Dokumentation mit KI in der Flugzeugproduktion

Algorithmen können bei der Qualitätssicherung den Menschen unterstützen, indem Sensordaten zur Bewertung der Qualität verwendet werden. Die anschließende Dokumentation kann mit Hilfe von Blockchain-basierten Technologien durchgeführt werden und so einen Mehrwert schaffen.

Die Flugzeugproduktion ist bekannt für die hohen Sicherheitsstandards und aufwendigen Prüfungen. Ein Großteil dieser Prüfungen wird immer noch manuell durchgeführt. Das ZeMA ist der Ansicht, dass ein teilautomatisierter Ansatz für die Optimierung am effektivsten ist. In der Flugzeugproduktion kann durch einen teilautomatisierten Nietprozess in der Flugzeugsektionsmontage eine Verbesserung mittels einer Mensch-Roboter-Kollaboration mit anschließender KI-basierter Inspektion erreicht werden. Dabei wird das Robotersystem innerhalb der Flugzeugsektion platziert. Der Arbeitsbereich des Roboters wird durch den Einsatz einer Hubeinheit erweitert, damit dieser das relativ einfache Prozesswerkzeug, den Amboss, positionieren kann. Die komplexeren Aufgaben, wie das Einsetzen der Niete und das Betätigen des Niethammers übernimmt der Mensch.

Durch die Aufrüstung des Roboterwerkzeugs …

Anfertigung eines Kabelroboters (UL)

Ziel:
Der kollaborative Kabelroboter eignet sich gut, um bei wiederkehrenden Teilehandhabungen in einer Werkstatt das TMS anzusteuern, ohne für seine Implementierung Platz zu beanspruchen.
Prozess:
Die Konstruktion und Fertigung des 4-Kabel-Parallelroboters wurde durchgeführt. Es ermöglicht dem Bediener das agile Handling von Teilen bis zu 10 kg über eine haptische Schnittstelle. Sie besteht aus einer 500x500x125 mm großen Plattform, in die die 4 motorisierten Winden integriert sind. Die 4 Winden sind drehmomentgesteuert und mit einem Tracing-System ausgestattet, um ein optimales Verhältnis zwischen der Drehzahl der Kabeltrommel und der Länge des abgewickelten Kabels zu gewährleisten, wodurch die Position des Roboters wiederhergestellt werden kann. Die Kabel sind an fixen Punkten befestigt in den 4 oberen Ecken des mit Kraftsensoren ausgestatteten Raumes. Das Gewicht des kompletten Roboters ohne Kabel und Stecker beträgt ca. 21 kg.
Eine haptische Oberfläche wird in den kommenden Monaten von einem Masterstudenten entworfen.

Demonstrator zur Steuerung von flexiblen Roboterapplikationen

Der Sawyer-Roboter wird für einen Demonstrator an flexiblen Robotern eingesetzt. Dieser Roboter hat originale Gelenke inklusive Federn. Der Roboter zeigt dann eine gewisse Flexibilität trotz starr betrachteter Segmente. Dieser Sawyer-Roboter, der mittels Kraft gesteuert werden kann, ermöglichte es, die von Arthur Lismonde, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Lüttich, entwickelten Steuergesetze zu testen. Die Ergebnisse werden auf dem YouTube-Kanal des Interreg-Projekts Robotix-Academy in Videoform präsentiert. (https://www.youtube.com/watch?v=vo_lOfGFPEg).

Demonstrator zur Mensch-Roboter-Interaktion

Die Universität Lüttich entwickelt derzeit einen Demonstrator für die kollaborative Roboterprogrammierung durch menschliche Bewegung. Ziel ist es, ein System zur Messung der Bewegungsbahn der Hand im Raum zu schaffen, um einen Roboter zu steuern. Die Methode zur Messung der menschlichen Bewegung ergibt sich aus dem Zusammenspiel von Trägheitszentrale und Sicht. Die hier verwendete Bildverarbeitungsmethode basiert auf der Erkennung von ARU-Code, der auf den Flächen einer Matrize haftet. Die Bildverarbeitung ermöglicht es, Informationen über die Position und Ausrichtung in absoluter Form zu erhalten, ohne sehr fehleranfällig zu sein, während die Trägheitskomponenten weniger präzise sind und mit der Zeit driften. Andererseits ist die Bildverarbeitung sehr aufwändig und kann leicht durch Beleuchtung oder andere Hindernisse im Sichtbereich der Kamera gestört werden. Umgekehrt sind die Anlagen robuster gegenüber äußeren Einflüssen und die Bahnberechnung erfolgt nahezu verzögerungsfrei. Eine Anwendung mit dieser Technologie ist noch in der Diskussion.

Kollaborativer Roboter YUMI

Neue Ausrüstung:
Der Roboter ABB IRB14000 YUMI, der im Rahmen einer Ausschreibung Ende 2017 bestellt wurde, wurde am 22. Februar 2018 an LCFC ausgeliefert. Er wurde mit elektrischen und pneumatischen Greifern bestellt. Einer davon ist mit einer Kamera für die Objekterkennung ausgestattet.
Installation, Handhabung und Schulung am neuen Cobot sind im Gange. Dieser Roboter wird ver-wendet, um mit dem Bediener zusammen Aufgaben auszuführen, wobei mehrere Teile durch Steuerung der Kräfte und/oder der Position gehandhabt werden.
Diese Aufgaben müssen die Verformbarkeit der Teile berücksichtigen, ebenfalls muss die Steuerung des Roboters die Sicherheit des Bedieners integrieren, der im Aktionsbereich des Roboters arbeitet.
Am 5. Juni 2018 fand im Labor eine interne Schulung zum Auftrag von ABB statt.
Die Kalibrierung und die erste Übernahme von YUMI wurde am 12. Juni durchgeführt.

Werkzeuge für Greifer:
Das Design spezifischer Greifschnittstellen für Elektronikaufgaben wurde realisiert. Die Tests an den Prototypteilen haben gezeigt, wie wichtig die Auswahl von Materialien für die Greiffinger ist, um der Temperaturerhöhung der Klemme standzuhalten, insbesondere im Falle der Wartung des Objekts in der Dauer.

Ziele:
Die ersten Ziele dieser Arbeit bestehen darin, diesen kollaborativen Roboter zum Abisolieren von elektrischen Leitungen zu verwenden.

 

Schwingungsdämpfung für den Schleifprozess (UL)

Ziel:
Ziel dieses Projektes ist es, Schleifarbeiten nach CAD-Teilevorgaben durchzuführen. Das Gerät ist speziell für die Bearbeitung von schweren Teilen aus widerstandsfähigem Stahl konzipiert, deren Oberflächenqualität sehr gut sein muss. Diese Teile sind vorgesehen für Pumpengehäuse, Führungssysteme von Baumaschinen, Ölanlagen usw.
Vorgehen:
In der zweiten Jahreshälfte 2018 wurde der Demonstrator aufgebaut und erste Funktionstests durchgeführt (siehe Foto). Die Studie zu den einzelnen Schleifarbeiten ist nun abgeschlossen.
Die in der Abbildung gezeigte Vorrichtung besteht aus einem Winkelschleifer, einem Dämpferzylinder, Kraft- und Positionssensoren. Die Energie ist pneumatisch, so dass flexible Reaktionszeiten bis zu einem gewissen Grad garantiert sind.

Microsoft HoloLens

Microsoft HoloLens ist eine Augmented-Reality-Brille, die Hologramme simuliert, die in das Sichtfeld des Benutzers passen. Dieses Gerät wird im Rahmen des Projekts “Mensch-Roboter-Interaktion mit Augmented Reality” eingesetzt, wo ein Bediener mit diesem Gerät einen Roboter für Handhabungsaufgaben steuert. Der Bediener kann reale Objekte mit der HoloLens auswählen. Ist ein virtueller Roboter auf der Bühne platziert, führt er die Aufgaben des “Pick and Place” auf der Grundlage der von den HoloLens bereitgestellten Informationen bezüglich der Positionen von Objekten und gewünschten Positionen aus. Dann können der Roboter-Steueralgorithmus und die Bahnplanung zu einem realen Roboter exportiert werden, um die resultierenden Bewegungen auszuführen.

Universal Robot 5

Ein neuer Roboter wird zur Ausrüstung des Robotiklabors der Universität Lüttich hinzugefügt. Das Institut Montéfiore, Fakultät für Elektrizität, Elektronik und Informatik der Universität Lüttich hat einen Roboter des Typs Universal Robot 5 mit einem 3-Finger-Greifer der Marke Robotiq ausgeliehen, an dem Drucksensoren angebracht sind. Dieses Gerät wird die Forschungsarbeiten von Mauricio Garcia Hernandez zum Greifen von flexiblen Objekten fortsetzen.

4by3 – TRSE Teilautomatisierter Roboterschweißplatz für die Einzelteilfertigung

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Der Sondermaschinenbau unterliegt technischen und wirtschaftlichen Risiken. Viele Varianten und geringe Losgrößen sind eine Herausforderung, besonders in der Fügetechnik. Als Resultat daraus werden gerade in kleineren Betrieben viele Produktionsprozesse manuell ausgeführt, da ein höherer Automatisierungsgrad häufig nicht wirtschaftlich ist. Durch immer größeren Preisdruck lassen sich die manuellen Prozesse an Hochlohnstandorten nicht mehr wirtschaftlich und konkurrenzfähig realisieren.

Großes Potenzial zur Effizienzsteigerung und Erhöhung der Prozessfähigkeit sowie Senkung der Produktionskosten bietet die Teilautomatisierung von Schweißarbeits­plätzen. Die Mensch-Roboter Kooperation (MRK) ist ein Ansatz zur bedarfsgerechten, angepassten und gegebenenfalls temporären Automatisierung. Zentrales Element eines teilautomatisierten Roboterschweißplatzes ist die Entwicklung einer neuen Bedien­oberfläche, die die intuitive Anpassung eines Robotersystems im gesamtheitlichen Produktionsprozess ermöglicht.

Das am ZeMA entwickelte Produktionssystem ermöglicht ein schnelles und einfaches Einrichten der Roboterzelle, um den Herausforderungen der Montage von kundenspezifischen Produktlösungen gerecht zu werden. Durch das neuentwickelte Messkonzept kann das Robotersystem nach einem Umbau schnell wieder in Betrieb genommen werden, was die Stillstandzeiten der Montagezelle reduziert und die Produktivität der Anlage steigert. Kombiniert mit einem intuitiven Bedienkonzept, das eine einfache Bedienung des Roboters ohne oder mit nur geringen Roboterkenntnissen ermöglicht. Mit der TRSE Oberfläche zur intuitiven Bedienung des Robotersystems ergeben sich einfache und innovative Möglichkeiten in der Automatisierung. Damit können Prozesse flexibel und wirtschaftlich gestaltet werden, um auch zukünftig die Konkurrenzfähigkeit von Hochlohnländern sicherzustellen. Das Sicherheitskonzept bietet während der Inbetriebnahme und dem Einrichten der Montagezelle neue Ansätze der Arbeitsplatzgestaltung. Dies ermöglicht eine fähigkeitsbasierte Arbeitsteilung, was im Projekt zu einer Effizienzsteigerung und Erhöhung der Prozessfähigkeit sowie zur Senkung der Produktionskosten führt.

4by3 PAG Nietprozess

Montageprozesse in der Flugzeugproduktion sind aufgrund technischer Risiken nur schwer zu automatisieren. Beispiele für solche technischen Herausforderungen sind kleine Losgrößen und große Produktdimensionen sowie begrenzte Arbeitsräume für komplexe Fügeprozesse und die Organisation der Montageaufgaben.

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ZeMAs beispielhafter Nietprozess mittels Mensch-Roboter-Kollaboration im Demonstrator an der Druckkalotte und der Sektionstonne 19

Ein vollautomatisches System kann teuer sein und erfordert ein hohes Maß an Programmierkenntnissen. Aus diesen Gründen hält das ZeMA einen teilautomatisierten Ansatz für das effektivste Mittel zur Optimierung der Flugzeugproduktion.

Viele Methoden können als Teilautomatisierung betrachtet werden, eine davon ist die Mensch-Roboter-Kollaboration. Das ZeMA wird am Beispiel eines Nietverfahrens die Vorteile der Mensch-Roboter-Kollaboration-Systeme in der Flugzeugstrukturmontage messen.

Bei der Montage des Flugzeughecks wird die Druckkalotte zur Sektionstonne mit hunderten von Nieten montiert. Dieser Montageprozess ist eine nicht-ergonomische und belastende Aufgabe, bei der zwei Menschen zusammenarbeiten müssen. Die Erleichterung dieser Arbeit kann durch eine Zusammenarbeit zwischen Werker und Robotersystem erreicht werden. Dieser Ansatz nutzt die dynamische Aufgabenteilung zwischen Werker und Roboter auf der Grundlage ihrer Fähigkeiten und der Prozessanforderungen. Dies wird demonstriert, indem ein Roboter im Inneren des Abschnitts 19 auf einer Hubeinheit platziert wird, um den Gegenhalter zu positionieren, während der Mensch die komplexere Aufgabe des Einfädelns des Niets und der Bedienung des Niethammers übernimmt.

Mit dynamischer Aufgabenteilung und einer intuitiven Steuerung unterstützt das ZeMA den Werker mit einem kollaborativen Roboter- und Assistenzsystem, um die Fertigungsqualität sowie die Ergonomie für den Menschen während des Überkopf-Nietprozesses zu verbessern. Die Interaktion zwischen Mensch und Maschine wird durch Smart Devices wie einer Smart Watch zur Steuerung der gesamten Station oder einer Mixed Reality Brille zur Visualisierung ermöglicht.

Die Ergebnisse sind Teil des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 der Europäischen Union.