das stufenweise Ausbessern der Schadstelle 1200 mittels der Fräseinrichtung 1103c gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Je nach gewünschtem Reparaturprogramm, das auf der Reparatureinrichtung 1000 abläuft, kann ein stufenförmiges und/oder ein kontinuierliches Ausschneiden des beschädigten Materials der Schadstelle 1200 mittels der Fräseinrichtung 1103c entsprechend der festgestellten Art des Schadens erfolgen und die Schadstelle repariert werden. Nach dem Einsatz der Fräseinrichtung 1103c kann eine Reinigung der stufenförmig vorbereiteten Schadstelle 1200 beispielsweise durch einen Ventilator oder ein Gebläse erfolgen, welches in 15 nicht gezeigt ist.
Durch ein erneutes Austauschen der Werkzeuge und durch Ersetzen der Fräseinrichtung 1103c und durch erneutes Einsetzen der Scaneinrichtungen 1103a' und 1103a'' kann das Zwischenergebnis der Fräsoperation überprüft werden, wie in 16 dargestellt. 16 zeigt ein erneutes Scannen der ausgefrästen und/oder ausgebohrten Schadstelle 1200 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
17 zeigt den Einsatz eines Applizierungswerkzeugs 1103b für Klebstoffe gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Zum Aufbringen des Klebers wird erneut das Werkzeug 1103 des Werkzeugträgers ersetzt. Es kommt jetzt das Applizierungswerkzeug 1103b für Klebstoffe zum Einsatz. Die zuvor mittels der Scaneinrichtungen 1103a' und 1103a'' aufgenommenen dreidimensionalen Daten (3D-Daten) des halbfertigen Produkts, welche durch das Fräsen, Bohren und/oder Ausschneiden eine stufenförmige Struktur hervorgebracht haben, werden als Datenmaterial genutzt, um den Reparatur- oder Nacharbeitprozess der Oberfläche 109 fortzusetzen. Entsprechend der entstandenen Form der nachgebesserten Schadstelle 1200 wird in geeigneter Art und Weise ein Klebefilm auf die ausgefräste Schadfläche aufgebracht.
18 zeigt das Einbringen eines Halbzeugs gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Aufgrund der 3D-Daten, welche von den Scaneinrichtungen 1103a' und 1103a'' ermittelt und hergestellt worden ist, können nun mit den Handhabungseinrichtungen 1103d' und 1103d'' vorbereitete Gewebe in die Klebestelle eingefügt werden. Das Halbzeug (Semi-Finished-Product), welches nach den 3D-Daten hergestellt worden ist 1800, kann in die Schadstelle mittels der Heber 1103d', 1103d'', welche mit Saugglocken mit Unterdruck arbeiten, eingeführt werden.
19 zeigt einen Löseprozess einer Reparatureinrichtung von der reparierten Oberfläche gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Nachdem das Halbzeug 1800 in die Schadstelle eingefügt worden ist, kann die Reparatureinrichtung 1000 wieder von der Oberfläche entfernt werden. Um das Lösen zu ermöglichen, wird der Unterdruck in den Verbindeeinrichtungen 1101 abgestellt und die Reparatureinrichtung 1000 wird mit den biegeschlaffen Elementen 107 der Handhabungseinrichtung 102 wieder von der reparierten Oberfläche 109, 106 entfernt. Zum Entfernen wird somit wieder der Kabelroboter 102 genutzt. Vor und/oder nach dem Reparaturprozess kann die reparierte Oberfläche 1900 mittels eines zerstörungsfreien Untersuchungsverfahrens, beispielsweise mittels Einsatz eines Ultraschallsystems, untersucht werden, um festzustellen, ob der Schaden vollständig repariert worden ist.
20 zeigt den Einsatz einer Bearbeitungsvorrichtung 100 zur Bearbeitung einer konvexen Zieloberfläche 109' gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mittels der Handhabungseinrichtung 102 wird die Reparatureinrichtung 1000 mit der Zieloberfläche 109' in Kontakt gebracht. Um einen guten Kontakt zu ermöglichen, können die Antriebseinrichtungen 104 entlang des Rahmens 101 verschoben werden. Die Position wird mittels der Positionsbestimmungseinrichtung 110, welche auf dem Boden 111 angeordnet ist, durch den Einsatz von Lasermessverfahren überwacht. So kann eine sehr genaue Positionierung des Reparatursystems 1000 selbst an einer schwer zugänglichen konkaven Oberfläche 109' erfolgen. Die Reparatureinrichtung 1000 ist mittels Kabeln 107 an den Antriebseinrichtungen 104 angeordnet. Das Reparatursystem 1000 ist während des Reparaturvorgangs fest mit der Zieloberfläche 109' verbunden, welche nachgearbeitet werden muss. Während die Reparatureinrichtung 1000 fest mit der Zielvorrichtung, welche ebenfalls fest an dem Fußboden 111 angeordnet ist, verbunden ist, kann die Spannung in den Kabeln 107 gelockert werden, da keine Gefahr besteht, dass sich die Reparatureinrichtung 1000 unkontrolliert bewegt. Aufgrund der festen Montage der Trägereinrichtung 101 mit dem Fußboden 111 kann ein stabiler Stand sichergestellt werden. Es ist der 20 zu entnehmen, dass aufgrund der in Richtung des Bodens 111 wirkenden Schwerkraft der Handhabungsraum der Handhabungseinrichtung 102 zwischen die unterste Antriebseinrichtung 104 und den Boden 111 reichen kann.
21 zeigt die Verbindung der Reparatureinrichtung 1000 mit einer konkaven Zieloberfläche 109''. 21 zeigt somit den universellen Einsatz der vorgeschlagenen Bearbeitungseinrichtung 100.
22 zeigt den Einsatz der Bearbeitungseinrichtung 100 an einer komplexen Zieloberfläche 109''', wie beispielsweise der Oberfläche eines Helikopters, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
23 zeigt den Einsatz der vorgeschlagenen Bearbeitungsvorrichtung 100 zum Ausbessern einer Zieloberfläche 109'''', welche Teil eines Flugzeuges ist.
Die Beispiele der 22 und 23 zeigen den universellen Einsatz einer Reparatureinrichtung 1000, beispielsweise für die Reparatur von unterschiedlichen Programmen der zivilen Luftfahrt, der militärischen Luftfahrt, aber auch von Windkraftwerken, Rotoren und Autos. Weitere Szenarien können spezifische Höhenleitwerke, Seitenleitwerke, Flugzeugflügel und Rumpfbauteile sein. Mittels einer Handhabungseinrichtung 102 können die verschiedensten Reparatursysteme 1000 an die Schadstellen transportiert werden. Somit ist eine einfache Reparatur möglich.
24 zeigt eine Flowline gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Flowline 2400 wird von zwei Bearbeitungsvorrichtungen 100 und 100' gebildet, welche seriell in Bezug zu einer Materialflussrichtung 2401 aneinandergekoppelt sind. Es kann eine beliebige Vielzahl von Bearbeitungsvorrichtungen zu einer Flowline kombiniert werden. Insbesondere sind die Trägereinrichtungen 101 und 101' so aneinandergekoppelt, dass die Handhabungsräume 201 und 201' im Wesentlichen nebeneinander liegen. Im Bereich einer Übergabezone 2402 oder einer Handoverzone 2402 kann jedoch keine Weitergabe eines Werkstücks 106, 106' erfolgen, da die Handhabungsräume 201 und 201' durch den Spalt 2403 voneinander getrennt sind. Die Handhabungsräume 201 und 201' werden von der physikalischen Reichweite der Handhabungseinrichtungen 201 und 201' definiert. Die Handhabungsräume 201, 201' sind im Wesentlichen innerhalb der Trägereinrichtungen 101, 101' ausgebildet.
Mittels der vorgeschlagenen Bearbeitungsvorrichtung 100, 100' soll eine Fertigungsstraße 2400 oder eine Flowline 2400 modular aufgebaut werden, um die Herstellung eines Flugzeuges und die Zusammensetzung verschiedener Flugzeugkomponenten basierend auf einer Zusammenarbeit verschiedener Kabelroboter 102, 102' zu ermöglichen. Aufgrund der einfachen Struktur der Bearbeitungsvorrichtungen 100, 100' können kosteneffiziente Fertigungsstraßen für große Bauteile aufgebaut werden.
Insbesondere ist der Aufbau von Kabelrobotersystemen 102, 102' mit wenig Materialaufwand verbunden und kann mit wenig Aufwand im Vergleich zu einem mehrachsigen Industrieroboter hergestellt werden. Die Funktion eines Kabelroboters wird im Wesentlichen durch die abgestimmte Ansteuerung der Antriebseinrichtungen 104 ermöglicht, welche die biegeschlaffen Elemente 107, an denen die Werkstücke 106, 106' oder auch Werkzeuge angeordnet sind. Diese Ansteuerung der Antriebseinrichtungen 104, 104' und der biegeschlaffen Elemente 107' ermöglicht den Einsatz der Kabelrobotersysteme 102, 102' für die Luft- und Raumfahrtindustrie. Das hohe Lasttragevermögen der Kombination eines Montagerahmens 101, 101' mit den biegeschlaffen Elementen 107, 107' ermöglicht es, einfach Transportvorrichtungen für große und schwere Lasten 106, 106' zu schaffen. Mittels geeigneter Maßnahmen, wie beispielsweise einer Vorschubeinrichtung, können verschiedene Bearbeitungsvorrichtungen 100, 100' trotz ihrer begrenzten physikalischen Reichweiten zum Transport von Werkstücken über größere Distanzen genutzt werden. Dabei wird zur Bildung von neuen Materialflussprinzipien für die Herstellung von Flugzeugkomponenten auf kollaborative Kabelrobotersysteme zurückgegriffen. Um den Transport von Werkstücken 106, 106' zu ermöglichen, kommt im Wesentlichen eine zusätzliche Vorschubeinrichtung zum Einsatz, welche dazu eingerichtet ist, ein Werkstück 106, 106' und/oder ein Werkzeug außerhalb des Handhabungsraums 201, 201' hinaus zu befördern, um eine dynamische Konfiguration herbeizuführen und um das Werkstück 106, 106' und/oder das Werkzeug außerhalb des Handhabungsraums 201, 201' einer statischen Konfiguration der Bearbeitungsvorrichtung 100, 100' bereitzustellen.
25 zeigt eine Vorschubeinrichtung basierend auf einem Förderband gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ist die Übergabezone 2402 aus 24 dargestellt. Zur Verbindung der beiden Handhabungsräume 201, 201' ist als Übergabeeinrichtung das Förderband 2500 vorgesehen, welches an der Trägereinrichtung 101 und/oder an der Trägereinrichtung 101' angeordnet ist. Mittels des Förderbandes 2500, welches die beiden Handhabungsräume 201, 201' über den Spalt 2401 hinweg verbindet, kann somit eine Lücke zwischen den beiden Bearbeitungsvorrichtungen 100, 100' überbrückt werden, welche von den Handhabungseinrichtungen 102, 102' nicht erreichbar ist. Das Werkstück 106, 106' kann zwischen ähnlichen Produktionssystemen 100, 100' übergeben werden auch während das Werkstück 106, 106' bearbeitet wird. Außerdem können unterschiedliche Fertigungsschritte, welche in den unterschiedlichen Bearbeitungsvorrichtungen 100, 100' ausgeführt werden, miteinander verbunden werden. Das Werkstück 106 kann eine Flugzeugkomponente oder eine Flugzeugstruktur, wie ein Rumpfabschnitt, ein Flügel, ein vertikales Leitwerk und ähnliches sein. Es ist auch denkbar, dass als Werkstück 106 ein vollständig aufgebauter Rumpf übergeben wird. Durch die Übergabe zwischen verschiedenen im Wesentlichen statisch angeordneten Bearbeitungsvorrichtungen 100, 100' kann ein Werkstück 106, 106' dynamisch und mobil weitergegeben werden, obwohl die Trägereinrichtungen 101, 101' im Wesentlichen statisch angeordnet sind. Eine modular aufgebaute Fertigungsstraße 2400 kann leicht für neue und unterschiedliche Flugzeugtypen und Produktionsszenarios angepasst werden, indem einzelne Produktionsvorrichtungen 100, 100' ausgetauscht werden. Die Vorschubeinrichtung 2500, die fest mit beiden Handhabungsräumen verbunden ist, kann die Übergabe eines Werkstücks 106, 106' von einem Fertigungsmodul 100 zu dem nächsten Fertigungsmodul 100' organisieren.
26 zeigt eine Ausbildung einer Vorschubeinrichtung als Handhabungskinematik gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 26 ist ebenfalls die Übergabezone 2402 dargestellt, welche mittels der Vorschubeinrichtung 2600 überbrückt werden kann. In dem Beispiel nach 26 kommt jedoch eine Handhabungskinematik zum Einsatz, welche abwechselnd mit dem einen Handhabungsraum und dem anderen Handhabungsraum verbunden ist, und somit im Wesentlichen keine kontinuierliche oder permanente Übergabe des Werkstücks 106, 106' von dem ersten Handhabungsraum zu dem zweiten Handhabungsraum ermöglicht. Allerdings kann die Übergabe in einer beliebigen Richtung erfolgen. Die Handhabungskinematik 2600 ist mit der Trägereinrichtung 101 und/oder 101' verbunden. Als Handhabungskinematik kann beispielsweise ein Industrieroboter zum Einsatz kommen.
Es ist auch denkbar, dass die Übergabeeinrichtung 2500 mit einer Handhabungskinematik 2600 kombiniert wird, um eine Übergabe eines Werkstücks 106, 106' zwischen zwei Handhabungsräumen 102, 102' zu ermöglichen. Durch den Aufbau einer Fertigungsstraße 2400 mit den Bearbeitungsvorrichtungen 100, 100' können flexibel unterschiedliche Produktionsschritte bei der Fertigung eines Flugzeugs miteinander kombiniert werden. Es kann eine lockere Zusammenstellung einer Fertigungsstraße ermöglicht werden. Durch die Aneinanderreihung unterschiedlicher Bearbeitungsvorrichtungen 100, 100' oder einer Vielzahl von Bearbeitungsvorrichtungen 100, 100' können Fertigungsstraßen aufgebaut werden, welche für alle Flugzeugtypen und unterschiedliche Komponenten oder Strukturen angepasst sind. Die flexible Aneinanderreihung von Bearbeitungsvorrichtungen 100, 100' kann eine Fertigungsstraße unabhängig von der Dimension und Komplexität der zu erstellenden Komponenten oder Strukturen machen. Es lassen sich einfach auch große Werkstücke 106, 106' bearbeiten. Die Verwendung eines Kabelrobotersystems 102, 102' erlaubt eine hohe Anzahl von Freiheitsgraden, beispielsweise bis zu sechs Freiheitsgraden (DoF) und somit einen flexiblen Montageprozess in allen möglichen Orientierungen (Flex-Assembly-Process). Durch den geringen Materialeinsatz können für den Aufbau einer Bearbeitungsvorrichtung 100, 100' Investitionskosten reduziert werden und dennoch eine hohe Flexibilität bei der Produktion erreicht werden. Außerdem können durch die Standardisierung von Produktionssystemen 100, 100' Kosten bei der Herstellung der Produktionssysteme geringe gehalten werden. Im Wesentlichen lassen sich die Produktionssysteme 100, 100' an unterschiedliche Werkstücke durch Aufspielen von unterschiedlichen Programmen auf Steuereinrichtungen für die einzelnen Produktionssysteme herstellen.
27 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung mit einer Vorschubeinrichtung, welche zum Vorschub der Bearbeitungsvorrichtung in eine Verarbeitungsrichtung eingerichtet ist, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Bearbeitungsvorrichtung 100 ist rechteckförmig ausgebildet, wobei die in einer durch den Pfeil 2701 angedeuteten Materialflussrichtung verlaufenden Längsträger 101b, 101d, 101i, 101k, länger sind als die senkrecht zu der Materialflussrichtung 2701 verlaufenden Querträger. In einer statischen Konfiguration kann das Werkstück oder Werkzeug 106, 106a, 1000 lediglich innerhalb des Bearbeitungsrahmens 101 bewegt werden. Diese Bewegungsfreiheit ist durch die physikalischen Eigenschaften der Handhabungseinrichtung 102 vorgegeben. Um bezogen auf das Bodenkoordinatensystem 803 eine Bewegung des Werkstücks 106, 1000 oder Werkzeuges 106a zu erreichen, weist die Bearbeitungsvorrichtung 100 die Vorschubeinrichtung 2700a, 2700b auf, welche die Bearbeitungsvorrichtung 100 in Materialflussrichtung 2701 insgesamt bewegen kann, sodass nach dem Vorschub die gesamte Bearbeitungsvorrichtung 100 an einer neuen Position bezogen auf Welt- oder Bodenkoordinatensystem 803 zu liegen kommt, wie durch die gestrichelt gezeichnete Bearbeitungsvorrichtung 100'' dargestellt ist. Bei der Vorschubeinrichtung 2701 handelt es sich um eine Vorschubeinrichtung, welche aus der Gruppe von Vorschubeinrichtungen ausgewählt ist, wobei die Gruppe von Vorschubeinrichtungen aus einer Linearkinematik, einer Übergabeeinrichtung, einer Handhabungskinematik, einem Roboter, einem Industrieroboter, einem Rad, einem Motor, einer Schiene, einer Rad/Schienekombination, einer Magnetschwebeeinrichtung und einer Luftkisseneinrichtung besteht.
Die 28 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung 100, welche an dem Querträger 101l, 101j eine Vorschubeinrichtung zur Bewegung senkrecht zu einer Materialflussrichtung 2701 aufweist. Die Richtung senkrecht zur Materialflussrichtung 2701 ist mit Pfeil 2801 bezeichnet. Bei der Vorschubeinrichtung 2800a, 2800b handelt es sich wiederum um eine Vorschubeinrichtung, die aus der Gruppe der Vorschubeinrichtungen ausgewählt ist. Es ist auch möglich, Vorschubeinrichtungen miteinander zu kombinieren, um eine freie Bewegung innerhalb des Weltkoordinatensystems 803 entlang des Bodens 111 zu erzielen. Aber auch senkrecht zu der durch den Boden 111 definierten Fläche ist eine Bewegung möglich. 28 zeigt eine Bearbeitungseinrichtung mit einer Vorschubeinrichtung, welche zu einer dynamischen Konfiguration einer statischen Bearbeitungsvorrichtung 100 führt.
29 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung mit beweglichen Antriebseinrichtungen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Aus 29 ist die Anordnung der Antriebseinrichtungen 104 und biegeschlaffen Elemente 107 innerhalb der Bearbeitungsvorrichtung 100 zu erkennen. Die Antriebseinrichtungen 104, welche in den acht Ecken im Inneren des rechteckförmigen Montagerahmens 101 angeordnet sind, können in einer auf das Welt- oder Bodenkoordinatensystem 803, insbesondere zu dem Boden 111, senkrecht verlaufenden Richtung verschoben werden, um den Handhabungsraum 201, der im Wesentlichen im Innenbereich oder Innenraum der zwischen den Antriebseinrichtungen 104 als Handhabungsraum ausgebildet wird, zu verändern und um durch die Veränderung eine variable Konfiguration zu ermöglichen.
30 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung mit flexiblem Handhabungsraum gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Bearbeitungsvorrichtung 100 erlaubt es durch Antriebseinrichtungen 104, die in der Höhe verstellbar sind, einen Handhabungsraum 201 in eine obere Hälfte gegenüber einem Boden 111 des Produktionsmoduls 101 oder einer Trägereinrichtung 101 zu verschieben, um einen freien Arbeitsbereich 3000 zu schaffen. Der freie Arbeitsbereich 3000 ermöglicht die Zusammenarbeit von Arbeitern 3001 und auch automatisierten Produktionseinrichtungen 3002. Hierbei hängt ein Werkstück 106, beispielsweise ein Flugzeugrumpf, der an einer Zieloberfläche ausgerichtet wird, an den Antriebseinrichtungen 104 und an den von den Antriebseinrichtungen gesteuerten biegeschlaffen Elementen 107. Indem der gesamte Bearbeitungsrahmen 101 zusammen mit dem Boden 111 und den Arbeitern 3001 und/oder den automatisierten Verarbeitungseinrichtungen 3002 insgesamt bewegt wird, beispielsweise mittels einer Vorschubeinrichtung, die in 30 nicht dargestellt ist, kann während des Transportes des Bauteils 106 oder Werkstücks 106 bearbeitet werden, welches in der Aufnahmeeinrichtung 105 angeordnet ist. Eine in 30 nicht gezeigte Steuereinrichtung sorgt in Kombination mit den Antriebseinrichtungen 104 und den biegeschlaffen Elementen 107 sowie der Aufnahmeeinrichtung 105 dafür, dass das Werkstück 106 auf einer vorgesehenen Zieloberfläche stabil gehalten wird, sodass eine gefahrlose Bearbeitung von Hand durch einen Arbeiter 3001, aber auch eine automatisierte Bearbeitung mittels automatisierten Prozesseinrichtungen 3002 ermöglicht wird.
31 zeigt eine Fertigungsstraße oder Flowline, welche aus zwei Bearbeitungsvorrichtungen mit einer Vorschubeinrichtung aufgebaut ist, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Fertigungsstraße wird aus den in Materialflussrichtung 3001, 3002 seriell aneinander angeordneten Bearbeitungsvorrichtungen 100, 100' gebildet. Die Fertigungsstraße ermöglicht die Bearbeitung des Werkstücks 106, 106'. Mittels unterhalb der Bearbeitungsvorrichtungen 100, 100' angeordneten Vorschubeinrichtungen können die im Wesentlichen statischen Bearbeitungsvorrichtungen 100, 100' dynamisiert werden und beispielsweise entlang der Materialflussrichtung 3101, 3102 verschoben werden. Die neuen Positionen sind durch die gestrichelt gezeichneten Bearbeitungsvorrichtungen 100'''', 100''''' dargestellt. Es lässt sich somit alternativ zu der Weitergabe zwischen zwei statischen Bearbeitungsvorrichtungen, wie in 24 dargestellt, eine alternative Form einer Fertigungsstraße 3103 aufbauen, bei der die Bearbeitungsvorrichtungen selbst bewegt werden. In einer Übergangszone 3104 können wiederum die in 25 und 26 dargestellten Übergabeeinrichtungen eingesetzt werden, um das Werkstück 106, 106' von einem Rahmen 100'''' in den anderen Rahmen 100''''' zu übergeben.
Das gebildete Produktionssystem 3103, das in 31 zwei Bearbeitungsvorrichtungen aufweist, das aber auch eine beliebige Vielzahl von Bearbeitungsvorrichtungen aufweisen kann, ist dynamisch und kann entlang des vorgegebenen Produktionsbereiches bewegt werden. Zusammen mit der Bearbeitungsvorrichtung kann durch den Einsatz einer Vorschubeinrichtung 3105, 3106 das Werkstück 106, 106' mit dem Montagerahmen 101, 101' bewegt werden. Beispielsweise kann so ein schweres Flugzeugbauteil samt Montagerahmen über einen Hallenboden 111 innerhalb einer Montagehalle bewegt werden. Selbst ein vollständiger Rumpf kann so transportiert werden. Das Werkstück 106, 106' kann an neue oder andere Flugzeugtypen angepasst werden oder auch an unterschiedliche Produktionsszenarien, indem nur einzelne Bearbeitungsvorrichtungen 100, 100' innerhalb einer Fertigungsstraße 3103 ausgetauscht werden.
Das vorgeschlagene Fertigungsstraßenprinzip (Flowlineprinzip), kann sich von dem Prinzip einer einzigen Produktionslinie für einen definierten Flugzeugtyp oder für eine Flugzeugklasse, wie beispielsweise den Single Aisle Flugzeugtyp, lösen. Zur Einteilung verschiedener Flugzeugtypen kann neben dem Rumpfdurchmesser auch die Anzahl der Kabinengänge zwischen den Sitzreihen unterschieden werden. Beispielsweise ist in der A320 Familie der Firma Airbus ein einziger Gang vorgesehen während in der A330/350 Familie zwei Gänge vorgesehen sind.
Mit der Bearbeitungsvorrichtung kann ein Flugzeugprogramm in einer Linie montiert werden und es muss nicht pro Flugzeugprogramm eine Fertigung vorgesehen sein. Mit Hilfe des vorgeschlagenen Fertigungsprinzips ist neben der Längenflexibilität auch die Programmflexibilität in der Montage mittels einer Anlage möglich. Die bewegliche Fertigungsstraße 3103 kann es vermeiden, dass ein Werkstück 106, 106' zwischen mehreren Bearbeitungsvorrichtungen übergeben werden muss. Durch bewegbare Bearbeitungsvorrichtungen 100, 100' können sich Fertigungsstraßen 3103 flexibel zusammenstellen lassen, was eine flexible Verknüpfung von Fertigungsschritten und Systemen zulässt. Bewegbare Bearbeitungsvorrichtungen können an sämtliche Flugzeugtypen und unterschiedliche Komponenten oder Flugzeugstrukturen angepasst werden. Die Verwendung der Kabelroboter macht die Bearbeitungsvorrichtung unabhängig von der Dimension und Komplexität der zu bearbeitenden Flugzeugkomponente oder Struktur 106, 106'. Außerdem ist es möglich, große Handhabungsräume für große Komponenten zu schaffen.
32 zeigt den Einsatz einer Vielzahl von Bearbeitungsvorrichtungen zur Bildung einer flexiblen Fertigungsstraße gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der gemäß 32 realisierten Fertigungsstraße, welche in der Materialflussrichtung 3201 im Wesentlichen aus den Bearbeitungsvorrichtungen 100a, 100d', 100c zusammengesetzt ist, lassen sich neue Fertigungsstraßenkonzepte realisieren. Diese sind auf Kabelroboter in den jeweiligen Bearbeitungsvorrichtungen 100a, 100b, 100d', 100d, 100c realisiert. Jede der Bearbeitungsvorrichtungen 100a, 100b, 100d', 100d, 100c erlaubt sechs Freiheitsgrade und einen leichtgewichtigen Aufbau zur Werkstückhandhabung. Das Werkstück 106, 106b, 106d, 106c ist an den jeweiligen biegeschlaffen Elementen der Bearbeitungsvorrichtungen angeordnet. Die Zusammenstellung der jeweils verwendeten Bearbeitungsvorrichtungen mit teilweise unterschiedlichen Programmen kann abhängig von dem zu fertigenden Flugzeugtyp zusammengesetzt werden. Es lässt sich eine offene Architektur für die Steuersysteme einsetzen, die modular und universell aufgebaut werden kann und umkonfigurierbar ist.
Es lässt sich außerdem eine Zusammenarbeit von Arbeitern und unterschiedlichen Produktionssystemen, wie Industrierobotern, Schablonen, Werkzeugen, Floor-Borne Produktion oder Handhabungssystemen, schaffen. Die Positionsbestimmungseinrichtungen und/oder Vermesseinrichtungen, insbesondere der Gebrauch von passiven oder aktiven modularen Sensoren und Messeinrichtungen für die unterschiedlichen Parameter können zur Überwachung eines Produktionsprozesses genutzt werden. Zwischen den einzelnen Produktionsvorrichtungen 100a, 100d', 100b, 100d, 100c können die Werkstücke 106, 106d, 106b, 106c mittels Übergabeeinrichtungen oder Vorschubeinrichtungen transportiert und übergeben werden. Die einzelnen Bearbeitungsvorrichtungen 100a, 100b, 100d', 100d, 100c können modular und leichtgewichtig aufgebaut werden, da eine kabelbetriebene Roboterkinematik genutzt wird. Die kabelbetriebene Kinematik, d. h. die Antriebseinrichtungen 104 und die Kabel 107, deren Länge über eine Vielzahl von in den Antriebseinrichtungen vorhandenen Winden und Elektromotoren beeinflusst werden und die an verschiedene Positionen innerhalb eines Montagerahmens 101 verfahrbaren Antriebseinrichtungen bzw. Winden, schaffen eine flexible Struktur für den Transport der Werkstücke. Wie der 32 zu entnehmen ist, können Vorschubeinrichtungen an den Bearbeitungsvorrichtungen nicht nur dazu genutzt werden, die Bearbeitungsvorrichtung in Materialflussrichtung 3201 zu bewegen, sondern auch dazu genutzt werden, einzelne Produktionsmodule 100d, 100d', 100b auszutauschen. Dabei werden die Bearbeitungsvorrichtungen 100b, 100d', 100d im Wesentlichen senkrecht zu der Materialflussrichtung 3201 ersetzt, wie durch die Pfeile 3202 angedeutet ist. Auf diese Art und Weise kann beispielsweise ein Werkzeug, das für eine Sonderanfertigung eines Bauteils 106 benötigt wird, ohne Veränderung der gesamten Fertigungsstraße 3200 ausgetauscht werden, um Einfluss in einen Teil eines Produktionszyklus zu nehmen. Es ist aber auch denkbar, dass beispielsweise bei Erkennung eines Fertigungsfehlers an einer Strukturoberfläche oder Zieloberfläche eines Werkstücks 106, ein Reparaturprozessmodul 100d, 100d' in den Fertigungsprozess direkt eingerückt wird, um sofort eine festgestellte Fehlstelle, beispielswiese mit einem Reparaturwerkzeug 1000, zu reparieren.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend” und „aufweisend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013013530 A1 [0003]
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DE 102011078310 A1 [0005]
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DE 202010004266 U1 [0008]
EP 2756934 A1 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN9300 und/oder LN9300 [0119]
Norm IEC 62541 [0137]

Claims

Bearbeitungsvorrichtung (100), aufweisend: eine Trägereinrichtung (101); eine Handhabungseinrichtung (102), aufweisend: eine Aufnahmeeinrichtung (105) zur Aufnahme eines Werkstücks (106) und/oder eines Werkzeuges (106a); und zumindest eine Antriebseinrichtung (104); wobei die zumindest eine Antriebseinrichtung (104) der Handhabungseinrichtung (102) an der Trägereinrichtung (101) angeordnet ist; wobei die zumindest eine Antriebseinrichtung (104) der Handhabungseinrichtung (102) mit der Aufnahmeeinrichtung (105) der Handhabungseinrichtung (102) mit zumindest einem biegeschlaffen Element (107) verbunden ist, um die Aufnahmeeinrichtung (105) an einer vorgebbaren Position in Bezug auf die zumindest eine Antriebseinrichtung (104) zu positionieren und/oder in einer vorgebbaren Orientierung in Bezug auf die zumindest eine Antriebseinrichtung (104) auszurichten; wobei sich die vorgebbare Position und/oder die vorgebbare Orientierung nach dem Verlauf einer Zieloberfläche (109, 109') richtet; so dass zumindest ein Teil des Werkstücks (106) und/oder des Werkzeuges (106a) mit der Zieloberfläche (109) in Kontakt treten kann; und/oder so dass das Werkstück (106) und/oder das Werkzeug (106a) an der Zieloberfläche (109, 109') ausgerichtet ist.
Bearbeitungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 wobei der Verlauf der Zieloberfläche (109) in Bezug auf ein Weltkoordinatensystem (803'), ein Bodenkoordinatensystem (803') und/oder auf ein Flugzeugkoordinatensystem (1001) angegeben ist.
Bearbeitungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zumindest eine Antriebseinrichtung (104) der Handhabungseinrichtung (102) fest oder beweglich an der Trägereinrichtung (101) angeordnet ist.
Bearbeitungsvorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die Trägereinrichtung (101) zerlegbar und/oder in Leichtbauweise ausgebildet ist.
Bearbeitungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Aufnahmeeinrichtung (105) ein Werkzeug (106a, 1000) aufweist; wobei das Werkzeug (106a) eine Verbindeeinrichtung (1101) aufweist, mit welcher sich das Werkzeug (106a, 1000) mit der Zieloberfläche (109) und/oder mit dem Werkstück (106) verbinden kann, nach deren Verlauf die vorgebbare Position und die vorgebbare Orientierung der Aufnahmeeinrichtung (105) gerichtet ist.
Bearbeitungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verlauf der Zieloberfläche (109) ein virtueller Verlauf einer Oberfläche ist.
Bearbeitungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter aufweisend: eine Vermesseinrichtung (110a, 1103a', 1103a''); wobei die Vermesseinrichtung (110a, 1103a', 1103a'') zum Erfassen des Verlaufs der Zieloberfläche (109) und/oder der Position einer Schadstelle (1200) der Zieloberfläche (109) eingerichtet ist.
Bearbeitungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter aufweisend: eine Positionsbestimmungseinrichtung (110); wobei die Positionsbestimmungseinrichtung (110) zur Überprüfung der vorgebbaren Position und/oder der vorgebbaren Orientierung des Werkstücks (106) und/oder des Werkzeuges (106a) eingerichtet ist.
Bearbeitungssystem (600), aufweisend: eine erste Bearbeitungsvorrichtung (100') nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher an der Aufnahmeeinrichtung (105') ein Werkstück (106) angeordnet ist; eine zweite Bearbeitungsvorrichtung (100'') nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher an der Aufnahmeeinrichtung (105'') ein Werkzeug (106a) angeordnet ist; wobei die zumindest eine Antriebseinrichtung (104a', 104b', 104e', 104f') der ersten Bearbeitungsvorrichtung (100') und die zumindest eine Antriebseinrichtung (104a'', 104b'', 104e'', 104f'') der zweiten Bearbeitungsvorrichtung (100'') an einer gemeinsamen Trägereinrichtung (101) angeordnet sind; und wobei die Aufnahmeeinrichtung (105'') der zweiten Bearbeitungsvorrichtung (100'') in Relation zu der Aufnahmeeinrichtung (105') der ersten Bearbeitungsvorrichtung (100') so ausrichtbar ist, dass das Werkzeug (106a) mit der Oberfläche des Werkstücks (106) als Zieloberfläche in Kontakt treten kann.
Verfahren zum Betreiben einer Bearbeitungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder zum Betreiben eines Bearbeitungssystems nach Anspruch 9, Positionieren einer Aufnahmeeinrichtung, welche zur Aufnahme eines Werkstücks und/oder eines Werkzeuges eingerichtet ist, an einer vorgebbaren Position in Bezug zu einer Antriebseinrichtung, welche an einer Trägereinrichtung angeordnet ist; und/oder Ausrichten der Aufnahmeeinrichtung in einer vorgebbaren Orientierung in Bezug auf die Antriebseinrichtung; wobei die zumindest eine Aufnahmeeinrichtung mit der Antriebseinrichtung mit zumindest einem biegeschlaffen Element verbunden ist; wobei sich die vorgebbare Position und/oder die vorgebbare Orientierung nach dem Verlauf einer Zieloberfläche richtet; so dass zumindest ein Teil des Werkstücks und/oder des Werkzeuges mit der Zieloberfläche in Kontakt tritt; und/oder so dass das Werkstück und/oder das Werkzeug an der Zieloberfläche ausgerichtet ist.