SE511704C2 - Förfarande och anordning för montering av vinge - Google Patents

Description

20 25 30 u) V1 l\) 511 704 Sammanbyggnaden av vingen sker i ett antal steg. I de tidigaste stegen formas understruk- turen i en jigg, dvs vingens alla stag fixeras till att utgöra sagda understmktur. Vingens skal appliceras tillfälligt mot understrukturen, varefter i ett tredje steg skal och understruktur sarnborras. Denna samborming innebär att hål för skalets fästskruvar borras genom skal och stagens flänsar i understrukturen i en och samma operation. På detta sätt erhålls exakta positioner för ankarmuttrarnas lägen vid det kommande monteringssteget då alla ankarmuttrar ska fästas i understrukturen. Vid detta senare monteringssteg har vingskalet avlägsnats, varvid arbetet med att fastgöra ankarmuttrar utförs.

Arbetet med att fästa ankarmuttrar på plats är mycket tidskrävande när det utförs manuellt.

Muttrama är av olika typ, varvid hål för fastnitriing av muttramas öron måste tas upp och anpassas till muttertyp. Därefter genomförs nitning av muttramas öron mot underlaget, dvs mot flänsen av staget. Vid bon-ningen av nithålen måste dessa göras i rätt position så att mutterhålet kommer mitt för det redan förborrade skruvhälet i understrukturen. Hålen för nitama är av olika diametrar. Nitama är av olika typ beroende på muttertyp. Allt detta gör att arbetet tar mycket lång tid då tusentals ankarmuttrar ska fixeras på plats.

På marknaden förekommer lösningar för automatisering av arbetet med borrning och nitning av ankarmuttrar. Vid storskalig produktion av vingytor enligt beskrivningen förekommer en lösning där en bygel som hanterar verktyg har sådan räckvidd att bygelns båda skänklar vid vars ändar verktygen är anbringade kan sträckas in över och nå varje punkt på vingytan och sålunda utföra arbetsoperationer på Vingens över- och undersida sarntidigt. Denna process är då automatiserad, så att operationerna utförs enligt ett program. En lösning som denna är dock dyrbar och kräver stora serier för lönsamhet.

Enligt en annan metod arbetar en robot som kan löpa längs Vingen på en vagn med att enligt ett program söka upp arabetspositioner med sin robothand, där en verktygsautomat är monterad. Verktygsautomaten griper tag om fiänsen och håller således fast arbetsstycket mot Verktygsautomaten. Verktygsautomaten är vidare så beskaffad att den i en revolverfattning kan rotera fram verktyg i tur och ordning för att därvid utföra samtliga arbetsmoment som måste utföras för att fixera en ankarmutter på plats. I detta fall innehåller revolvern verktyg för 10 20 25 3 upptagning av nithål, don för att mata fram ankarmuttrar och placera dessa 1 rätt posizion och nitningsverktyg för att föra fram nitar av rätt typ och att utföra njtningsoperationer. En verktygsautomat av nämnda typ avsedd för utförande av samtliga arbetsmoment blir sofistikerad och mycket dyrbar, dessutom medför verktygshållare ordnade i en revolver att utrustningen blir tung och klumpig, varvid t ex åtkomligheten för verktygen blir nedsatt.

Man har även prövat att utnyttja ordinära golvmonterade eller på vagn anordnade sexaxliga robotar med stor rörelsefi-ihet för att roboten därvid ska kunna nå stora vingytor. Tanken är då att roboten enligt ett program väljer en verktygshållare, förser verktygshållaren med avpassat verktyg, söker upp den arbetsposition som står i tur, utför en första arbetsoperation, söker upp en ny arbetsposition, utför nästa första arbetsoperation osv inom ett visst arbetsområde. När den första arbetsoperationen är utförd på samtliga inprogrammerade positioner härntar roboten och monterar på sig sj älv nästa erforderliga verktygshållare med avpassat verktyg och utför inom arbetsområdet samtliga moment som utgör en andra arbetsoperation. Vid försök enligt detta mönster har det dock visat sig mycket svårt att uppnå den exakthet som eftersträvas i positionering av verktygen mot vingstagen. Dessutom har inte heller denna typ av robotar med långa armar och stort manövreringsornråde den stabilitet som krävs, då stora krafter upp- kommer mellan anbringat verktyg och vingprofilen vid genomförande av vissa arbetsmoment.

För att finna en lösning på de ovan nämnda svårigheterna och att vidare uppnå en prisvärd automatiseringsgrad för sarnmanbyggnad av en vinge enligt beskrivningen frarnläggs här en ny metod och en ny anordning vid sarmnanbyggnad av en vinge.

BESKRIVNING Av UPPFINNINGEN Uppfinníngen utgörs av ett förfarande och en anordning vid sarnmanbyggnad av en vinge avsedd för flygplan. Vid nämnda sarnmanbyggnad ska ett skal angöras till vingens understruktur medelst fästdon. Vingens understruktur är uppbyggd av ett antal stag med flänsar till vilka skalet ansluts. Fästdonen utgörs företrädesvis av skruvar, men även andra typer av fästdon kan komma ifiåga. Vid montering av vingskalet medelst fästdonen behöver olika arbetsmoment utföras på understruktlnen. Exempel på sådana arbetsmoment, när 10 15 25 511 704 fåstdonen utgörs av skruv som gängas mot ankarmuttrar i understruldtaren, är borrning av nithål, montering av ankarmuttrar och nitning. Samborrning av skal och understruktur för upptagning av skruvhål utgör ytterligare ett exempel på ett arbetsmoment som kan utföras enligt uppfinningsaspekten.

Enligt en aspekt av föreliggande uppfinning frarnläggs ett förfarande för sarnmanbyggnad av en vinge såsom specificerat i det oberoende förfarandekravet.

Enligt ytterligare en aspekt av föreliggande uppfinning frarnläggs en anordning för sammanbyggnad av en vinge såsom specificerat i det oberoende anordningskravet.

En fördel vid utnyttjandet av förfarandet eller anordningen enligt uppfinningsaspektema är att en robot med relativt begränsad rörelseförmåga kan användas. Härvid kan exempelvis en robot med en arm som förflyttas medelst kulskruvar användas. Denna typ av robot ger t ex stor precision vid uppsökande av arbetsposition och tål dessutom stora verktygskrafter, vilket ger stabilitet vid utförande av de olika arbetsmomenten.

En ytterligare fördel är att olika verktygshållare används för olika arbetsmoment. Sådana verktygshållare är relativt billiga och okomplicerade.

F IGURBESKRIVNING Fig. l återger en sektion av en understruktur av en vinge med stag enligt beskrivningen.

Fi g. 2 visar schematiskt en vy av monteringsautomaten enligt beskrivningen från ovan.

Fig. 3 visar schematiskt i en vy från sidan monteringsautomaten enligt beskrivningen, där en robot visas sidomonterad på en rörlig pelare. 10 15 20 511 704 Fig. 4 visar en robot med kulskruvsmekanism som enligt en utföringsforrn av uppfinningen nyttjas i monteringsautomaten.

Fig. 5 återger indelningen i ett antal arbetsområden för roboten, där arbetsområdena är avsedda att till större delen täcka hela vingen.

Fig. 6 åskådliggör ett exempel på en verktygshållare för roboten i monteringsautomaten, i detta fall en verktygshällare för montering av själva ankarmuttem.

Fig. 7 visar schematiskt ett exempel på en ankarmutter nitad till en fläns av ett vingstag.

Fig. 8 visar en del av ett vingstag, där några ankarmuttrar av olika typ visas monterade.

UTFÖRINGSFORMER Ett antal föredragna utföringsformer beskrivs i det följande med stöd av figurema.

Som ovan nämnts avser uppfinningen att automatisera vissa arbetsmoment vid sarnmanbyggnad av en vinge 1, där sammansättningen av stagen 3 som utgör vingens understruktur 2 redan är genomförd. understrulctur är i detta exempel anordnad i en jigg som är flyttbar, varvid jiggen kan flyttas mellan olika arbetsstationer där olika steg av sarnmanbyggnaden genomförs. I jiggen är vingen 1 lodrätt monterad, vilket innebär att vingplanet är i huvudsak lodrätt anordnat. Intill vingen 1 och i huvudsak parallellt med vingen är en åkbana 4 inrättad. På åkbanan 4 kan en vagn 5 maskinellt föras fram och åter utefter vingen 1. Vagnen 5 är försedd med en pelare 6. På pelarens 6 ena sida är en i höjdled rörlig robot 7 monterad. Roboten 7 löper härvid išáliöjdled på en andra åkbana 8 ordnad på pelarens 6 sida. Genom att föra vagnen 5 längs vingen 1 på den första åkbanan 4 och att röra roboten 7 i höjdled på den andra äkbanan 8 är det sålunda anordnat så att en robotarm 9 kan nå varje punkt på vingytan. Norrnalt flyttas dock roboten 7 endast etappvis, varvid den efter flyttning när alla positioner inom ett arbetsområde 10, vilket arbetsområde helt eller delvis täcker en 10 20 511 704 delmängd av vingytan. Roboten 7 som används enligt ett utförande av uppfinningen har en relativt begränsad rörelsefrihet. Detta utgör inte någon nackdel, eftersom roboten 7 så som nyss beskrivits kan flyttas mellan olika arbetsområden 10. I stället blir det härvid möjligt att välja en mycket stabil robottyp. Enligt exemplet har här valts en robot 7 där robotarmen 9 manövreras med tre kulskmvar 11, 12, 13. Detta ger mycket god stabilitet och förmåga att hantera stora verktygskrafter vid arbete med olika verktyg samtidigt som robotarrnens förflyttning till nya arbetspositioner sker med tillräcklig hastighet.

Robotarmen 9 är vid sin yttre ände förseddmed en växlingsplatta 14, vilken kan mottaga olika typer av verktygshållare 15.

De arbetsmoment som är mest lämpade att utföra med hjälp av roboten 7 är sarnborrning av skal 16 och understruktur, upptagning av hål 17 avsedda för skruv som fixerar skalet 16 mot understrukturen 2, inmätning av läget för redan borrade hål 17 där ankarmuttrar ska fixeras mitt för nämnda hål 17, borming av nithål 18 i stagens flänsar för ankarmuttrarnas 20 öron 21, montering och nitning av ankarmuttrar 20 med nit som förbinder öronen 21 med stagens flänsar vid nithålen 18, skruvning av fästskruv för fixering av skalet 16 i understrukturen. För minst ett sådant närnnt arbetsmoment är en separat verktygshållare 15 avsedd. Verktygs- hållaren är ämnad att växlas efter utförande av de arbetsmoment för vilka verktygshållaren är irirättad och kan växlas automatiskt av roboten själv genom att verktygshållarna 15 förvaras i ett magasin för verktygshållare intill Vingen. Verktygshållama 15 är monterade på robotens 7 växlingsplatta 14. En uppenbar fördel med det nämnda arrangemanget är att verktygshållarna är okomplicerade och avsedda för i första hand en arbetsuppgift, varvid de är enkla och billiga, vilket gör hela den automatiska arbetsprocessen attraktiv ur produktionssynpunkt.

I det följande beskrivs förloppet för den automatiska hanteringen av några efter varandra successiva arbetsmoment vid sammanbyggnad av vingen enligt uppfinningsexemplet.

I ett minne 23 i en centralenhet 24 finns i en matris lagrade data om varje ankarmutter över hela vingytan, dess position, centrurnhålets dimension, typ av ankarmutter, nithålens lägen i 10 15 20 25 5 1 1 7 0 4 förhållande till centrumhålet, nittyp, håldimension för nitama, materialets tjocklek vid resp hål, skalets tjocklek vid resp ankarmutter osv. Vingytan är indelad i arbetsområden 10. I det nämnda minnet är de lagrade data indelade i en matris per vingsida.

Arbetsmomentet med samborrning av centrumhål 17 för ankarmuttrar tas ej upp här, vilket dock inte innebär att detta moment ej kan utföras medelst monteringsautomaten enligt uppfinningen. Här förutsätts att dessa centrumhâl 17 redan är borrade i understrukturen 2.

Enligt ett program i monteringsautomatens centralenhet 24iinleds ett nytt arbetsmoment med att vagnen 5 och roboten 7 förs längs åkbanoma 4 resp 8 till magasinet som lagrar verktygs- hållare 15. Där byter roboten 7, genom att fiån växlingsplattan 14 lösgöra eventuellt på denna redan befintlig verktygshållare 15, ut verktygshållare, placerar den tidigare verktygshållaren i magasinet och angör en för det nya arbetsmoment avsedd verktygshållare 15 till växlingsplat- tan 14. Programmet kommenderar därefter roboten att positioneras vid ett första arbetsområde 10.

För det aktuella arbetsmomentet som beståri borrning av nithål 18 vid positionen för en första ankarmutter inom arbetsområdet är verktxëbållaren 15 försedd med borr med dimension enligt information i minnet om den första šgltarmutterpositionen. Robotarmen uppsöker med hjälp av en sensor i den aktuella verktygshèjlïlaren det exakta läget för centrumhålet 17 för den första ankarmuttern 20. Genom av1äsningiglr__infonnation i minnesmatrisen centreras en borr i läge för borrning av resp nithål 18 associerat. med den första ankarmutterns typ. Nithålen 18 borras. På motsvarande sätt förlöper sedan bormingen av nithål 18 för samtliga nithål enligt programmet inom det första arbetsområdet 10.

I detta skede kan två alternativa vägar Antingen utförs samma arbetsmoment 10, dvs borrning av nithål 18 för samtliga arbetsorfifåderi, eller också väljs att slutföra samtliga arbets- moment inom ett arbetsområde innan roboten kommenderas att flytta sig till ett nytt arbetsom- råde 10. Det är egalt vilken väg som väljs. Som ett tredje alternativ kan ett mellanting mellan UI 10 20 35 511 704 dessa två vägar väljas. Det är alltså möjligt att programmera monteringsautomaten att utföra arbetet i valfria sekvenser.

Här förutsätts att roboten 7 fortsätter arbetet inom arbetsområdet och att ett påföljande arbets- moment vidtar. Roboten 7 kommenderas härvid till förflyttning till magasinet för avlämning av verktygshållaren 15 för bonriing och för påmontering av verktygshållare för utförande av det påföljande arbetsmomentet, vilket i detta exempel utgörs av montering av själva ankar- muttem 20. Verktygshållaren 15 är nu försedd med ett verktyg i fonn av en gripanordning för att placera och kvarhålla en ankarmutter i rätt position under nitningsförloppet och vidare verktyg för nitning av ankarmuttem till de i förra arbetsmomentet upptagna nithålen 18.

Genom avläsning i minnesmatrisen erhåller automaten information om typ av ankarmutter 20 och typ av nitar till denna. Roboten 7 har tillgång till och når en laddningsplats där verktygs- hållaren 15 plockar ankarmutter 20 och nitar till denna. Verktygshållaren centrerar i förhåll- ande till centrumhålet 17 ankarmuttern 20 på insidan av stagets 3 fläns och roterar eventuellt ankarmuttern till enligt data i minnet avläst vinkel för att placera ankarmutterns öron mittför respektive associerade nithål 18. I detta skede förs en nit fram med ett verktyg för nitning på verktygshållaren. Nitningen verkställs. Robotarrnen 9 förflyttas till enligt minnet avläst posi- tion för det andra nithålet 18 vid samrna ankarmutter 20, varvid även nitning av ankarmutterns andra nit verkställs. På motsvarande sätt fortsätts därefter monteringen av ankarmuttrar vid övriga positioner inom arbetsområdet. När samtliga ankarmuttrar 20 inom ett arbetsområde 10 monterats återupprepas proceduren enligt detta exempel för de övriga arbetsområdena 10 tills samtliga ankarmuttrar monterats på den sida av vingen där arbetet utförs enligt beskriv- ningen. Vingen kan därefter vändas så att samma monteringsarbete kan utföras på den återstående vingsidan. Ett altemativ är naturligtvis att använda två monteringsautomater samtidigt, en på vardera sidan av Vingen.

Efter de ovan redovisade arbetsmomenten vidtar arbetet med att fixera skalet mot understmk- turen medelst skruvar som fäster skalet mot underlaget genom att skruvarna gängas i tillhörig ankarmutter. Även detta arbetsmoment kan utföras med monteringsautomaten enligt uppfin- ningen. Andra arbetsmoment än de nämnda kan läggas in i automatens arbetsschema, som t ex att planfräsning av nitskallar kan utgöra ett arbetsmoment, såväl som trimning av eventuella kanter.

Claims (10)

1. 5 10 15 20 511 704

2. PATENTKRAV

3. Förfarande vid sammanbyggnad av en vinge för flygplan omfattande minst två av arbetsmomenten borrning, nitning och montering av ankarmuttrar (20), där en robot (7) är rörlig relativt vingen i ett med vingen huvudsakligen parallellt plan och där roboten (7) är utrustad med en arm (9) avsedd att mottaga en verktygshållare (15), kännetecknat av att förfarandet innefattar stegen: a) - en verktygshållare (15) med verktyg för utförande av ett forsta arbetsmoment monteras på robotarmen (9), I _ _ V . . _ b) - robotarmen positioneras vid en första arbetsposition vid vingytan, c) - roboten (7) utför det första arbetsmomentet vid nämnda första arbetsposition, d) - robotarmen (9) manövreras i tur och ordning till nya arbetspositioner vid vingytan inom ett arbetsområde (10) som nås av robotarmen (9) och utför det första arbetsmomentet vid dessa nya arbetspositioner, e) - roboten (7) förflyttas relativt vingen till nya arbetsområden (10) och utför för varje arbetsområde (10) stegen b) - d), f) - en verktygshållare med verktyg för utförande av ett andra arbetsmoment monteras på robotarmen (9), varefter g) det andra arbetsmomentet utförs av roboten motsvarande stegen b) - e).

4. Förfarande vid sammanbyggnad av en vinge för flygplan omfattande minst två av arbetsmomenten borrning, nitníng och montering av ankarmuttrar (20), där en robot (7) är rörlig relativt vingen i ett med vingen huvudsakligen parallellt plan och där roboten (7) är utrustad med en arm (9) avsedáàtt mottaga en verktygshållare (15), kännetecknat av att förfarandet innefattar stegen: a) - en verktygshållare (15) med verktyg för utförande av ett första arbetsmoment monteras på robotarmen (9), b) - robotarmen positioneras vid en första arbetsposition vid vingytan, c) - roboten (7) utför det första arbetsmomentet vid nämnda första arbetsposition, till 10 15 20 25 35 10 511 704 d) - robotarmen (9) manövreras i tur och ordning till nya arbetspositioner vid vingytan inom ett arbetsområde (10) som nås av robotarmen (9) och utför det första arbetsmomentet vid dessa nya arbetspositioner, e) - en verktygshållare med verktyg för utförande av ett andra arbetsmoment monteras på robotarmen (9), varefter i) det andra arbetsmomentet utförs av roboten motsvarande stegen b) - d), g) - roboten (7) förflyttas relativt vingen till nya arbetsområden (10) och utför för varje arbetsområde (10) stegen a) - t).

5. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknatav att manövreringen av robotarmen (9) till nya arbetsområden (10) sker genom att roboten (7) förs längs vingen (1) på den första åkbanan (4) och i höjdled på den andra åkbanan (8), varvid nya arbetsområden (10) för robotarmen (9) intas.

6. Förfarande enligt patentkrav l eller 2, kännetecknat av att i ett minne (23) lagras information om ankarmuttrarna (20) såsom deras resp position på vingen, centrumhålets (17) dimension, typ av ankarmutter, nithålens (18) lägen i förhållande till ankarmuttern, nittyp, nithålens dimensioner.

7. Förfarande enligt patentkrav 4, kännetecknat av att ett program i en centralenhet (24) avläser data ur minnet (23) och styr roboten (7) att enligt programmets instruktioner utföra de olika arbetsmomenten och därvid utföra programmet enligt de data för varje specifik ankarmutter (20) som avläses ur minnet (23).

8. Förfarande enligt patentkrav 4, kännetecknat av att vingytan är uppdelad i i arbetsområden (10), varvid data avseende information om arikarmuttrarria (10) i minnet (23) är anordnade arbetsområdesvis.

9. Anordning för genomförande av ett förfarande vid sammanbyggnad av en vinge (1) för flygplan där förfarandet omfattar minst två arbetsmoment, såsom borrning för ankarmuttrar (20) och nitning, av ankarmuttrar (20), kännetecknad av att en robot (7) är rörlig relativt den i huvudsak lodrätt anordnade vingen (1) i ett med vingen l0 15 20

10. 11 511 704 huvudsakligen parallellt plan genom att en första åkbana (4) är anordnad längs med Vingen, där en vagn (5) med en på vagnen (5) anordnad pelare (6) kan töras utefter den första åkbanan; där roboten vidare är rörlig i höjdled på en andra åkbana (8) anordnad på pelarens ena sida, där roboten (7) är utrustad med en arm (9) avsedd att mottaga en verktygshållare (15) och där nämnda verktygshållare (15) är avsedd att utbytas mellan utförande av skilda arbetsmoment genom att verktygshållaren (15) är anordnad att endast vara avsedd för hantering av verktyg som uttör ett av de nämnda arbetsmomenten. Anordning enligt patentkrav 7, kännetecknad av att 'robotarmen (9) manövreras medelst kulskruvsmekanismer. Anordning enligt patentkrav 7, kännetecknad av att robotarmen (9) endast når ett definierat arbetsområde (l O) som utgör en delmängd av vingens (l) yta. Anordning enligt patentkrav 7, kännetecknad av att ett inom räckhåll for robotarmen (9) anordnat magasin förvarar verktygshållare (15) avsedda for skilda arbetsmoment.