ITTO20120111A1 - Sistema automatico per la giunzione di porzioni di un telaio e metodo associato. - Google Patents

Description

TITOLO: SISTEMA AUTOMATICO PER LA GIUNZIONE DI PORZIONI DI UN TELAIO E METODO ASSOCIATO.

La presente invenzione riguarda un sistema automatico per la giunzione strutturale di almeno due porzioni principali che costituiscono il telaio di un veicolo o la fusoliera di aeromobili o lo scafo di un natante. Tale sistema à ̈ in grado di gestire tutte le fasi del metodo associato per la giunzione delle porzioni, in modo automatico e continuo. Tale sistema à ̈ in grado di gestire tutta la catena cinematica/meccanica per la realizzazione di tale veicolo o aeromobile o natante.

Il metodo di assemblamento associato riguarda i passi che sono compiuti dal sistema di assemblamento per porzioni del telaio o fusoliera o scafo, effettuati in modo automatico ed altamente riproducibili.

Preferibilmente, tale sistema, e il metodo associato, Ã ̈ atto ad essere applicato per la realizzazione delle fusoliere di aeromobili, per la giunzione di almeno due tronconi costituenti la fusoliera.

È noto che l’assemblaggio dei tronconi della fusoliera degli aeromobili à ̈ un’operazione molto complessa che richiede un elevato controllo al fine di realizzare un aeromobile in grado di poter superare i test di resistenza al volo. Infatti, se tali tronconi non vengono correttamente assemblati il velivolo risultante avrà problematiche di stabilità e di aerodinamicità che potrebbero compromettere l’utilizzo del velivolo così assemblato.

Sono noti sistemi di giunzione di almeno due tronconi di fusoliera i quali comprendono una pluralità di sensori i quali sono atti a facilitare l’opera di posizionamento, movimentazione e giunzione di tali tronconi da parte degli addetti all’assemblaggio. Infatti la maggior parte dei passi del metodo di realizzazione di un aeromobile, descritti nell’arte nota, sono svolti da parte dell’uomo con l’ausilio di dispositivi elettromeccanici e sensori di varia natura.

Per tale motivo la realizzazione di un aeromobile à ̈ soggetta ad errori dovuti alla componente umana nella realizzazione di uno o più passi del metodo di assemblaggio e giunzione dei tronconi dell’aeromobile.

Sono noti dispositivi automatici atti a svolgere uno o più passi del metodo di realizzazione di un aeromobile i quali vengono supervisionati da un addetto all’assemblaggio. Quindi, per la giunzione dei tronconi di un aeromobile, l’operatore dovrà supervisionare una pluralità di dispositivi automatici. La realizzazione di un aeromobile secondo gli standard di assemblaggio dipende fortemente dall’esperienza del singolo addetto all’assemblaggio atto a coordinare i vari dispositivi ed eventualmente a supervisionare le operazioni fatte manualmente.

Tale tipologia di metodo risulta quindi onerosa in termini di costo, poiché sono richiesti diversi dispositivi elettromeccanici che debbono essere fatti interagire fra loro, e a causa dell’elevata presenza di operazioni manuali. Inoltre, tale metodo risulta anche oneroso in termini di tempo di realizzazione per ogni aeromobile poiché la supervisione dei passi, sia pur coadiuvata da sensori di vario genere, spetta all’operatore addetto il quale deve sovraintendere ad ogni aspetto critico nella realizzazione dell’aeromobile.

In fine, tale tipologia di metodo, comprendendo una componente umana nella realizzazione del metodo introduce una variabile aleatoria che rende il metodo difficilmente riproducibile, che in termini probabilistici porta un’elevata incertezza sul risultato di tale metodo di realizzazione. Tale incertezza comporta un aumento dei costi medi complessivi per la realizzazione degli aeromobili.

Va inoltre sottolineato che, ogni singolo dispositivo elettromeccanico impiegato per la realizzazione del metodo introduce un’incertezza intrinseca sulle operazioni che à ̈ atto a svolgere; tale incertezza va a sommarsi con le incertezze degli altri dispositivi elettromeccanici compresi poiché i sistemi dell’arte nota non comprendono un sistema di controllo centrale in grado di coordinare tali dispositivi elettromeccanici eliminando gli errori e riducendo l’incertezza dell’intero sistema e, di conseguenza, l’incertezza del metodo di realizzazione.

Gli errori nella giunzione sono dovuti, inoltre, a fattori fisici intrinseci quali dilatazioni termiche o meccaniche delle parti metalliche, in funzione della temperatura e dell’umidità presente nel luogo in cui avviene l’assemblamento.

Sono inoltre noti, controlli sulla giunzione tramite misurazioni laser compiute ad istanti discreti durante lo svolgersi del metodo di giunzione.

Tale controllo non garantisce la ripetibilità della giunzione e l’esatto riallineamento di tutti i punti chiave necessari per una corretta giunzione fra le parti.

La presente invenzione si propone di risolvere i problemi sopracitati realizzando un sistema di giunzione di almeno due porzioni principali di un telaio, o di una fusoliera di un aeromobile, o di uno scafo di un natante, in grado di controllare e gestire, in modo automatico, una pluralità di dispositivi di attuazione, tramite un’unità di controllo centrale in funzione dei dati ottenuti da una pluralità di sensori.

La presente invenzione, inoltre, si propone di risolvere i problemi sopracitati, implementando un nuovo metodo per la giunzione di almeno due porzioni principali o tronconi, in modo totalmente automatico permettendo il riallineamento di tutti i punti chiave, al fine di garantire la ripetibilità della giunzione fra le porzioni principali o tronconi.

Un aspetto della presente invenzione riguarda un sistema automatizzato di giunzione di almeno due porzioni principali di un telaio, o di una fusoliera o di uno scafo, con le caratteristiche dell’allegata rivendicazione indipendente 1 di dispositivo.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione riguarda un metodo per la giunzione in modo automatico di almeno due porzioni principali o tronconi con le caratteristiche dell’allegata rivendicazione indipendente 10 di metodo.

Le caratteristiche ed i passi accessori della presente invenzione sono riportate nelle allegate rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche ed i vantaggi del sistema automatizzato e del metodo associato, secondo la presente invenzione, saranno meglio chiari ed evidenti dalla descrizione seguente di almeno una forma di realizzazione e dalle figure allegate le quali illustrano nel dettaglio:

• la figura 1 illustra, in una vista in pianta schematica, un sistema di giunzione secondo la presente invenzione;

• la figura 2 illustra, in una vista prospettica, un complessivo di una forma si realizzazione del sistema di giunzione secondo la presente invenzione;

• le figure 3A e 3B mostrano il dispositivo di attuazione, in particolare la figura 3A una forma di realizzazione di un dispositivo di attuazione e la figura 3B un particolare di una colonna;

• la figura 4 illustra un flow chart di un’implementazione del metodo di giunzione, secondo la presente invenzione;

• la figura 5A, 5B illustrano, in una vista prospettica, l’attuazione dei passi g) e h) del flow chart di figura 4 applicato dal sistema illustrato nelle figure 1 e 2, per la giunzione di un troncone anteriore di una fusoliera di un aeromobile, in cui la figura 5A mostra il passo g), la figura 5B mostra il passo h);

• la figura 6 mostra, in una vista prospettica, il posizionamento di un terzo troncone per la realizzazione di una fusoliera, applicando il metodo di giunzione secondo la presente invenzione;

• la figura 7 illustra uno schema a blocchi dei circuiti di controllo compresi nel sistema automatico secondo la presente invenzione.

Con riferimento alle citate figure il sistema automatizzato di giunzione di almeno due porzioni di un telaio, ad esempio di un veicolo o di un aeromobile o di un natante, comprende almeno un dispositivo di attuazione 3, preferibilmente, almeno uno per ogni porzione, atto a movimentare nello spazio “XYZ†almeno una porzione con tre gradi di libertà; un’unità di controllo centrale 5 atta a controllare ogni dispositivo di attuazione 3, in funzione di una pluralità di dati ottenuti tramite una pluralità di sensori 7.

Detta pluralità di sensori 7 à ̈ in grado di determinare una pluralità di punti chiave (A, B, C) su ogni porzione del telaio, univoci per ogni porzione, in modo continuo.

Ai fini della presente invenzione, con il termine misura svolta in modo continuo si intende una misura svolta continuamente nel tempo, durante le fasi del metodo secondo la presente invenzione, e non solamente ad istanti discreti.

Detta una unità di controllo centrale 5, in funzione dei dati ottenuti da detta pluralità di sensori 7, attiva detto almeno un dispositivo di attuazione 3 al fine di avvicinare e connettere tali porzioni, monitorando, tramite detta pluralità di sensori 7 la posizione relativa fra detta pluralità di punti chiave (A, B, C) di dette porzioni, e la posizione assoluta di tali porzioni nello spazio “XYZ".

La forma di realizzazione preferita del sistema, illustrato nelle figure 1 e 2, prevede che il sistema automatizzato sia atto alla giunzione di almeno due tronconi “T†di una fusoliera di un aeromobile “V†comprendendo almeno un dispositivo di attuazione 3, per ogni troncone “T†atto a movimentare nello spazio “XYZ†detti tronconi “T†con tre gradi di libertà ed un’unità di controllo centrale 5 atta a controllare ogni dispositivo di attuazione 3 in funzione di una pluralità di dati, da una pluralità di sensori 7. Detta pluralità di sensori 7 à ̈ in grado di determinare detta pluralità di punti chiave (A, B, C) su ogni troncone “T†, in modo continuo. Detta una unità di controllo centrale 5, in funzione dei dati ottenuti da detta pluralità di sensori 7, attiva detto almeno un dispositivo di attuazione 3 al fine di movimentare detti tronconi “T†, ad esempio per avvicinare e connettere tali tronconi “T†. Tramite detta pluralità di sensori 7 viene monitorata la posizione relativa fra la pluralità di punti chiave (A, B, C) e la posizione assoluta di tali tronconi “T†nello spazio (XYZ), durante la movimentazione di ogni troncone da parte di almeno un dispositivo di attuazione 3.

Ad ogni troncone “T†sono associabili una pluralità di punti chiave (A, B, C), univoci per ogni troncone, i quali rappresentano i punti che devono essere misurati e/o monitorati da parte di detta pluralità di sensori 7, al fine di permettere all’unità di controllo 5 di movimentare i singoli tronconi “T†, tramite detti dispositivi di attuazione 3. Tali punti chiave (A,B,C), opportunamente monitorati ed elaborati, consentono una corretta movimentazione e giunzione dei tronconi “T†nel rispetto delle tolleranze aerodinamiche e meccaniche.

Tali punti chiave si distinguono in:

- punti di riferimento “A†, i quali rappresentano punti di riferimento del troncone, importanti per l’allineamento relativo fra i tronconi “T†;

- punti di sollevamento “B†, rappresentano i punti in cui un’impalcatura o base 2 viene fissata al troncone “T†; tale l’impalcatura o base 2 à ̈ l’interfaccia fra il troncone e il dispositivo di attuazione 3;

- punti di controllo “C†, i quali identificano il corretto posizionamento del troncone “T†per la giunzione;

- punto “D†, identifica il punto in cui detta impalcatura o base 2 riscontra contro detto dispositivo di attuazione 3.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 3A e 3B, ogni dispositivo di attuazione 3 comprende almeno una colonna 31 atta a sorreggere à ̈ movimentare almeno un troncone “T†della fusoliera, in modo tale da consentire una corretta giunzione fra i tronconi “T†. Tale dispositivo di attuazione 3 permette la movimentazione del troncone “T†associatogli con diversi gradi di libertà,preferibilmente tre gradi di libertà. Ogni colonna 31 comprende almeno un supporto o braccio 310, atto a sostenere detto troncone.

Ogni supporto 310 comprende a sua volta almeno un punto di appoggio 311 dove viene posizionato il punto “D†di contatto dell’impalcatura o base 2 al dispositivo di attuazione 3. Tale impalcatura o base 2 à ̈, a sua volta, fissata ad almeno un punto di sollevamento “B†del troncone “T†come sopracitato. Tale punto di appoggio 311 à ̈, preferibilmente, un alloggiamento, ad esempio di forma semisferica, atto ad ospitare un riscontro, posizionato nel punto “D†dell’impalcatura 2, di forma complementare a detto alloggiamento. Per assicurare l’impalcatura 2 al dispositivo di attuazione 3, ed in particolare al punto di appoggio 311, il supporto o braccio 310 comprende almeno un meccanismo di ritenzione 312 atto a bloccare, in modo amovibile l’impalcatura 2. Preferibilmente, detto almeno un elemento di ritenzione 312 à ̈ una pinza, movimentata in modo coordinato con i movimenti dell’intero dispositivo di attuazione 3.

La movimentazione di tale supporto o braccio 310, tramite un attuatore non illustrato, unita alla presenza di almeno un punto di appoggio 311, permette di recuperare le torsioni e le tensioni interne del troncone “T†.

Detta almeno una colonna 31 può variare la quota a cui si trova detto punto di appoggio 311, sollevando detto supporto 310. Preferibilmente, detto supporto o braccio 310 à ̈ allungabile lungo un asse verticale “Z†, ad esempio tramite una guida, non illustrata nel dettaglio, compresa nella colonna 31 stessa. L’allungamento di detto braccio 310 garantisce il primo grado di libertà.

In forme di realizzazione non illustrate detta colonna 31 à ̈ scorrevole o telescopica, in modo automatico,lungo un asse verticale “Z†.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 1 e 2 ogni dispositivo di attuazione 3 comprende tre colonne 31, opportunamente disposte in modo da sorreggere correttamente il troncone “T†. Ad esempio, come mostrato in figura 3A, due colonne sono allineate lungo un primo asse “Y†perpendicolare rispetto all’asse verticale “Z†, preferibilmente le due colonne esterne 31’ sono allineate lungo detto primo asse “Y†mentre la terza colonna 31†, interposta fra dette due colonne esterne, rispetto a detto asse “Y†, à ̈ disassata, ad esempio posta anteriormente lungo un secondo asse “X†perpendicolare all’asse verticale “Z†e al primo asse “Y†.

Almeno una di dette colonne 31, compresa nel dispositivo di attuazione 3, à ̈ in grado di muoversi su apposite prime guide 30 lungo detto secondo asse “X†, movimentata tramite un attuatore non illustrato. La movimentazione delle colonne 31 sulle seconde guide 30 garantisce il secondo grado di libertà.

La movimentazione di detto supporto o base 310 à ̈ attuata tramite un attuatore, non illustrato, atto a garantire, almeno, il terzo grado di libertà di movimentazione al dispositivo di attuazione 3, ad esempio con movimenti rotazionali o rototraslativi del punto di appoggio 311.

La movimentazione di ogni dispositivo di attuazione, e più nel dettaglio di ogni colonna 31, con tre gradi di libertà, viene attuata, preferibilmente, tramite una pluralità di motori elettrici ognuno controllato da detta unità di controllo centrale 5.

Dette colonne 31 vengono controllate, nel movimento su dette prime guide 30 lungo detto secondo asse “X†, da detta unità di controllo centrale 5.

Tale sistema di giunzione, secondo la presente invenzione, comprende almeno una piattaforma 6 atta a consentire all’operatore di avvicinarsi alla fusoliera del aeromobile “V†, al fine di realizzare la giunzione o verificare la qualità del lavoro o controllare eventuali errori segnalati dall’unità di controllo centrale 5.

Ogni piattaforma 6 comprende una pluralità di pedane 60 estendibili le quali sono movimentate tramite attuatori, preferibilmente pneumatici e/o elettrici controllati da detta unità di controllo centrale 5. Detta pluralità di pedane 60 sono atte, in uso, ad estendersi, realizzando un percorso continuo da detta piattaforma 6 ad almeno una porzione predeterminata della fusoliera del aeromobile “V†. Tali pedane 60 possono assumere diverse posizioni, al fine di adattarsi alla forma della fusoliera, alle diverse quote lungo l’asse verticale “Z†e di adattarsi a profili diversi di diversi aeromobili o di veicoli o natanti. Tali pedane 60, terminato il loro uso, vengono retratte, tornando nella sagoma della piattaforma 6, permettendo al sistema automatico di giunzione, secondo la presente invenzione, di continuare nei passi per la realizzazione delle giunzioni. Tale pedane 60 permettono all’operatore di avvicinarsi alla fusoliera dell’aeromobile in totale sicurezza.

Preferibilmente, il sistema comprende una piattaforma fissa 61, nelle cui prossimità à ̈ posto una postazione di comando 611, ed una piattaforma mobile 62, la quale può assumere una configurazione aperta ed una configurazione di lavoro

Tale piattaforma mobile 62 nella configurazione aperta consente il passaggio dei vari tronconi “T†i quali possono essere posizionati sui dispositivi di attuazione 3 e per il prelievo dei tronconi “T†o dell’intera fusoliera dai dispositivi di attuazione 3.

La pedana mobile 62 nella configurazione di lavoro à ̈ a ridosso dei vari dispositivi di attuazione 3, al fine di consentire l’attuazione dei passi del metodo di giunzione secondo la presente invenzione.

La postazione di comando 611 comprende un’interfaccia utente fra l’operatore e l’unità di controllo centrale 5, consentendo di impartire gli ordini per l’attuazione del metodo di giunzione. Tale postazione di comando 611 à ̈ posizionata in modo da permettere la completa visibilità dell’area, garantendo ulteriore sicurezza per il personale, per il metodo di giunzione e per le parti in lavorazione.

L’unità di controllo centrale 5 svolge un controllo a doppio anello di retroazione, in modo continuo nel tempo e tramite una rete di trasferimento dati à ̈ in grado di controllare detta pluralità di sensori 7 e detta pluralità di dispositivi di attuazione 3. Uno schema a blocchi delle varie interazioni fra l’unità di controllo centrale 5 e il sistema secondo la presente invenzione, à ̈, ad esempio, illustrato in figura 7.

L’unità di controllo centrale 5, in funzione dei tronconi “T†che debbono essere congiunti, grazie al doppio anello di controllo à ̈ in grado di trovare il posizionamento ottimale dei vari tronconi “T†, in funzione dei dati reali ottenuti dalla pluralità di sensori 7, dai dati teorici associati ai diversi tronconi “T†e delle tolleranze aerodinamiche e meccaniche imposte.

L’unità di controllo centrale 5, ad esempio realizzato tramite PLC, permette un movimento coordinato di ogni dispositivo di attuazione 3, al fine di ottenere un allineamento ottimale fra i tronconi “T†.

Detta pluralità di sensori 7 comprendono almeno un misuratore laser 71 atto a misurare, con elevata risoluzione e ridotta incertezza, la posizione e le distanze relative ed assolute dei vari punti chiave (A, B, C). I concetti essenziali del funzionamento di tale misuratore laser 71 non verranno descritti in dettaglio poiché già noti al tecnico del ramo.

Ogni misuratore laser 71 à ̈ mobile, montato su almeno un carrello 72 il quale scorre su almeno una seconda guida 70, disposte, preferibilmente, lungo detto secondo asse “X†. La movimentazione di detto almeno un carrello 72 à ̈ svolta tramite un motore, preferibilmente elettrico non illustrato, controllato da detta unità di controllo centrale 5.

Tale misuratore laser 71 à ̈ dotato, inoltre, di un primo attuatore, non illustrato, atto a movimentare lungo l’asse “Z†tale misuratore laser 71, anch’esso controllato da detta unità di controllo 5.

Tale misuratore laser 71, in modo continuo, effettua una pluralità di misure su detti punti chiave, in particolar modo sui punti riferimento “A†e sui punti di controllo “C†. I dati su tali misurazioni, svolti in modo continuo dal misuratore laser 71, vengono trasmessi, tramite una rete di trasferimento dati 80, verso detta unità di controllo centrale 5.

Nella forma di realizzazione illustrata in figura 1 e 2 il sistema di giunzione comprende due misuratori laser 71, le cui seconde guide 70 sono poste parallele lungo il secondo asse “X†, fra cui à ̈ interposto almeno un dispositivo di attuazione 3 atto a movimentare almeno un troncone “T†. In particolare fra dette seconde guide 70 sono presenti tre dispositivi di attuazione 3 comprendenti ognuno tre colonne 31.

Detta pluralità di sensori 7 comprende, sensori di movimento atti a misurare i singoli movimenti di ogni dispositivo di attuazione 3 ed in particolare di ogni colonna 31. Inoltre, tale pluralità di sensori 7 comprendono sensori elettronici atti a rilevare la variazione di potenza assorbita da ogni singolo attuatore di ogni singola colonna 31, al fine di rilevare la presenza di tronconi “T†sul singolo dispositivo di attuazione 3. Tali sensori permettono di determinare, inoltre, se ad ogni singolo troncone vengono impresse forze, per errore, da parte di ogni singola colonna 31, tali da poter danneggiare il singolo troncone “T†o l’intera fusoliera.

Eventualmente, ogni supporto 310, ad esempio in corrispondenza del punto di appoggio 311, comprende almeno una cella di carico atta a verificare la presenza del troncone sul dispositivo di attuazione 3, ed eventualmente valutare la distribuzione del peso sulle varie colonne 31.

Detta pluralità di sensori 7 comprende, inoltre, sensori di temperatura, sensori di pressione e sensori di umidità in modo da fotografare la situazione ambientale al momento di ogni giunzione fra due o più tronconi. Tali dati ambientali, misurati tramite detti sensori, non illustrati, permettono di prevedere, e quindi compensare di conseguenza, eventuali comportamenti intrinseci, fisici, di ogni singolo troncone “T†in funzioni delle condizioni ambientali presenti.

Detta unità di controllo centrale 5 à ̈ connessa, tramite detta rete di trasferimento dati 80, ad almeno un’unità di immagazzinamento dati 8, la quale à ̈ atta a immagazzinare, periodicamente oppure in modo continuo, i dati ottenuti dai singoli tronconi e dalla loro giunzioni, per ogni aeromobile “V†. Inoltre, l’unità di controllo centrale 5 trasmette, verso detta unità di immagazzinamento dati 8, il numero di tronconi “T†che sono stati prelevati dal magazzino, e il numero di aeromobili realizzati associando ad ogni fusoliera un codice identificativo al fine di poter avere una completa tracciabilità dei passi eseguiti per la realizzazione dell’aeromobile e dei suoi singoli componenti.

I dati memorizzati in detta almeno un’unità di immagazzinamento dati 8 permette all’unità di controllo centrale 5 di recuperare i dati relativi a detti punti chiave (A, B,C,D) di ogni singolo troncone “T†, anche a seguito dell’operazione di foratura del singolo troncone “T†o per la fase denominata di shimmatura, in cui vengono livellati gli spessori, per un corretto posizionamento delle stesse parti costituenti il troncone o il velivolo stesso.

Preferibilmente, in detta unità di immagazzinamento dati 8 vengono memorizzati i seguenti dati:

• geometria di ogni singolo troncone “T†, ed in particolare i punti chiave ;

• geometria della fusoliera dopo la giunzione dei vari tronconi “T†;

• temperatura, pressione e umidità dell'ambiente; • posizione nello spazio “XYZ†di ogni punto di appoggio 311 per ogni singola colonna;

• ogni movimento compiuto da ogni colonna 31 lungo ogni asse di spostamento;

• il sistema di riferimento (X’Y’Z’), a partire dai dati ottenuti a partire dai punti chiave di ogni singolo troncone, per la realizzazione di ogni fusoliera;

• storico degli allarmi intervenuti durante i passi del metodo di giunzione;

• diagnostica completa dei dispositivi presenti nel sistema;

• sequenza e tempistiche di realizzazione del metodo di giunzione;

• posizione e movimenti di ogni pedana di ogni piattaforma.

I dati vengono memorizzati sotto opportuna codifica di compressione, non illustrata nel dettaglio, al fine di ridurre l’occupazione di memoria.

Il sistema di automatico per la giunzione, secondo la presente invenzione, comprende, inoltre, dispositivi elettromeccanici per lo svolgimento di alcune operazioni o passi per la realizzazione della giunzione fra due tronconi “T†, ad esempio almeno un braccio robotizzato per l'esecuzione della foratura e svasatura fori, relativi alle parti oggetto della giunzione, ove avverrà la chiodatura.

Il metodo per la giunzione in modo automatico di almeno due porzioni per la realizzazione di un telaio, controllato da un’unità di controllo centrale 5 comprende i seguenti passi consecutivi, ad esempio illustrati nel flow chart di figura 4:

a) Posizionamento di una prima porzione su un primo dispositivo di attuazione 3;

b) Rilevazione di una pluralità di punti chiave (A,B,C) di detta prima porzione ed invio dei dati a detta un’unità di controllo centrale 5;

c) Creazione di un sistema di riferimento (X’Y’Z’), a partire dai dati ottenuti al passo b) dei dati ottenuti, in funzione delle caratteristiche di detta prima porzione;

d) Posizionamento di una seconda porzione su un secondo dispositivo di attuazione 3’;

e) Rilevazione di una pluralità di punti chiave (A,B,C) di detta seconda porzione ed invio a detta un’unità di controllo centrale 5;

f) Traslazione dei dati ottenuti nel passo e) nel sistema di riferimento (X’Y’Z’), realizzato nel passo c); g) Avvicinamento fra dette prima porzione e detta seconda porzione, tramite detto almeno un dispositivo di attuazione (3, 3’), monitorando in modo continuo, tramite detta pluralità di sensori 7, la posizione relativa di detta pluralità di punti chiave (A,B,C) di ogni porzione, elaborati da detta un’unità di controllo centrale 5;

h) Giunzione delle porzioni;

i) Ripetizione dei passi d)-h) per ogni ulteriore porzione del telaio;

Preferibilmente, tale metodo à ̈ applicato per la giunzione di almeno due tronconi “T†di una fusoliera di un aeromobile “V†compiendo i seguenti passi consecutivi:

a) Posizionamento di un primo troncone “T†su un primo dispositivo di attuazione 3;

b) Rilevazione di una pluralità di punti chiave (A,B,C) di detto primo troncone “T†ed invio a detta un’unità di controllo centrale 5;

c) Creazione di un sistema di riferimento (X’Y’Z’), a partire dai dati ottenuti al passo b) dei dati ottenuti, in funzione delle caratteristiche di detto primo troncone “T†;

d) Posizionamento di un secondo troncone “T’†di fusoliera su un secondo dispositivo di attuazione 3’;

e) Rilevazione di una pluralità di punti chiave (A,B,C) di detto secondo troncone “T†ed invio a detta un’unità di controllo centrale 5;

f) Traslazione dei dati ottenuti nel passo e) nel sistema di riferimento (X’Y’Z’), realizzato nel passo c); g) Avvicinamento fra detti primo troncone “T†e detto secondo troncone “T†, tramite detto almeno un dispositivo di attuazione (3, 3’), monitorando in modo continuo, tramite detta pluralità di sensori 7, la posizione relativa di detta pluralità di punti chiave (A,B,C) di ogni troncone (T, T’), elaborati da detta un’unità di controllo centrale 5;

h) Giunzione dei tronconi;

i) Ripetizione dei passi d)-h) per ogni ulteriore troncone “T’’†della fusoliera.

Preferibilmente, il metodo secondo la presente invenzione, comprende, inoltre, i seguenti passi:

• Movimentazione di ogni singolo troncone ad una quota, predeterminata, lungo l’asse “Z†;

• Movimentazione della fusoliera assemblata;

• Controllo da parte di un operatore.

Verrà ora descritto nel dettaglio ogni passo compreso nel metodo secondo la presente invenzione, preferibilmente implementato per la realizzazione delle fusoliere di aeromobili.

Precedentemente ad ogni passo di posizionamento di un troncone “T†su di un dispositivo di attuazione à ̈ presente un passo di movimentazione della piattaforma mobile 62, in cui tale piattaforma mobile 62 viene movimentata da una configurazione di lavoro ad una configurazione aperta, consentendo la movimentazione del troncone “T†verso il dispositivo di attuazione 3. Terminato il passo di posizionamento viene svolto un ulteriore passo di movimentazione in cui tale piattaforma mobile 62 viene movimentata da una configurazione aperta ad una configurazione di lavoro.

Eseguito il punto a) di posizionamento di un primo troncone “T†su un primo dispositivo di attuazione 3, e successivamente al passo di movimentazione, si passa al passo b) di rilevazione di una pluralità di punti chiave (A,B,C). In tale passo b) viene attuato da detta pluralità di sensori 7, i quali misurano e determinano i punti di riferimento “A†, i punti di sollevamento “B†ed i punti di controllo “C†precedentemente descritti. Tali dati vengono inviati a detta unità di controllo centrale 5. Preferibilmente, detta unità di controllo centrale 5 invia, tramite detta rete di trasferimento dati 80, i dati ricevuti dalla pluralità di sensori 7 su detti punti chiave (A,B,C) a detta unità di immagazzinamento dati 8, in cui vengono memorizzati tali dati associandoli univocamente a detto primo troncone “T†. I dati inerenti su un qualsiasi troncone “T†, ad esempio il primo troncone “T†, possono essere prelevati da detta unità di immagazzinamento dati 8, in qualsiasi momento, ad esempio dall’unità di controllo centrale 5 o da un computer remoto connesso alla rete di trasmissione dati 80. Preferibilmente, ogni dato contenuto all’interno dell’unità di immagazzinamento dati può essere richiesto per elaborazioni da parte dell’unità di controllo centrale 5.

I dati associati ad ogni singolo troncone, prima di poter proseguire con i passi successivi del metodo secondo la presente invenzione, vengono confrontati con i dati teorici provenienti dai disegni progettuali, anch’essi opportunamente memorizzati, ad esempio nella stessa unità di immagazzinamento dati 8. L’unità di controllo centrale 5 verifica se i dati associato al troncone “T†rispettano i dati teorici inerenti alle tolleranze progettuali stabilite svolgendo un’ultima fase di controllo su ogni singolo troncone, preferibilmente prima che lo stesso troncone venga posizionato nel sistema automatico di giunzione secondo la presente invenzione.

Tale controllo può essere utile, inoltre, per determinare quale troncone “T†sta per essere immesso nel sistema automatico di giunzione, prima dello svolgimento del precedente passo di movimentazione, al fine di individuare il dispositivo di attuazione 3 a cui deve essere associato, e determinare e organizzare la movimentazione di tale troncone “T†, per il suo posizionamento all’interno del sistema.

Nel successivo passo c) di creazione di un sistema di riferimento (X’Y’Z’) tale sistema di riferimento può essere assoluto, rispetto allo spazio (XYZ) in cui à ̈ posto il sistema automatico di assemblaggio, sia relativo rispetto a detto primo troncone “T†, già opportunamente posizionato nel sistema di giunzione, secondo la presente invenzione.

Il sistema di riferimento (X’Y’Z’) sarà determinato in funzione del numero di colonne 31 comprese nel dispositivo di attuazione 3 associato a detto primo troncone. Nel caso specifico in cui ci siano tre colonne 31 il sistema di riferimento (X’Y’Z’) sarà definito da nove coordinate spaziali, tre per ogni colonna 31. Definito tale sistema di riferimento (X’Y’Z’) sarà impossibile modificare tale sistema di riferimento sino al termine dei passi del metodo secondo la presente invenzione, ed in particolare sino a che non viene conclusa la giunzione dei tronconi per la realizzazione dell’intera fusoliera. La determinazione di un sistema di riferimento (X’Y’Z’) à ̈ utile per semplificare le elaborazioni necessarie, svolte dall’unità di controllo centrale 5, per impartire i corretti comandi di movimentazione ai singoli dispositivi di attuazione 3.

Successivamente al passo c) e precedentemente al passo d) à ̈, preferibilmente, presente un ulteriore passo di movimentazione del troncone “T†ad una quota predeterminata “Z’†.

Successivamente, si giunge al passo d) di posizionamento di un secondo troncone “T’†su un secondo dispositivo di attuazione 3’, sostanzialmente simile al passo a) sopracitato. In particolare saranno eseguiti, inoltre, i passi di movimentazione della piattaforma mobile.

Successivamente al passo d), si passa al passo e) di rilevazione. Tale passo e) di rilevazione à ̈ sostanzialmente simile al passo b) precedentemente descritto, quindi non illustrato nuovamente.

I dati ottenuti in detto passo e) vengono utilizzati nel successivo passo f) di traslazione dei dati ottenuti nel sistema di riferimento (X’Y’Z’). In tale passo i dati su tale secondo troncone “T’†vengono elaborati in modo tale da essere espressi rispetto al sistema di riferimento (X’Y’Z’), al fine di uniformare a tale sistema di riferimento i dati relativi ad ogni singolo troncone.

Preferibilmente, successivamente a tale passo f) à ̈ presente un ulteriore passo di movimentazione del troncone “T’†ad una quota predeterminata “Z’†.

Successivamente, inoltre, viene svolto un ulteriore passo f1) di primo allineamento in cui tale secondo troncone “T’†viene movimentato, tramite il corrispettivo dispositivo di attuazione 3’, in modo tale che detti punti chiave (A, B, C) del secondo troncone “T’†siano sostanzialmente allineati ai corrispettivi punti chiave del primo troncone “T†rispetto al sistema di riferimento (X’Y’Z’). Ai fini della presente invenzione, con il termine sostanzialmente allineati si intende che i punti chiave utili per la giunzione dei due tronconi, sono allineati, nei limiti delle tolleranze consentite, lungo assi paralleli ad un asse del sistema di riferimento (X’Y’Z’).

Tale allineamento à ̈ consentito grazie alla pluralità di colonne 31 di ogni dispositivo di attuazione, ed in particolare grazie al supporto o braccio 310 e al punto di appoggio 311, i quali consentono di movimentare ogni singolo troncone con almeno tre gradi di libertà, in modo automatico, coordinato e sincronizzato. Inoltre, tale allineamento à ̈ permesso dalla continua rilevazione svolta dalla pluralità di sensori 7, sui singoli tronconi, in modo continuo. Tale passo f1) di primo allineamento viene controllato e gestito integralmente dall’unità di controllo centrale 5, la quale implementa un algoritmo, memorizzato su un supporto di memoria non volatile, il quale in funzione dei dati ottenuti dai punti chiave misurati in modo continuo da detta pluralità di sensori 7, determina la correzione da apportare alla posizione del troncone al fine di consentire un migliore allineamento, nei limiti delle tolleranze consentite. I dati così elaborati vengono trasformati in comandi inviati ai singoli dispositivi di attuazione.

Successivamente si giunge al passo g) di avvicinamento fra i tronconi tramite detti dispositivi di attuazione 3, come illustrato in figura 5A, ed in particolare grazie alle colonne 31 le quali possono essere movimentate, in modo coordinato e sincronizzato lungo detto secondo asse “X†lungo dette prime guide 30. Durante la movimentazione viene svolto contemporaneamente, ed in modo continuo, il passo di rilevazione che permette all’unità di controllo 5 di inviare i comandi opportuni ai singoli dispositivi di attuazione in funzione dei dati elaborati da detto algoritmo. Preferibilmente, tale algoritmo implementa una soluzione ad approssimazioni successive per la determinazione dell’allineamento ottimale fra i tronconi. Tale algoritmo, inoltre, comprende funzioni di calcolo in cui vengono opportunamente considerate le dilatazioni termiche, torsioni dei tronconi ecc che ogni singolo troncone può subire sia a causa della movimentazione sia a causa delle condizioni fisiche del luogo in cui avviene la giunzione, come umidità, temperatura ecc..

Terminato il passo g) di avvicinamento viene svolto il passo h) di giunzione, illustrata in figura 5B. In tale fase di giunzione h) avviene la giunzione fra due o più tronconi “T†.

Successivamente al passo h) sono compresi ulteriori passi durante i quali vengono svolte le seguenti operazioni consecutive:

• foratura dei due tronconi;

• svasatura dei fori;

• chiodatura dei tronconi.

Tali operazioni, preferibilmente successive al passo di giunzione h) possono essere svolte manualmente da un operatore oppure totalmente o almeno in parte automatizzate, tramite ad esempio dispositivi elettromeccanici, controllati da detta unità di controllo centrale 5.

In funzione dei dati elaborati dal suddetto algoritmo l’unità di controllo 5 invierà istruzioni di movimentazione ad ogni singola colonna in modo da recuperare eventuali errori di allineamento.

I dati elaborati dall’algoritmo e le conseguenti azioni svolte sui singoli tronconi vengono opportunamente memorizzati in detta unità di immagazzinamento dati 8. Eventualmente, tali dati memorizzati, tramite un processo di machine-learning possono permettere all’unità di controllo 5, una volta svolta svolte le fasi b) e e) per ogni troncone, di determinare all’interno dell’unità di immagazzinamento dati 8 se nello storico delle giunzioni svolte dal sistema automatico di giunzione, sono già stati connessi due tronconi sostanzialmente simili a quelli in esame, ed utilizzare tali informazioni per la movimentazione corretta di ogni singolo troncone. Tale processo di machine-learning può permettere di velocizzare la realizzazione dell’aeromobile, evitando di dover ricalcolare ogni volta l’allineamento migliore tramite le elaborazioni di detto algoritmo. Preferibilmente, sono previsti controlli supplementari, al fine di svolgere un ulteriore controllo di qualità su ogni singola giunzione. In particolare tali controlli sono svolti dall’unità di controllo 5, per verificare se i dati ottenuti dall’unità di immagazzinamento dati 8 su giunzioni svolte precedentemente, sono effettivamente applicabili passo dopo passo per la realizzazione della giunzione che sta per essere svolta.

Tale processo consente di rendere il metodo di assemblaggio altamente ripetibile con risultati ottimali, diminuendo, inoltre, i tempi di realizzazione della fusoliera.

La movimentazione del singolo troncone “T†può essere sia sincronizzata con gli altri tronconi “T†sia indipendente, in funzione delle esigenze e del passo del metodo in esecuzione. Ad esempio, un determinato troncone “T†può essere movimentato, indipendentemente dai restanti tronconi, per consentire all’operatore di verificare alcuni parametri costruttivi del singolo troncone, in caso di necessità.

In una forma di realizzazione alternativa, il metodo secondo la presente invenzione, con opportuni sistemi di trasferimento dati, ad esempio multiplexati nel tempo, trasferiti dai sensori, dai dispositivi di attuazione 3 da e verso l’unità di controllo centrale 5 à ̈ possibile eseguire le fasi f1)-h)in modo parallelo per la giunzione di più tronconi “T†in modo sostanzialmente contemporaneo.

Ai fini della presente invenzione con il termine giunzioni sostanzialmente contemporanee si intende che i passi f1)-h) grazie alla velocità di calcolo ed elaborazione dell’unità di controllo 5, oltre all’elevata velocità di trasferimento dati, opportunamente modulati, à ̈ possibile svolgere tali passi in modo parallelo per la giunzione di più tronconi, in modo ciclico nel tempo.

Preferibilmente, ogni troncone “T†à ̈ posto ad una quota tale che permetta ad un operatore, dalla almeno una piattaforma 6, tramite dette pedane 60, di raggiungere ogni punto del troncone della fusoliera.

A seguito di ogni passo di movimentazione di uno o più tronconi “T†à ̈ presente almeno un passo di rilevazione di una pluralità di punti chiave (A,B,C) di detta prima porzione ed invio a detta un’unità di controllo centrale 5.

La sequenza di passi d) - g) viene svolta per ogni ulteriore troncone “T’’†che deve essere connesso ai tronconi già assemblati, per la realizzazione della fusoliera completa, come illustrato in figura 6.

Terminato la giunzione di tutti i tronconi “T†à ̈ presente un’ulteriore passo di movimentazione della fusoliera assemblata.

È previsto in fine un ulteriore passo di controllo finale da parte di un operatore, al fine di verificare i risultati ottenuti. Se tale la giunzione fra i tronconi risulta pienamente conforme alle specifiche di progetto e rispetta in pieno le tolleranze assegnate ad ogni singola fusoliera viene assegnato un codice identificativo, associato anche ai propri punti chiave, in modo da poter tracciare tutta la filiera di realizzazione dell’aeromobile.

Preferibilmente, il passaggio da un passo del metodo sopracitato al successivo viene svolto solamente previa autorizzazione dell’operatore addetto, in modo tale che al termina di ogni passo, se fosse necessario, può verificare i dati ottenuti e controllare il procedere del metodo. Eventualmente, dopo una fase di rodaggio del sistema in cui vengono memorizzati tutti i dati necessari all’interno dell’unità di immagazzinamento dati, e grazie al processo di machine-learning, à ̈ possibile automatizzare totalmente il metodo di giunzione permettendo all’unità di controllo 5 di passare da un passo all’altro del sistema senza attendere l’autorizzazione di un operatore.

Il sistema, e di conseguenza il metodo associato, necessita di un unico operatore che sovraintenda il sistema al fine dell’attuazione del metodo, per permettere il proseguo dei passi del metodo, senza dover verificare i dati ricavati dal sistema stesso, intervenendo sono in caso di errori macroscopici o problemi tecnici dovuti ad errori umani.

Il sistema automatico di giunzione ed il metodo associato possono essere applicati per la giunzione fra le porzioni di qualsiasi telaio, sia in ambito aereonautico, come descritto, sia in ambito navale, per la realizzazione di natanti, sia per la realizzazione dispositivi di qualsiasi genere, incrementando notevolmente la velocità di realizzazione e la ripetibilità del processo di giunzione.

La presenza di un unico dispositivo di controllo centrale 5 permette di coordinare innumerevoli dispositivi, automatizzando il processo, riducendo l’incertezza nella realizzazione dovuta alla componente umana.

RIFERIMENTI NUMERICI

2 Impalcatura o base

3 Dispositivo di attuazione

30 prime guide

31 Colonna 31’ Colonna esterna 31†Terza colonna 310 Supporto o braccio

311 punto di appoggio o Semisfera

312 Elemento di ritenzione

5 Unità di controllo centrale

7 Pluralità di sensori

70 seconde Guide

71 Misuratore laser 72 carrello

6 Piattaforma 60 Pedane

61 Piattaforma fissa 611 Postazione di comando 62 Piattaforma mobile

8 Unità di immagazzinamento dati

80 rete di trasferimento dati

T Tronconi

V aeromobile

(A, B, C) punti chiave

A punti di riferimento;

B punti di sollevamento;

C punti di controllo

D punto

XYZ Spazio

Y primo asse

X secondo asse

Z Asse verticale

X’Y’Z’ Sistema di riferimento

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI: 1. Sistema automatizzato di giunzione di almeno due porzioni di un telaio comprende: • almeno un dispositivo di attuazione (3) atto a movimentare nello spazio (XYZ) almeno una porzione con tre gradi di libertà; • un’unità di controllo centrale (5) atta a controllare ogni dispositivo di attuazione (3), in funzione di una pluralità di dati ottenuti tramite una pluralità di sensori (7); caratterizzata dal fatto che detta pluralità di sensori (7) à ̈ in grado di determinare una pluralità di punti chiave (A, B, C) su ogni porzione del telaio, univoci per ogni porzione, in modo continuo; detta una unità di controllo centrale (5), in funzione dei dati ottenuti da detta pluralità di sensori (7), attiva detto almeno un dispositivi di attuazione (3) al fine di avvicinare e connettere dette almeno due porzioni, monitorando, tramite detta pluralità di sensori (7), la posizione relativa fra detta pluralità di punti chiave (A, B, C) di dette porzioni e la posizione assoluta di tali porzioni nello spazio (XYZ).
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui tale sistema à ̈ atto alla giunzione di almeno due tronconi (T) di una fusoliera di un aeromobile (V);
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui ogni dispositivo di attuazione 3 comprende almeno una colonna (31) atta a sorreggere e movimentare almeno un troncone (T), comprendendo almeno un supporto o braccio (310), al fine di movimentare detto troncone (T) con tre gradi di libertà.
4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detti punti chiave si distinguono in: - punti di riferimento (A), i quali rappresentano punti di riferimento del troncone per l’allineamento relativo fra i vari tronconi (T); - punti di sollevamento (B), in cui un’impalcatura o base (2) viene fissata al troncone (T); - punti di controllo (C), i quali identificano il corretto posizionamento del troncone (T) per la giunzione.
5. 5. Sistema secondo la rivendicazione 3 in cui detta almeno una colonna (31) à ̈ allungabile, in modo automatico, lungo un asse verticale (Z) ed à ̈ in grado di muoversi su apposite prime guide (30) lungo un secondo asse (X) perpendicolare a detto asse verticale (Z).
6. 6. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui detta pluralità di sensori (7) comprendono almeno un misuratore laser (71) atto a misurare la posizione dei vari punti chiave (A, B, C) e le distanze relative ed assolute degli stessi punti chiave (A, B, C).
7. 7. Sistema secondo la rivendicazione 6, in cui ogni misuratore laser (71) Ã ̈ mobile, associato ad almeno un carrello (72) il quale scorre su almeno una seconda guida (70), disposta lungo un secondo asse (X).
8. 8. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detta unità di controllo centrale (5) svolge un controllo a doppio anello di retroazione, in modo continuo nel tempo e tramite una rete di trasferimento dati (80) à ̈ in grado di controllare detta pluralità di sensori (7) e detto almeno un dispositivo di attuazione (3).
9. 9. Sistema secondo la rivendicazione 8, in cui detta unità di controllo centrale (5) à ̈ connessa, tramite detta rete di trasferimento dati (80), ad un’unità di immagazzinamento dati (8), la quale à ̈ atta a immagazzinare i dati ottenuti duranti le fasi di giunzione delle varie porzioni costituenti il telaio.
10. 10. Metodo per la giunzione in modo automatico di almeno due porzioni per la realizzazione di un telaio, controllato da un’unità di controllo centrale (5) caratterizzato dal fatto di comprendere i seguenti passi consecutivi: a) Posizionamento di una prima porzione su un primo dispositivo di attuazione (3); b) Rilevazione di una pluralità di punti chiave (A,B,C) di detta prima porzione ed invio dei dati a detta un’unità di controllo centrale (5); c) Creazione di un sistema di riferimento (X’Y’Z’), a partire dai dati ottenuti al passo b) dei dati ottenuti, in funzione delle caratteristiche di detta prima porzione; d) Posizionamento di una seconda porzione su un secondo dispositivo di attuazione (3’); e) Rilevazione di una pluralità di punti chiave (A,B,C) di detta seconda porzione ed invio a detta un’unità di controllo centrale (5); f) Traslazione dei dati ottenuti nel passo e) nel sistema di riferimento (X’Y’Z’), realizzato nel passo c); g) Avvicinamento fra dette prima porzione e detta seconda porzione, tramite detto almeno un dispositivo di attuazione (3, 3’), monitorando in modo continuo, tramite detta pluralità di sensori (7), la posizione relativa di detta pluralità di punti chiave (A,B,C) di ogni porzione, elaborati da detta un’unità di controllo centrale (5); h) Giunzione delle porzioni; i) Ripetizione dei passi d)-h) per ogni ulteriore porzione del telaio;
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui sono compresi i seguenti ulteriori passi: • Movimentazione di ogni singola porzione ad una quota, predeterminata, lungo un asse verticale “Z†; • Movimentazione del telaio assemblato; • Controllo finale da parte di un operatore;
12. 12. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui à ̈ compreso un passo di immagazzinamento dati, in cui vengono immagazzinati i dati relativi almeno una porzione del telaio, in un’unità di immagazzinamento dati (8).