18 m lange CFK-Stringer müssen mit einer Genauigkeit von +/- 1 mm positioniert werden Airbus-Montage: Laser-Tracker korrigiert exakte Roboter-Position

18 m lange CFK-Stringer müssen mit einer Genauigkeit von +/- 1 mm positioniert werden

Airbus-Montage: Laser-Tracker korrigiert exakte Roboter-Position

Bis zu 18 m lang sind die CFK-Stringer beim A350 XWB. Sie müssen in Längsrichtung mit einer Genauigkeit von +/- 1 mm positioniert werden. Ein Leica Absolute Tracker überwacht den Roboter während seiner Fahrt und korrigiert Abweichungen zum 3D-Modell sofort
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In der Flugzeugmontage bei Premium Aerotec sollen Roboter das Einlegen von Stringern auf den CFK-Rumpfteilen des A350 übernehmen. Für die exakte Positionierung der Fanuc-Roboter sorgt ein mobiles Laser-Tracker-System von Hexagon Metrology.

Zur Versteifung wird jeder Flugzeugrumpf mit Profilen (Stringern) versehen. Diese bestehen bislang aus Aluminium und werden meist manuell über Bohrungen positioniert, die eine Fräsmaschine zuvor eingebracht hat. Beim A350, der zum großen Teil aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) besteht, funktioniert dies nicht mehr.

„Die Stringer, ebenfalls aus CFK, müssen auf die Außenhaut geklebt werden“, erklärt Tim Lewerenz, der Projektverantwortliche beim Flugzeugbauer Premium Aerotec in Nordenham. „Dabei gilt es, die Stringer ganz exakt aufzusetzen. Ein manuelles Positionieren ist unwirtschaftlich, schließlich sollen in Zukunft bis zu 13 Flugzeuge dieses Typs pro Monat gebaut werden. Ziel ist es, die Montage im Flugzeugbau mit Robotern zu automatisieren. Voraussetzung aber ist, dass der Roboter so exakt arbeitet wie eine Fräsmaschine.“
Um nachfolgende Fertigungs- und Montage-Prozesse nicht zu gefährden, müssen die bis zu 18 m langen Stringer für den A350 XWB mit einer Toleranz von +/- 0,3 mm in Umfangsrichtung und +/- 1 mm in Längsrichtung gesetzt werden. Nach den ersten Versuchsaufbauten machte sich in Nordenham jedoch Ernüchterung breit: Der erste Roboter sollte sich eigentlich 3000 mm bewegen, blieb aber immer nach 2997 mm stehen. Der zweite fuhr stets 1,5 mm zu weit. „Eine Differenz von 0,1 Prozent erscheint zunächst marginal. Doch bei einer Stringerlänge von 18 m summiert sich das. Dies war für uns nicht tragbar“, so Lewerenz.
Roboterhersteller Fanuc traf keine Schuld: Die Werte lagen innerhalb der Spezifikation. Roboter arbeiten eben ungenauer als Fräsmaschinen. Also machte sich der Zulieferer für die Flugzeugindustrie auf die Suche nach einer Korrekturmaßnahme, die sich auf den Roboterkopf aufsetzen lässt. Zwei verschiedene Systeme standen dabei zur Auswahl: Zum einen ein Indoor-GPS-System, zum anderen ein Laser Tracker. Mit beiden hatte Premium Aerotec bereits Erfahrungen gesammelt.
In einer ersten Produktionszelle wurden beide Systeme an einem Bauteil, das mit 7 m Länge etwa halb so groß ist wie das Original, miteinander verglichen. Das Ergebnis: Mit beiden Systemen ließ sich die geforderte Toleranz herstellen, mit dem Leica Absolute Tracker von Hexagon Metrology allerdings schneller und genauer.
Weiterer Vorteil: Mit dem Laser Tracker und einer Kamera (Leica T-Cam) sowie einem Steuerungssensor (Leica T-Mac) lässt sich nicht nur die Position des Roboterkopfs, sondern auch seine Orientierung erfassen.
Sobald der Roboter den Stringer an einem Punkt positioniert hat, schaltet sich das Messsystem automatisch ein und veranlasst den Roboter auf Basis der Positionsdaten zur Korrektur. Dies dauert im Versuchsaufbau rund 20 s, wird sich aber durch die Optimierung der Regelkreise auf sehr wenige Sekunden reduzieren lassen. Danach wird die Verbindung gekappt. Der Stringer wird festgeklebt – und der Tracker kann parallel den nächsten Roboterkopf korrigieren.
Künftig sollen sechs bis acht Roboter je nach Flugzeuggröße zum Einsatz kommen, der Stringer wird dabei von zwei Seiten von jeweils drei bis vier Robotern gehalten. Zwei Roboterreihen und zwei Tracker sollen unabhängig voneinander arbeiten.
Lewerenz setzt große Hoffnungen auf das Konzept: „Es hat für uns den Charme, dass wir damit auf einen teuren Sondermaschinenbau verzichten können – und zwar über die Positionierung der Stringer hinaus.“ Denn bei Premium Aerotec geht es immer mehr darum, die Taktzeiten in der Montage zu reduzieren. Heute herrschen hier noch manuelle Arbeiten und feste Vorrichtungen wie Portale vor. Letztere erschweren jedoch die flexible Montage. „Ganz selten sind zwei Flugzeuge genau gleich – und sei es nur, dass die Toilette an einer anderen Stelle positioniert ist und die Struktur angepasst werden muss. Deshalb sieht im Prinzip auch jede Schale anders aus“, erklärt Lewerenz. Für ihn gehört daher Robotern und mobilen Messsystemen die Zukunft. Deshalb hofft er, dass die Projektpartner – darunter der Systemanbieter FFT-Edag – aus der Roboterzelle eine Turnkey-Lösung entwickeln, die er als fertiges Produkt kaufen kann.
Sabine Koll, Quality Engineering
Hexagon Metrology www.hexagonmetrology.com
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