Fraunhofer IFAM은 CFRP 동체 프레임의 사전 조립을 자동화합니다

자동화는 생산 효율성을 높이는 가장 중요한 전략 중 하나입니다. 독일 연방 경제 에너지부(BMWi)가 자금을 지원하는 "Impulse" 프로젝트와 "Tempo"("CFRP 동체 부품의 효율적인 조립 및 생산을 위한 기술") 프로젝트 내에서 새로운 위치 지정 및 드릴링 엔드 이펙터가 개발되었습니다. ”) 하위 프로젝트.

이 엔드 이펙터는 항공기 동체 제조를 위한 CFRP 일체형 프레임의 보강 요소(클리트) 사전 조립을 자동화합니다. 이전의 수동 생산도 더 많은 공정 단계가 필요했습니다. 또는 표준 산업용 로봇으로 소형 엔드 이펙터를 픽업할 수도 있습니다. 이를 통해 일정한 품질과 낮은 비용으로 생산 속도를 높일 수 있습니다.

파트너인 Airbus Hamburg(독일)와 Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials(IFAM, Stade)에서 개발한 이러한 자동화 솔루션은 이미 본격적인 프로토타입의 니어 시리즈 생산 환경에서 검증되었습니다. 프로젝트는 2020년에 성공적으로 완료되었습니다.

CFRP 프레임 사전 조립

프레임은 항공기 동체의 횡방향 보강 요소입니다. Airbus A350의 CFRP와 혁신적이고 통합된 동체 구조의 사용은 무게와 생산 단계를 줄여줍니다. 프레임이 옆으로 구부러지는 것을 방지하기 위해 추가 보강 요소(클리트)가 필요합니다. 최대 6미터 길이의 리브는 모두 기하학적으로 서로 다르기 때문에 최대 0.2밀리미터의 허용 오차를 가진 클리트가 있는 구성 요소를 수동으로 장착하려면 각 리브에 대해 특수 금형 템플릿이 필요합니다. 이러한 템플릿은 비용이 많이 들고 사용이 복잡합니다. 또한 수동 클리트 공급 및 사전 조립에는 큰 편차가 필요합니다. 정확한 위치 정렬을 위해 결합된 부품에 대한 광범위한 측정 단계도 필수적입니다.

Fraunhofer IFAM의 프로젝트 관리자인 Leander Brieskorn은 "'Tempo' 프로젝트는 프로세스의 기간과 복잡성을 모두 줄이는 방식으로 프로세스 단계를 자동화해야 하는 과제를 제시했습니다."라고 설명합니다. “클리트가 자동으로 선택되어 프레임에 공급되어야 합니다. 프레임과 클리트를 함께 리벳으로 고정하려면 두 부품을 모두 뚫어야 했습니다. 우리는 새로 개발된 고정밀 엔드 이펙터를 사용하여 프레임에 클리트를 장착하여 이를 달성했습니다. 또한 프레임은 Stade에 있는 시리즈에 가까운 동체 조립 공장에서 틈 없이 동체 쉘에 장착되었습니다."

CFRP 일체형 프레임의 자동화, 고정밀 및 품질 보증 사전 조립을 위한 위치 지정 및 드릴링 엔드 이펙터

개발된 포지셔닝 및 드릴링 엔드 이펙터는 서로 다른 클리트를 받아 서로 다른 일체형 프레임에 배치하고 두 구성 요소를 동시에 이중 드릴링하는 작업을 수행합니다. 컴팩트하게 제작된 엔드 이펙터는 표준 산업용 로봇뿐만 아니라 사용되는 포털 시스템에서도 픽업할 수 있습니다. 포털 시스템은 위치 지정의 정확성을 높이기 위해 선택되었습니다. 통합 프레임은 포털 아래 기둥에 뻗어 있으며 여러 기계적 조정 옵션을 사용하여 공간 방향을 지정할 수 있습니다. 엔드 이펙터에는 다른 방향의 클리트를 집어 들고 홀더에 클램핑할 수 있는 대칭형 홀더가 있습니다. 스프링 감쇠 기계식 스톱을 사용하여 국부적으로 정밀하게 각 결합 위치에 접근합니다. 클리트 보강 요소가 위에서부터 일체형 프레임 표면에 배치되고 두 구성 요소가 내장된 메커니즘을 사용하여 클램핑되는 동안 드릴링 프로세스는 CFRP가 닳는 것을 방지하기 위해 프레임 후면에서 수행됩니다. 추출 시스템은 생성된 드릴링 먼지를 픽업합니다. 구성 요소를 뚫고 나면 프레임의 클리트 위치가 정의됩니다. 그런 다음 클리트를 프레임에 고정할 수 있습니다.

엔드 이펙터는 시스템 PLC를 통해 제어할 수 있으며 구성 요소의 가져온 CAD 데이터에서 전역 위치 데이터를 수신합니다. 새로운 조립 상황은 레이저 트래커를 사용한 빠른 업스트림 측정을 통해 조정됩니다. 혁신적인 기술은 신뢰할 수 있는 프로세스와 높은 위치 정확도를 가능하게 합니다. 제어판에서 시작 버튼을 누르는 것 외에는 모든 것이 자동으로 실행됩니다. 입력을 용이하게 하는 자체 설명 이미지와 함께 특별히 개발된 사용자 친화적인 운영자 인터페이스를 통해 경험이 없는 직원도 시스템 제어에 빠르게 익숙해질 수 있습니다.

클리트 픽업을 적절하게 수정함으로써 엔드 이펙터는 기하학적으로 약간 다른 클리트 유형을 장착하고 다른 유형의 일체형 프레임에 정확하게 배치할 수도 있습니다. 자동 파일링의 정확도는 ± 0.1mm이므로 정확도 요구 사항을 200% 초과합니다.

포지셔닝 및 드릴링 엔드 이펙터에 통합된 측정 기술은 200뉴턴의 필요한 접촉 압력과 일체형 프레임에 클리트를 사전 조립하기 위한 최적의 조건을 모니터링하기 위한 기타 여러 매개변수를 정확하게 문서화합니다. 이것은 온라인 품질 보증을 보장합니다.

"Tempo" 하위 프로젝트에서 추가 R&D 작업

클리트가 장착된 일체형 프레임은 Stade에 있는 Fraunhofer IFAM의 기술 센터에 있는 "Tempo" 하위 프로젝트의 니어 시리즈 동체 조립 시스템에서 동체 쉘에 설치되었습니다. 일체형 프레임과 동체 스킨 사이의 조인트 간격을 측정한 결과 모두 0.3mm보다 작아서 추가로 간격을 메울 필요가 없었습니다.

프레임의 사전 조립, 위치 지정 및 드릴링을 위해 개발된 엔드 이펙터는 장착 시스템을 적용하여 풍력 터빈, 철도 차량, 상업용 차량, 자동차 또는 조선과 같은 다른 산업의 구성 요소 조립에도 사용할 수 있습니다.

BMWi 독일 연방 경제 에너지부가 자금을 지원하는 연구 프로젝트 "Impuls"("CFRP 동체 구성 요소를 위한 혁신적이고 중기적으로 구현 가능하며 비용을 절감할 수 있는 솔루션")가 3년 반 동안의 기간을 거쳐 2020년에 종료되었습니다. , 하위 프로젝트 "Tempo"를 포함합니다. BMWi 펀딩 번호:20W1526F. Fraunhofer IFAM은 제공된 자금에 대해 BMWi에 감사드립니다.