Selbstoptimierende Montage-Systeme

 
Vision



Selbstoptimierende, soziotechnische Montagesysteme innerhalb eines Produktionsnetzwerkes, die autonom optimale Betriebspunkte auf Basis kybernetischer Modelle definieren, erzielen und aufrechterhalten

Ziele Phase 2

(1) Designmethodik für selbstoptimierende Montagesysteme in einem Produktionsnetzwerk
(2) Entwicklung und Bewertung von Strategien, Modellen und Methoden zur Selbstoptimierung
in Roboter-Montagesystemen
(3) Validierung der Selbstoptimierung in soziotechnischen Montagesystemen

 
 

Im Teilprojekt „Cognition-enhanced, Self-optimising Assembly Systems“ werden selbstoptimierende Montagesysteme entwickelt, um eine höhere Flexibilität in modernen automatisierten Montageprozessen zu realisieren. Dadurch soll eine automatisierte Montage auch im Bereich von kundenspezifischen individuellen Produkten oder im Bereich von komplexen Produkten mit kleiner Stückzahl wirtschaftlich eingesetzt werden können. An zwei Anwendungsbeispielen in den Bereichen der Optikmontage und der Flugzeugmontage werden im Teilprojekt allgemeingültige Methoden und Steuerungskonzept aufgestellt, die als Grundlage zur Gestaltung selbstoptimierender Montagesysteme eingesetzt werden können.

 
  Laser Urheberrecht: Fraunhofer ILT

In der Vergangenheit lag ein Fokus im Bereich der Optikmontage auf der Integration des Messsystems sowie der Aufbereitung der Messdaten für die Rückkopplung zum optischen Modell in der Ray-Tracing-Software Zemax©. Für den selbstoptimierenden Prozess ist hierbei entscheidend, die erfassten Messdaten im Modell DIN-Norm konform abzubilden und die Zielvorgaben kontinuierlich anzupassen. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt war die Simulation von Bauteil- und Montagetoleranzen. Bei der sukzessiven Montage eines optischen Systems stellt sich die Frage nach der Montagereihenfolge der optischen Bauteile. Hierfür wurde eine Simulationsmethodik entwickelt, welche eine für den selbstoptimierenden Montageprozess vorteilhafte Montagereihenfolge berechnet.
Ein weiterer Schwerpunkt bildet die Entwicklung (teil-)autonomer Erweiterungsmodule für den zu montierenden Laser, welche zu einer effizienteren Justage der Komponenten und gleichzeitig zu einer erhöhten Funktionalität des gefertigten Lasers führen. Hierbei wurde an einem Modul zur automatisierten Justage des Auskoppelspiegels eines Festkörperlasers geforscht. Dieses Modul ermöglicht zum einen die funktionsorientierte Justage und zum anderen die Kompensation von Alterungs- und Verschleißeffekten über den vollständigen Life-Cycle.

  Montage Urheberrecht: Martin Riedel

Hauptfokus im Bereich der Flugzeugmontage lag in der Modellierung des strukturmechanischen Bauteilverhaltens. Das Modell dient in der Prozesssteuerung zur Berechnung der notwendigen Verformungskräfte und -bewegungen, um Formabweichungen in den Flugzeugstrukturelementen ausgleichen zu können. Als Modellierungsverfahren wurde die Matrix Strukturanalyse (MSA) ausgewählt, die komplexe mechanische Strukturen anhand einfacher Balkenkonstruktionen abbilden kann. Um das strukturmechanische Verhalten einer Flugzeugschale mittels MSA abzubilden, wurde ein Parameteridentifikationsprozess entwickelt, der die Modellparameter (mechanische Parameter der Balkenelemente) anhand experimentell erhobener Verformungsdaten auf das reale mechanische Verhalten der Flugzeugschale anpasst.

Zusätzlich zur Modellierung und Abbildung des Bauteilverhaltens wurde der Demonstrator zur selbstoptimierenden Flugzeugschalenmontage erweitert, um den gesamten Montagebereich eines Spanten (Versteifungselement) gleichzeitig stabilisieren und einformen zu können. Dafür wurden drei Industrieroboter übereinander auf einer Linearachse angeordnet, die über ein gemeinsames Steuerungskonzept gezielt einen von der Prozesssteuerung berechneten Kraftzustand zur Verformungskompensation herstellen können.

 
 
 
 

Im Bereich der Erweiterungsmodule ist geplant, den zurzeit verwendeten Algorithmus zur Justage des Auskoppelspiegels hinsichtlich Selbstoptimierung zu erweitern. Im Bereich der funktionsorientierten Montage sollen die einzeln entwickelten Prozessschritte zum kompletten Montageprozess zusammengeführt werden. Im Bereich der Flugzeugmontage wurde mittlerweile der durch den Brand im Februar 2016 am WZL zerstörte Prüftand wieder aufgebaut und die Prozesssteuerung basierend auf dem MSA-Bauteil-Strukturmodel implementiert.

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