Fraunhofer IFAM mengotomatiskan pra-perakitan rangka badan pesawat CFRP
Otomatisasi adalah salah satu strategi terpenting untuk meningkatkan efisiensi dalam produksi. Sebuah pemosisian baru dan efektor akhir pengeboran telah dikembangkan dalam proyek “Impulse” — didanai oleh Kementerian Federal Jerman untuk Urusan Ekonomi dan Energi (BMWi) — dan “Tempo” (“Teknologi untuk perakitan dan produksi komponen badan pesawat CFRP yang efisien ”) sub-proyek.
Efektor akhir ini mengotomatiskan pra-perakitan elemen pengaku (cleat) pada rangka integral CFRP untuk pembuatan badan pesawat. Produksi manual sebelumnya juga membutuhkan lebih banyak langkah proses. Atau, efektor ujung kompak juga dapat diambil oleh robot industri standar. Hal ini memungkinkan peningkatan tingkat produksi, baik dengan kualitas konstan maupun dengan biaya lebih rendah.
Dikembangkan oleh mitra Airbus Hamburg (Jerman) dan Institut Fraunhofer untuk Teknologi Manufaktur dan Bahan Canggih (IFAM, Stade), solusi otomatisasi ini telah divalidasi dalam lingkungan produksi seri-dekat pada prototipe skala penuh. Proyek ini berhasil diselesaikan pada tahun 2020.
Pra-perakitan bingkai CFRP
Rangka adalah elemen pengaku melintang di badan pesawat. Penggunaan CFRP dan konstruksi badan pesawat yang inovatif dan integral di Airbus A350 menghemat bobot dan langkah produksi. Elemen pengaku tambahan (gerigi) diperlukan untuk mencegah rangka menekuk ke samping. Rusuk — yang panjangnya bisa mencapai 6 meter — semuanya berbeda satu sama lain secara geometris, sehingga templat cetakan khusus akan diperlukan untuk setiap rusuk untuk melengkapi komponen secara manual dengan gerigi dengan toleransi hingga 0,2 milimeter. Template ini mahal dan rumit untuk digunakan. Selain itu, pengumpanan gerigi manual dan pra-perakitan membutuhkan variasi yang besar. Langkah pengukuran ekstensif pada bagian yang disambung untuk penyelarasan posisi yang tepat juga penting.
“Proyek 'Tempo' memberi kami tantangan untuk mengotomatisasi langkah-langkah proses sedemikian rupa sehingga durasi dan kompleksitas prosesnya berkurang,” jelas Leander Brieskorn, manajer proyek dari Fraunhofer IFAM. “Cleat harus diambil secara otomatis dan diumpankan ke rangka. Untuk menyatukan rangka dan gerigi, maka perlu mengebor kedua komponen. Kami mencapai ini dengan melengkapi bingkai dengan gerigi menggunakan efektor ujung presisi tinggi yang baru dikembangkan. Selain itu, rangka dipasang ke cangkang pesawat tanpa celah di pabrik perakitan pesawat seri dekat kami di Stade.”
Efektor ujung pemosisian dan pengeboran untuk pra-perakitan rangka integral CFRP otomatis, presisi tinggi, dan terjamin kualitasnya
Pemosisian yang dikembangkan dan efektor ujung pengeboran memenuhi tugas menerima gerigi yang berbeda, memposisikannya pada rangka integral yang berbeda dan secara bersamaan mengebor kedua komponen secara bersamaan. Efektor ujung yang dibuat secara ringkas dapat diambil oleh sistem portal yang digunakan serta oleh robot industri standar. Sistem portal dipilih untuk presisi yang lebih baik dalam penentuan posisi. Rangka integral direntangkan pada jangkungan di bawah portal dan dapat diorientasikan di ruang angkasa menggunakan beberapa opsi penyesuaian mekanis. Efektor ujung memiliki dudukan simetris yang dapat digunakan untuk mengambil gerigi dengan orientasi berbeda dan menjepitnya ke dudukan. Menggunakan penghentian mekanis teredam pegas, ia mendekati posisi penyambungan masing-masing dengan presisi lokal. Sementara elemen pengaku gerigi ditempatkan pada permukaan rangka integral dari atas dan kedua komponen dijepit menggunakan mekanisme built-in, proses pengeboran dilakukan dari bagian belakang rangka untuk mencegah CFRP berjumbai. Sistem ekstraksi mengambil debu pengeboran yang dihasilkan. Setelah komponen dibor, posisi gerigi pada rangka ditentukan. Cleat kemudian dapat dipaku ke bingkai.
Efektor akhir dapat dikontrol melalui sistem PLC dan menerima data posisi globalnya dari data CAD komponen yang diimpor. Situasi perakitan baru disesuaikan melalui pengukuran hulu cepat menggunakan pelacak laser. Teknologi inovatif memungkinkan proses yang andal dan akurasi pemosisian yang tinggi. Kecuali menekan tombol mulai pada panel kontrol, yang lainnya dijalankan secara otomatis. Antarmuka operator yang ramah pengguna yang dikembangkan secara khusus, dengan gambar yang cukup jelas untuk memfasilitasi input, memungkinkan karyawan yang tidak berpengalaman sekalipun dengan cepat membiasakan diri dengan kontrol sistem.
Dengan membuat modifikasi yang sesuai pada pengambilan gerigi, efektor ujung juga dapat memasang jenis gerigi yang sedikit berbeda secara geometris dan memposisikannya secara tepat pada berbagai jenis rangka integral. Keakuratan pengarsipan otomatis adalah ± 0,1 milimeter dan dengan demikian melebihi persyaratan akurasi sebesar 200%.
Teknologi pengukuran yang terintegrasi dalam pemosisian dan efektor ujung pengeboran mendokumentasikan persis tekanan kontak yang diperlukan 200 newton serta banyak parameter lain untuk memantau kondisi optimal untuk pra-perakitan gerigi pada rangka integral. Ini menjamin jaminan kualitas online.
Pekerjaan R&D lebih lanjut di sub-proyek “Tempo”
Rangka integral yang dilengkapi dengan gerigi dipasang pada cangkang pesawat dalam sistem perakitan pesawat seri-dekat di sub-proyek “Tempo” di pusat teknis IFAM Fraunhofer di Stade. Pengukuran celah sambungan antara rangka integral dan kulit badan pesawat menunjukkan bahwa semuanya lebih kecil dari 0,3 milimeter, sehingga pengisian celah tambahan tidak diperlukan.
Efektor akhir yang dikembangkan untuk pra-perakitan, pemosisian, dan pengeboran rangka juga dapat digunakan untuk perakitan komponen di industri lain, seperti turbin angin, kendaraan kereta api, kendaraan komersial, otomotif atau pembuatan kapal, dengan mengadaptasi sistem pemasangan.
Setelah periode tiga setengah tahun, proyek penelitian "Impuls" ("Solusi inovatif, jangka menengah yang dapat diterapkan, dan hemat biaya untuk komponen badan pesawat CFRP") yang didanai oleh Kementerian Federal Jerman untuk Urusan Ekonomi dan Energi berakhir pada tahun 2020 , termasuk sub-proyek “Tempo”; Nomor pendanaan BMWi:20W1526F. Fraunhofer IFAM mengucapkan terima kasih kepada BMWi atas pendanaan yang diberikan.
