ROBOTICS KONGRESS 2013 Roboterbasierte Fertigung von CFK-Flugzeugstrukturen in einem globalen Referenzsystem

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1 ROBOTICS KONGRESS 2013 Roboterbasierte Fertigung von CFK-Flugzeugstrukturen in einem globalen Referenzsystem Dipl.-Ing. Alexander Schönberg Kundenteam Bildverarbeitung

2 Robotics Kongress: Roboterbasierte Fertigung von CFK- Flugzeugstrukturen in einem globalen Referenzsystem FFT EDAG Produktionssysteme GmbH & Co. KG Kennzahlen und Konzernstruktur Entwicklung des Integrationskonzepts Demonstrationszelle und Serienanlage Implementierung der Stringerintegration Übertragung der Vorversuchserkenntnisse auf die Serienanlage Ausblick Lessons-learned und zukünftige Arbeiten Folie 3 von #

3 FFT EDAG Produktionssysteme GmbH Company Structure Folie 4 von #

4 FFT EDAG Struktur Manfred Hahl (CEO) + Peter Walper (CFO) Jörg Ohlsen (CEO) + Rainer Bauer (CFO) FFT EDAG GmbH & Co. KG Production Systems Manfred Hahl Av iation Werner Lotz + Martin Neuland EDAG GmbH & Co. KGaA Product Dev elopment + Tools and Body Systems Jörg Ohlsen EDAG Production Solutions GmbH & Co.KG Rainer Wittich Schw erpunkte: Turn-Key-Anlagen Body in White System Technologien Automation Schwerpunkte : Automationssysteme Testsysteme Ausrüstungsmontage Compositebauteilmontage Schwerpunkte : Product Developement Design Konzepte, Body Engineering Funktionsentwicklung Schwerpunkte : Production Solutions Fabrikplanung Automationstechnologie Produktionsprozesse Qualifikation: Projektmanagment Prozessplanung Engineering Catia V5 Elektrik/Elektronik Robotik Inbetriebnahme Messtechnik Kapazität: 155 Mitarbeiter 55 Mitarbeiter 325 Mitarbeiter 235 Mitarbeiter 115 Mitarbeiter 225 Mitarbeiter 30 Mitarbeiter Qualifikation Kapazität : PM 290 MA Designkonzepte 130 MA Body Engineering 550 MA Funktionsentwicklung 495 MA Vehicle Validation 390 MA Elektrik/Elektronik 361 MA Qualifikation Kapazität : PM 60 MA Planung 165 MA Engineering Catia 305 MA Robotik 85 MA Folie 5 von #

5 FFT EDAG Allgemeine Informationen Puebla Pue. Detroit Europe (33) New Delhi Beijing Seoul Shanghai Yokohama Pune Kuala Lumpur Walvis Bay São Paulo EDAG Product Development FFT EDAG Production Systems and Aviation EDAG Production Folie 6 von #

6 FFT EDAG Organisation Manufacturing Equipment Aviation Body in White System Technologies Automation Equipping Test Systems Composites Automation Folie 7 von #

7 Robotics Kongress: Roboterbasierte Fertigung von CFK- Flugzeugstrukturen in einem globalen Referenzsystem FFT EDAG Produktionssysteme GmbH & Co. KG Kennzahlen und Konzernstruktur Entwicklung des Integrationskonzepts Demonstrationszelle und Serienanlage Implementierung der Stringerintegration Übertragung der Vorversuchserkenntnisse auf die Serienanlage Ausblick Lessons-learned und zukünftige Arbeiten Folie 8 von #

8 Roboterzelle zur Fertigung von CFK-Flugzeugstrukturen Stringerpositionierung und integration Stringervorbereitung Applikation von Füllmaterialien FFT Versuchszelle im TZN Komponenten- und Systementwicklung Folie 9 von #

9 Ausgangsituation Anforderungen Stringerintegration der Sektion 13 / 14 der A350-XWB Ca. 130 Stringer verschiedener Geometrien Hauptgruppen: T und Ω Stringer Längenunterschiede Abweichungen in der Längsrichtung Unterschiedliche Winkelmaße 4 Schalen 4 Konfigurationen Tür- und Frachttoröffnung Variationen im Querschnitt und der Länge Vorbereiten: Auftragen von FM 300 Integrieren: Nachbearbeiten: Fixierung im Hautfeld mittels Wärme und hohe Anforderungen an die Genauigkeit Integration von Trennfolie und Vakuumflies Folie 10 von #

10 Serienanlage zur Fertigung von CFK-Flugzeugstrukturen Folie 11 von #

11 Serienanlage Planung Vorbereiten Folie 12 von #

12 Serienanlage Planung Stringerintegration Ausrichtung des Stringers in Umfangs- und Längsrichtung Wiederholbar genaue Positionierung auch bei großen Bewegungen Durchgängige Qualitätsdokumentation Kein Nachteachen erlaubt! GRS -Regelung Folie 13 von #

13 Serienanlage Planung Nachbearbeitung Folie 14 von #

14 Robotics Kongress: Roboterbasierte Fertigung von CFK- Flugzeugstrukturen in einem globalen Referenzsystem FFT EDAG Produktionssysteme GmbH & Co. KG Kennzahlen und Konzernstruktur Entwicklung des Integrationskonzepts Demonstrationszelle und Serienanlage Implementierung der Stringerintegration Übertragung der Vorversuchserkenntnisse auf die Serienanlage Ausblick Lessons-learned und zukünftige Arbeiten Folie 15 von #

15 Serienanlage Planung Schritt 2 Stringerintegration Applikation der Füllmaterialien Integration der Stringer Laden der Schale Folie 16 von #

16 Stringerintegration in einem globalen Referenzsystem GRS am Beispiel Flugzeugmontage Leica T-Mac Anforderungen Messsysteme sind Teil der Infrastruktur nicht einzelnen Anlagen zugeordnet FFT-EDAG Kopf Kraftsensor Fanuc Roboter Gemeinsames Koordinatensystem in Simulation und Produktion Aufgabe Aufnahme geometrischer und zeitlicher Beziehungen Lokale Sensorik erfassen Bauteilabweichungen Absolute Positionierung von Stringern des A350-XWB mit kraftgeführter Zustellbewegung Quelle: Premium Aerotec / FFT-EDAG Folie 17 von #

17 Stringerintegration in einem globalen Referenzsystem GRS am Beispiel Flugzeugmontage Leica T-Mac Anforderungen Tracker, Messsysteme Roboter und sind Vorrichtung Teil der Infrastruktur werden im nicht Flugzeug- einzelnen Koordinatensystem Anlagen zugeordnet eingemessen FFT-EDAG Kopf Kraftsensor Fanuc Roboter Gemeinsames Programme beschreiben Koordinatensystem die in Stringerposition Simulation und Produktion im CAD Aufnahme Schnelle geometrischer Kommunikation und synchronisiert zeitlicher Beziehungen den Prozess Abweichung Lokale Sensorik der Anpresskraft erfassen wird mit 6D-Kraftsensor Bauteilabweichungen kompensiert Aufgabe Absolute Positionierung von Stringern des A350-XWB mit kraftgeführter Zustellbewegung Quelle: Premium Aerotec / FFT-EDAG Folie 18 von #

18 Stringerintegration in einem globalen Referenzsystem Quelle: Premium Aerotec / FFT-EDAG Folie 19 von #

19 Stringerintegration in einem globalen Referenzsystem Fanuc Roboter Leica T-Mac Leica AT901-LR Referenzpunkte GRS-Regelung FFT-EDAG Rollklebekopf Quelle: Premium Aerotec / FFT-EDAG Folie 20 von #

20 Stringerintegration in einem globalen Referenzsystem Fanuc Roboter Leica T-Mac Leica AT901-LR Referenzpunkte GRS-Regelung FFT-EDAG Rollklebekopf Quelle: Premium Aerotec / FFT-EDAG Folie 21 von #

21 CAD Anbindung mit optimierten Referenzpunkten Die Referenzpunkte definieren die Position der Stringer entlang der Prozesskette Quelle: Premium Aerotec / FFT-EDAG Folie 22 von #

22 Stringerintegration in einem globalen Referenzsystem Fanuc Roboter Leica T-Mac Leica AT901-LR Referenzpunkte GRS-Regelung FFT-EDAG Rollklebekopf Quelle: Premium Aerotec / FFT-EDAG Folie 23 von #

23 Absolutgenauigkeit mit GRS-Regelung Positionsabweichung (schwarz) [mm] Regelabweichung (rot) [mm] Regelzeit µ=15,6 ± 3,6 s (k=1) Eintritt in den Toleranzbereich X < 100 µm Unterschiedliche Regelungstypen vom Roboter anwählbar Quadertest zur Bestimmung der Absolutgenauigkeit des Roboters 45 Punkte: drei Quader-diagonale mit je fünf Punkten und drei Iterationen Rein geometrische Regelung mit Prozesseinstellungen Bei Stringerpositionierung erfolgt Zustellbewegung über Prozesskraft Regelwert RMS: 2667 µm Zeit [s] Positionsabweichung RMS: 46 µm Folie 24 von #

24 Stringerintegration mit GRS-Regelung Positionsabweichung (schwarz) [mm] Regelabweichung (rot) [mm] Regelzeit µ=20,5 ± 5,9 s (k=1) Eintritt in den Toleranzbereich X < 100 µm Zeit [s] Die Werte entsprechen ungefähr den Werten aus der rein geometrischen Regelung Die längere Regelzeit ergibt sich größtenteils aus der konservativen Annahme für die Steifigkeit bei der Zustellbewegung Größere Regelwerte werden durch systematische Abweichungen durch die fehlende TCP-Stringer- Fügepunkt-Kompensation verursacht Regelwert RMS: 2492 µm Positionsabweichung RMS: 35 µm Folie 25 von #

25 Stringerintegration mit GRS-Regelung - Ergebnisse Circumferential Höhenabweichung deviation [mm] [mm] Stringerposition Position on X stringer [m] [m] Punktname X Y Z dx dy dz P P P P P Radial deviation [mm] Seitliche Abweichung Y [mm] Stringerposition X [m] Position on stringer [m] P P P P P Folie 26 von #

26 Robotics Kongress: Roboterbasierte Fertigung von CFK- Flugzeugstrukturen in einem globalen Referenzsystem FFT EDAG Produktionssysteme GmbH & Co. KG Kennzahlen und Konzernstruktur Entwicklung des Integrationskonzepts Demonstrationszelle und Serienanlage Implementierung der Stringerintegration Übertragung der Vorversuchserkenntnisse auf die Serienanlage Ausblick Lessons-learned und zukünftige Arbeiten Folie 28 von #

27 Stringerpositionierung in einem globalen Referenzsystem im Technologiezentrum Nordenham (Premium Aerotec / FFT-EDAG) Fanuc Roboter Leica T-Mac Leica AT901-LR Die Lösung von EDAG, PAG und dem WZL verbindet günstige, standardisierte und flexible Robotertechnik von FANUC und hohe Genauigkeit von Leica Geosystems im großen Bauvolumen Mike Wehn Projektleiter FFT-EDAG Referenzpunkte GRS-Regelung FFT-EDAG Rollklebekopf Quelle: Premium Aerotec / FFT-EDAG Folie 29 von #

28 Ausblick AB.RO.POS Direkte Einspielung der Positionsdaten Kein Nachteachen, damit kurze Standzeiten Übernahme der Offlineprogramme ohne Realitätsabgleich Durchgängige Aufzeichnung der Werte Hohe Genauigkeiten: +/- 0,2mm bei 20m Bauteillänge Einbindung weiterer Sensorik für den jeweiligen Aufgabenbereich z.b. Kraftsensor für die Stringerintegration Nutzung von in der Industrie bewährten Systemen Folie 30 von #