Fraunhofer IFAM Meningkatkan Efisiensi dengan Pre-Assembly Otomatis Rangka Fuselage CFRP
Otomatisasi adalah salah satu strategi terpenting untuk meningkatkan efisiensi dalam produksi. End effector penat bor dan penempatan baru telah dikembangkan dalam proyek "Impulse" — yang dibiayai oleh Kementerian Ekonomi dan Energi Jerman (BMWi) — dan sub-proyek "Tempo" ("Teknologi untuk pengiriman dan produksi yang efisien komponen fuselage CFRP").
End effector ini mengotomatisasi pre-assembly elemen pengakuat (cleats) pada rangka integral CFRP untuk pembuatan fuselage pesawat. Produksi manual sebelumnya juga memerlukan lebih banyak langkah proses. Sebagai alternatif, end effector kompakt ini juga dapat diangkat oleh robot industri standar. Ini memungkinkan peningkatan tingkat produksi, baik dengan kualitas konstan maupun dengan biaya yang lebih rendah.
Dikembangkan oleh mitra Airbus Hamburg (Jerman) dan Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials (IFAM, Stade), solusi otomatisasi ini telah divalidasi dalam lingkungan produksi hampir serial pada prototipe skala penuh. Proyek selesai dengan sukses pada tahun 2020.
Pre-assembly rangka CFRP
Rangka adalah elemen pengakuat melintang dalam fuselage pesawat. Penggunaan CFRP dan konstruksi integral inovatif fuselage di Airbus A350 menghemat berat dan langkah produksi. Elemen pengakuat tambahan (cleats) diperlukan untuk mencegah rangka membengkok ke sisi. Tulang rusuk — yang dapat panjang hingga 6 meter — semua berbeda satu sama lain secara geometris, sehingga template cetakan khusus diperlukan untuk setiap tulang rusuk untuk secara manual memasang komponen dengan cleats dengan toleransi hingga 0,2 milimeter. Template ini mahal dan kompleks untuk digunakan. Selain itu, pemberian cleats manual dan pre-assembly memerlukan variansi yang besar. Langkah pengukuran ekstensif pada bagian yang digabungkan untuk perataan posisi yang tepat juga akan sangat penting.
"Proyek 'Tempo' memberikan tantangan kepada kami untuk mengotomatisasi langkah proses sehingga baik durasi maupun kompleksitas proses dapat dikurangi," menjelaskan Leander Brieskorn, manajer proyek dari Fraunhofer IFAM. "Cleats harus diangkat secara otomatis dan diumpankan ke rangka. Untuk melekat rangka dan cleat bersama-sama, kemudian diperlukan untuk membor melalui kedua komponen. Kami mencapai ini dengan melengkapi rangka dengan cleats menggunakan end effector presisi tinggi yang baru dikembangkan. Selain itu, rangka dipasang ke cangkang fuselage tanpa celah di pabrik assembly fuselage hampir serial kami di Stade."
End effector penempatan dan bor untuk pre-assembly otomatis, presisi tinggi dan dijamin kualitas rangka integral CFRP
End effector penempatan dan bor yang dikembangkan memenuhi tugas untuk menerima berbagai cleats, memosisikannya pada berbagai rangka integral dan secara bersamaan membor ganda kedua komponen. End effector yang dibangun secara kompakt dapat diangkat oleh sistem portal yang digunakan serta oleh robot industri standar. Sistem portal dipilih untuk presisi yang lebih besar dalam penempatan. Rangka integral ditanggang di bawah portal dan dapat diorientasi dalam ruang menggunakan beberapa opsi penyesuaian mekanis. End effector memiliki penahan simetris dengan yang dapat mengambil cleats dengan orientasi berbeda dan mencoretnya ke penahan. Dengan berhenti mekanis damped spring, mendekati posisi gabungan masing-masing dengan presisi lokal. Sementara elemen pengakuat cleat ditempatkan di atas permukaan rangka integral dan kedua komponen dicoret dengan mekanisme bawaan, proses bor dilakukan dari bagian belakang rangka untuk mencegah CFRP dari menggundul. Sistem ekstraksi mengambil debu bor yang dihasilkan. Setelah komponen telah dibor, posisi cleats pada rangka ditentukan. Cleats kemudian dapat dilekatkan pada rangka.
End effector dapat dikontrol melalui sistem PLC dan menerima data posisi global dari data CAD impor dari komponen. Situasi assembly baru disesuaikan melalui pengukuran cepat upstream menggunakan pelacak laser. Teknologi inovatif memungkinkan proses yang andal dan akurasi penempatan yang tinggi. Kecuali menekan tombol start pada panel kontrol, semuanya berjalan otomatis. Antarmuka operator yang ramah pengguna yang dikembangkan khususnya, dengan gambar yang menjelaskan diri untuk memudahkan input, memungkinkan karyawan yang tidak berpengalaman untuk segera terbiasa dengan kontrol sistem.
Dengan melakukan modifikasi yang sesuai pada penjemputan cleat, end effector juga dapat memasang jenis cleat yang sedikit berbeda secara geometris dan memosisikannya secara presisi pada berbagai jenis rangka integral. Akurasi filing otomatis adalah ± 0,1 milimeter dan sehingga melebihi persyaratan akurasi sebesar 200%.
Teknologi pengukuran yang terintegrasi dalam end effector penempatan dan bor mendokumentasikan tekanan kontak yang diperlukan tepat 200 newton serta banyak parameter lain untuk memantau kondisi optimal untuk pre-assembly cleats pada rangka integral. Ini menjamin jaminan kualitas online.
Kerja R&D lebih lanjut dalam sub-proyek "Tempo"
Rangka integral yang dilengkapi dengan cleats dipasang di cangkang fuselage dalam sistem assembly fuselage hampir serial di sub-proyek "Tempo" di pusat teknis Fraunhofer IFAM di Stade. Pengukuran celah gabungan antara rangka integral dan kulit fuselage menunjukkan bahwa semuanya lebih kecil dari 0,3 milimeter, membuat pengisian celah tambahan tidak diperlukan.
End effector yang dikembangkan untuk pre-assembly, penempatan dan bor rangka juga dapat digunakan untuk assembly komponen di industri lain, seperti turbin angin, kereta kendaraan, kendaraan komersial, otomotif atau pembuatan kapal, dengan menyesuaikan sistem pemasangan.
Setelah periode tiga setengah tahun, proyek penelitian "Impuls" ("Solusi inovatif, dapat diterapkan jangka menengah dan hemat biaya untuk komponen fuselage CFRP") yang dibiayai oleh BMWi Kementerian Ekonomi dan Energi Jerman berakhir pada tahun 2020, termasuk sub-proyek "Tempo"; nomor pendanaan BMWi: 20W1526F. Fraunhofer IFAM ingin mengucapkan terima kasih kepada BMWi atas pendanaan yang diberikan.
