作為全球飛機客艙門和貨艙門制造領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，歐直公司一直在尋找優(yōu)化其生產(chǎn)過程的柔性解決方案。他們得到的建議是不僅要為新的飛機項目，而且還要為以前繼承下來的項目找到新的具有成本效益的自動化解決方案。在保證經(jīng)濟性和高品質(zhì)的指導(dǎo)方針下，德國寶捷（Broetje-Automation GmbH）推薦了一種最先進的鉆鉚設(shè)備集成方案�；�于精益原則，

　　寶捷公司研發(fā)了一種新型生產(chǎn)單元，它使用的關(guān)節(jié)臂機器人配有新型末端執(zhí)行器，用于在單通道飛機貨艙門內(nèi)部結(jié)構(gòu)中進行實心鉚釘?shù)陌惭b。寶捷的工程師與客戶一起組成的一個工作小組，就機器人單元的要求與設(shè)計布局共同進行了討論，以求將新型的自動鉆鉚系統(tǒng)最優(yōu)化地集成到現(xiàn)有的貨艙門生產(chǎn)線之中。該分析研究結(jié)果產(chǎn)生了這種配有多功能末端執(zhí)行器且具有高定位精度的機器人，它可以用于制孔和安裝實心鉚釘，如圖1 所示。
　　　　　　　　　　　　

客戶要求和目標(biāo)
　　貨艙門內(nèi)部結(jié)構(gòu)的裝配原來都是采用手工工藝（如圖2 所示），用臨時緊固件在蒙皮內(nèi)部預(yù)定位之后，手工制做所有的孔，部分孔進行锪窩�？孜挥稍诿善�內(nèi)部預(yù)制的孔來確定，之后手工插入實心鉚釘并壓鉚。
　　　　　　　　　　　　　　　　
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　　歐直公司要求采用柔性的自動化解決方案，包括制孔和緊固能力，并可與產(chǎn)品運輸裝置結(jié)合起來。該解決方案應(yīng)能在貨艙門內(nèi)部結(jié)構(gòu)上安裝1200 個實心鉚釘。這個自動化解決方案的主要焦點集中在采用輕型自動化方式的方向上，以及用最小的占地面積將其集成到現(xiàn)有生產(chǎn)線之中。

項目要求如下：
　�。�1） 采用標(biāo)準(zhǔn)關(guān)節(jié)手臂機器人系統(tǒng)，三維定位精度±0.3mm ；重復(fù)精度±0.15mm。
　　（2）多任務(wù)末端執(zhí)行器采用自動制孔和鉚接循環(huán)；涂密封膠；鐓緊力最大為3t。
　�。�3）循環(huán)時間（定位、制孔、鉚接）為10.25s。
　�。�4）產(chǎn)品定位能力可確保結(jié)構(gòu)的邊距得到保證。
　　（5）有緊固件自動輸送系統(tǒng)。
　�。�6）產(chǎn)品運輸裝置考慮到符合人體工學(xué)的裝卸流程。
　�。�7）所需最大占地面積： 5m×6m。

輕型自動化概念
　　在上述要求下所得到的緊固系統(tǒng)就是輕型自動化解決方案。寶捷自動化公司采取的途徑是，將手工工藝的優(yōu)點與那些在知名的重型緊固自動化系統(tǒng)中已實現(xiàn)了的典型優(yōu)點相結(jié)合。手工操作的特點是高柔性和低投入，但其表現(xiàn)和質(zhì)量水平依賴于工人自身；重型緊固自動化系統(tǒng)則有高性能并能持續(xù)保持高品質(zhì)，但同時它也要求有更高的投入而其柔性居中。

　　把關(guān)鍵的柔性性能與自動壓鉚工藝相結(jié)合的成果就是寶捷公司的RACe 系統(tǒng)——即機器人裝配單元（Robot Assembly Cell）。

　　寶捷在這里面臨著一個重大的風(fēng)險，即是否可以將標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)節(jié)手臂機器人系統(tǒng)用于航空工業(yè)生產(chǎn)中進行制孔和緊固。標(biāo)準(zhǔn)機器人的絕對定位精度只有大約±2.5mm，但有著良好的重復(fù)定位精度±0.05mm。典型的航空工業(yè)生產(chǎn)的要求是絕對定位精度要達到±0.3mm，重復(fù)精度達到±0.05mm，并在直角坐標(biāo)系中進行離線編程。

1 單元控制CELL-CONTROL
　　為了滿足這些要求，寶捷自動化公司研發(fā)了一種包含校準(zhǔn)和補償方法的組合包，從而讓一臺標(biāo)準(zhǔn)機器人達到足夠的精度。在生產(chǎn)中不使用任何其他外部測量儀器（比如激光跟蹤儀）的前提下，這套組合包可確保絕對定位精度達到±0.3mm。該組合包的主要組成部分包括一套機器人校準(zhǔn)工藝和3 種補償方法，如圖3所示。他們已經(jīng)集成到由寶捷公司研發(fā)的RACe 控制系統(tǒng)（即單元控制Cell-Control®）里了。
　　　　　　　 

　　在機器人單元進行調(diào)試時，精度組合包將一次性完成設(shè)置，這樣生產(chǎn)就不會受到外部測量裝置的干擾。

2 校準(zhǔn)和補償方法的說明
　�。�1）校準(zhǔn)：確認(rèn)機器人的實際幾何形狀，增加基準(zhǔn)精度。
　�。�2）壓力補償：源于機器人液壓-氣動平衡系統(tǒng)的動態(tài)干擾補償。
　�。�3）網(wǎng)格補償：補償網(wǎng)格覆蓋了已確定的機器人工作包線，以獲得最大的定位精度。
　�。�4）溫度補償：這個方法考慮了溫度對長期穩(wěn)定性的影響。

　　通過采用作為單元控制Cell-Control® 一部分的精度組合包，標(biāo)準(zhǔn)機器人就可以滿足航空工業(yè)生產(chǎn)的要求了。因此，本機器人在輕型自動化解決方案中是一個具有成本效益的定位系統(tǒng)。

　　圖4展示的是采用KUKAKR360 機器人及其在激活和非激活校準(zhǔn)和補償方法后對定位精度的評估。激光跟蹤儀的測量結(jié)果表明定位精度的誤差在±0.3mm范圍以內(nèi)。
　　　　　　　　　　　　
　　為歐洲直升機公司制定的自動化解決方案

該自動化解決方案如圖5所示，主要部件是：
　　·KUKA KR360 機器人系統(tǒng)；
　　·精度組合包；
　　·制孔和實心鉚釘安裝的多任務(wù)末端執(zhí)行器；
　　·用于2 個不同貨艙門的產(chǎn)品運輸車；
　　·緊固件自動輸送系統(tǒng)；
　　·除屑除塵裝置；
　　·安全設(shè)備；
　　·帶有單元控制Cell-Control軟件的控制系統(tǒng)。
　　　　　　　　　　　　　　
1 機器人
　　多任務(wù)末端執(zhí)行器的可達性分析和重量估算要求為該應(yīng)用項目選用KUKA KR360-L240 型機器人。其他關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)包括足夠的有效載荷和機器人機體的剛度，以避免在定位精度方面的負(fù)面影響。

　　該機器人由KRC2 控制系統(tǒng)控制，并包括一個PROFIBUS 總線和以太網(wǎng)接口，用于與整個機器人單元的主控制系統(tǒng)進行通訊。

　　機器人單元的占地空間要求最小化，這就必須采取附加措施來滿足終端用戶的安全規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。因此這臺機器人裝備了KUKA 的“安全機器人”選項。這項功能允許縮小安全區(qū)域。

2 末端執(zhí)行器
　　末端執(zhí)行器設(shè)計成通過安裝平頭和埋頭受剪鉚釘將內(nèi)蒙皮與貨艙門內(nèi)部結(jié)構(gòu)相連接。這種應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)在于夾具和鐓緊單元的設(shè)計要保證在內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜干涉外形中實現(xiàn)可達性。末端執(zhí)行器如圖6 所示。
　　　　　　　　　　　　　　
　　此外，貨艙門有一個封閉的由內(nèi)蒙皮構(gòu)成的區(qū)域，產(chǎn)品的這一部分按照“僅鉆孔”模式（包括锪窩）加工。

　　因此，壓鉚的整個夾緊和鐓緊單元是可拆卸的。

多任務(wù)末端執(zhí)行器有4 個功能：
　　·制孔；
　　·涂密封膠；
　　·實心鉚接（插入和壓鉚）；