Anwenderberichte

Cirrus Aircraft nutzt FARO Laser Tracker zur Roboterkalibrierung

Cirrus Aircraft nutzt FARO Laser Tracker zur Roboterkalibrierung

Cirrus Aircraft nutzt FARO Laser Tracker zur Roboterkalibrierung

LUFT- UND RAUMFAHRT/WERKZEUGMASCHINEN & ROBOTERKALIBRIERUNG 
Cirrus Aircraft setzt die Lasertracker-Technologie von FARO zur Validierung der Roboter-Parametrisierung ein. Auf diese Weise ist nicht nur eine hohe Positionsgenauigkeit gewährleistet, es konnte auch die Anzahl und Komplexität der erforderlichen Spannvorrichtungen verringert und die Werkzeugkosten um 60 Prozent gesenkt werden.

Cirrus stellt die beiden weltweit meistverkauften Verkehrsflugzeuge mit Kolbenmotorantrieb her: Die Cirrus SR22 und SR22T bieten ein unerreichtes Maß an Designintegrität, Qualität und Ingenieursleistung. Im Rahmen eines analytischen Ansatzes nutzt Cirrus für seine Analyse- und Modelliertätigkeiten branchenbewährte Best Practices. Diese Vorgehensweise ermöglicht es dem Unternehmen, die strukturellen Eigenschaften von Materialien und Bauteilen zu erfassen und auf dieser Grundlage ein Computermodell zu erstellen. Der Prozess beginnt mit der Analyse und Prognostizierung der Eigenschaften von Verbundkonstruktionen. Im Anschluss werden die erhobenen Daten anhand des zuvor erstellten Computermodells validiert. Dieser Vorgang ist sehr kostenintensiv und zeigt, welchen Stellenwert Qualität und Sicherheit bei Cirrus haben. Dieser analytische Ansatz erstreckt sich auch auf die Entwicklung der Cirrus Vision SF50, eines einmotorigenTiefdeckers, der als Personal Jet konzipiert ist. Mit der Vision SF50 soll eine wichtige Nische zwischen Kolbenmotorflugzeugen und leichten Business-Jets erschlossen werden. Wie alle anderen Flugzeuge aus dem Hause Cirrus ist auch die Vision mit dem Cirrus Airframe Parachute System (CAPS) ausgestattet, mit dem das gesamte Flugzeug im Notfall sicher per Fallschirm zu Boden gebracht werden kann.

Inspektion von Flugzeugbaugruppen

HERAUSFORDERUNG

Um den Hard-Tooling-Bedarf für das neue Vision-SF50-Jet-Projekt möglichst in Grenzen zu halten, investierte Cirrus in großem Maßstab in den Umbau eines sechsachsigen Fertigungsroboters in eine CNC-Fräsmaschine. Mithilfe einer Kamera ortet der Roboter, ein KUKA KR-100 HA L80 (High Accuracy), das betreffende Werkstück und richtet sich entsprechend aus, um alle erforderlichen Löcher zu bohren oder etwaige unerwünschte Grate zu entfernen und dem Werkstück seine endgültige Form zu verleihen. Der KUKA hat einen Arbeitsradius von 2,7 Meter und ist auf einer 12,2 Meter langen Linearführung montiert, die für die 11,6-Meter-Tragfläche der Vision SF50 gerade ausreicht. Das Rumpf/Kabinen-Element ist 1,54 Meter breit, 1,14 Meter hoch und 9,4 Meter lang. Der Roboter kann auch kleinere Teile bis zu einem Maßstab von 15 x 10 x 5 cm bearbeiten, die auf einem Vakuumtisch fixiert sind. Bei größeren Teilen kommen jedoch spezielle Spannsysteme zum Einsatz. Cirrus benötigte eine Lösung, mit der die Parametrisierung des Roboters validiert und dessen hundertprozentige Positionsgenauigkeit gewährleistet werden konnte. Das Unternehmen war auf der Suche nach einer Technologie, die die Echtzeitvalidierung von Schneidwegen und Bohrgenauigkeiten ermöglichte, ohne dass dabei durch mehrfaches Ausprobieren potenziell Beschädigungen am Bauteil entstehen konnten. Präzision war von übergeordneter Bedeutung.

DIE LÖSUNG

Bei vielen Projekten nutzt Cirrus einen Faro Arm mit einer Laser Line Probe und einem Arbeitsvolumen von 3,7 Meter in Kombination mit einem an einer Brücke befestigten stationären Koordinatenmessgerät (KMG). Doch aufgrund des Maßstabs und der Präzisionsansprüche des aktuellen Projekts waren diese Hilfsmittel nicht die ideale Lösung zur Vermessung des KUKA-Roboters. Um den Roboter im Hinblick auf die zu erledigenden Schneid- und Bohraufgaben umfassend vermessen zu können, integrierte Cirrus einen FARO Laser Tracker in seine Arbeitsprozesse. Mit seinem großen Arbeitsvolumen (70 Meter im Durchmesser) und der automatischen Nachverfolgung sphärisch montierter Reflexionsspiegel (SMR) erwies sich der Laser Tracker als ideales Werkzeug zur Vermessung des Roboters. Dank des großen Arbeitsvolumens verringerte sich außerdem die Notwendigkeit eines häufigen Umsetzens (Leapfrogging), wie dies bei Messarmen mit kleineren Arbeitsvolumina der Fall ist. Je häufiger ein Gerät bewegt werden muss, desto größer ist die Gefahr, dass die Gesamtgenauigkeit nach mehreren Durchläufen nicht mehr innerhalb der zulässigen Grenzen liegt. Die Möglichkeit, jeden beliebigen Punkt innerhalb der Roboterzelle mit dem Tracker vermessen zu können, stellte sich als entscheidendes Prozessmerkmal heraus.
Während der Einrichtung und Vermessung der Roboterzelle war der Tracker acht Wochen lang Vollzeit im Einsatz. Mithilfe des Software Developer Kit (SDK) von Faro konnte Cirrus das Roboterprogramm so konfigurieren, dass es dem Tracker meldet, wenn die korrekte Position erreicht ist, und ihm dann den Befehl erteilt, eine Messung vorzunehmen. Die tatsächliche Position wird anschließend mit dem entsprechenden Sollwert verglichen und eine Korrekturwerttabelle wird erstellt. Auf Grundlage dieser Korrekturwerttabelle werden die Positionsdaten angepasst und der Roboter wird in die richtige Position gefahren. Daher sind nach einer erfolgreichen Parametrisierung und Vermessung bereits vor der Bearbeitung des ersten Werkstücks präzise Bohrpositionen und Schneidwege verfügbar. 
Derzeit wird der FARO Laser Tracker mehrmals pro Woche zur Inspektion von Flugzeugbaugruppen und Hard-Tooling-Werkzeugen eingesetzt. Für viele der großen Teile, die Cirrus herstellt, ist der Laser Tracker aufgrund seines beeindruckenden Arbeitsvolumens, seiner überlegenen Genauigkeit und Vielseitigkeit das einzig wirklich geeignete Werkzeug. Der FARO Laser Tracker ermöglichte es Cirrus, während der Bedienung des Roboters Echtzeitmessungen vorzunehmen, statt zunächst das Werkstück zuzuschneiden oder ein Loch zu bohren, es dann zu vermessen und schließlich anhand dieser Daten Anpassungen vorzunehmen. Dank des Trackers konnte Cirrus darüber hinaus seine herkömmlichen KMG weiterhin in der laufenden Produktion einsetzen.

Echtzeitmessung während Bedienung

DAS ERGEBNIS

Mithilfe des FARO Laser Trackers gelang es Cirrus, die Menge und Komplexität der erforderlichen Schneid- und Bohrvorrichtungen zu minimieren und seine Werkzeugkosten in der Folge um 60 Prozent zu senken. Diese Tatsache führte zusammen mit der Fähigkeit des Robotersystems, Konstruktionsänderungen schnell und agil umzusetzen, zu einer Reduzierung von Gesamtzeit und -kosten des Vision-SF50-Programms im Hinblick auf seine bevorstehende FAA-Zulassung. Für Cirrus war der FARO Laser Tracker Vantage genau die umfassende Lösung, die sich das Unternehmen gewünscht hatte – das ideale Werkzeug zur Kalibrierung des Robotersystems, für die Werkzeugkonstruktion, die Fertigung sowie für Validierungs- und Anpassungszwecke.

ÜBER CIRRUS AIRCRAFT
Seit mehr als 25 Jahren ist der Name Cirrus in der Luftfahrtbranche eng mit den Begriffen Leistung, Sicherheit, Komfort und Innovation verbunden. Das 1984 gegründete Unternehmen konzentriert sich voll und ganz auf die Aspekte Sicherheit und Innovation sowie die Optimierung des Flugerlebnisses insgesamt und trägt so dazu bei, die Zukunft der Luftfahrt aktiv mitzugestalten.
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