DE69106927T2

DE69106927T2 - Prozess und Vorrichtung zur Realisierung einer ebenen Referenzoberfläche, definiert durch eine vorgegebene Gleichung, auf einem Tragwerk zum Zusammenbauen von Strukturen, von einer rauhen Oberfläche ausgehend.

Info

Publication number: DE69106927T2
Application number: DE69106927T
Authority: DE
Inventors: Georges Jean Rodriguez
Original assignee: Eurocopter France SA
Current assignee: Airbus Helicopters SAS
Priority date: 1990-05-04
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2011-04-20
Also published as: FR2661758B1; US5312211A; FR2661758A1; DE69106927D1; EP0455536B1; EP0455536A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, mit dem an einer Zusammenbauvorrichtung einer Konstruktion ausgehend von einer rohen Fläche eine durch eine bestimmte Gleichung definierte ebene Bezugsfläche verwirklicht werden kann, sowie auf ein System zur Anwendung dieses Verfahrens.
Ganz besonders, wenn auch nicht ausschließlich gilt diese Erfindung für das Gebiet des Flugzeugbaus und vor allem für den Bau von Hubschraubern.
Die Herstellung von Hubschraubern ist ein komplexer Vorgang, bei dem entwickelte Verfahren unter Einhaltung extrem strenger Fertigungsnormen angewendet werden. Diese Normen sind durch zwei Forderungen bedingt:
- Betriebssicherheit des Produkts,
- Gewährleistung der gleichen Herstellungsqualität für die gesamten Lebensdauer des Produkts, um:
. einerseits die nacharbeitungsfreie Montage der verschiedenen Bauteile des Produkts während der Herstellung,
. andererseits die Versorgung der Kunden mit Standardersatzteilen nach der Herstellung zu sichern.
So müssen bei der Montage der Bauteile der Konstruktion, beispielsweise eines Hubschraubers, Forderungen der Austauschbarkeit erfüllt werden. Zur Gewährleistung dieser Austauschbarkeit werden die Teile während der Montage an Bauvorrichtungen mit Hilfe von Beschlägen gehalten, die an Montageplatten, d.h. Stahlplatten in Form eines Parallelepipeds, die an der Bauvorrichtung angebracht sind, befestigt werden.
Im allgemeinen bestehen die Zusammenbauvorrichtungen aus Rohren von quadratischem Querschnitt, die verhältnismäßig leicht sind, jedoch eine hohe Trägheit aufweisen. Die Montage kann durch Elektroschweißen erfolgen, dem sich eine Entspannungsbehandlung anschließt. Es ergeben sich so Bauvorrichtungen mit hoher Biege- und Verdrillungssteifigkeit, die gleichzeitig leicht und billig herzustellen sind. Wenn die Bauvorrichtung fertig ist, wird sie an ihren Einsatzort gebracht und endgültig am Boden befestigt. Die Notwendigkeit der obigen Montageplatten ergibt sich aus dem Umstand, daß die rohen Schweißflächen der Bauvorrichtung nicht genau genug sind. um als Befestigungsunterlage der Beschläge dienen zu können. Die Montageplatten werden an den Trägern der Bauvorrichtung mit einem Harz oder ähnlichem verklebt, so daß Abweichungen zwischen den Montageplatten im Rahmen der für das Verkleben zulässigen Harzdicke ausgeglichen werden können. Bislang werden die Montageplatten durch Schablonen und Lehren an der Bauvorrichtung eingestellt. Dann werden diese befestigt, und es werden die zur Aufnahme der Bauteile dienenden Beschläge an den Montageplatten angebracht.
Diese Schablonen und Lehren sind sowohl bei der Herstellung neuer Bauvorrichtungen als auch bei der regelmäßigen Überprüfung der in Betrieb befindlichen Bauvorrichtungen erforderlich. Dadurch ist es erforderlich, zahlreiche umfangreiche Schablonen und Lehren herzustellen. Das macht bei der regelmäßigen Kontrolle der in Betrieb befindlichen Bauvorrichtungen schwere und kostenaufwendige Arbeiten erforderlich.
Es wäre also zu wünschen, daß auf derartige Schablonen und Lehren verzichtet werden könnte. Das bringt jedoch ein neues Problem mit sich, da die Montageplatten damit nicht mehr durch starre Schablonen gehalten würden und die bisher angewendete Methode, bei der die Montageplatten an die Träger der Bauvorrichtung angeklebt wurden, völlig unwirksam würde.
Diese Erfindung, deren Ziel es ist, diese Nachteile zu beseitigen, bezieht sich auf ein Verfahren zur Verwirklichung einer durch eine bestimmte Gleichung definierten ebenen Bezugsfläche an einer Zusammenbauvoinchtung einer Konstruktion ausgehend von einer rohen Fläche, wobei dieses Verfahren besonders auf die Bearbeitung einer Montageplatte, wie oben definiert, nach deren Verschweißung an einem Träger der Zusammenbauvorrichtung anwendbar ist. Durch diese Bearbeitung kann auf die bislang eingesetzten Schablonen und Lehren verzichtet und das Problem bei der üblichen Verklebung der Montageplatte vermieden werden, da diese einfach an den entsprechenden Träger der Bauvorrichtung angeschweißt wird.
Dazu ist das Verfahren zur Verwirklichung einer durch eine bestimmte Gleichung definierten ebenen Bezugsfläche an einer Zusammenbauvorrichtung einer Konstruktion ausgehend von einer rohen Fläche erfindungsgemäß dadurch bemerkenswert, daß:
- in Speichermittel die Daten der Gleichung der Bezugsfläche eingegeben werden;
- durch optische Visiermittel Daten bestimmt werden, mit denen die Gleichung der rohen Fläche berechnet werden kann;
- in einer Informationsverarbeitungseinheit einerseits die Daten für die Gleichung der Bezugsfläche und andererseits die Daten für die Gleichung der rohen Fläche verglichen werden;
- eine bewegliche Bearbeitungsvorrichtung in die Nähe der rohen Fläche gebracht wird und
- mit der Bearbeitungsvorrichtung, die durch Befehle der Informationsverarbeitungseinheit entsprechend dem Vergleich gesteuert wird, die rohe Fläche geschliffen wird, so daß deren Ebene mit der der Bezugsfläche übereinstimmt.
Vor allem unter Berücksichtigung der obigen Anwendung können mit den System der Erfindung so "in situ" die Montageplatten der Befestigungen der Konstruktionselemente geschliffen werden, die dann einfach an die Vorrichtung angeschweißt werden können, so daß der Einsatz der bisher verwendeten Schablonen und Lehren vermieden wird.
Anders als bei der herkömmlichen Bearbeitung, bei der die Bearbeitungsvorrichtung stationär ist, ist die Bearbeitungsvorrichtung in diesem Fall beweglich und wird bezogen auf das Werkstück, d.h. die Zusammenbauvorrichtung, positioniert.
Nach einem Initialisierungsprozeß, durch den die verschiedenen Achsen der Bearbeitungsvorrichtung in eine vorbestimmte Position gebracht werden können, wird die Arbeitsebene ihres Werkzeugs vorteilhafterweise parallel zur Ebene der Bezugsfläche ausgerichtet.
Es ist empfehlenswert, die von der Informationsverarbeitungseinheit abgegebenen Steuerbefehle der Bearbeitungsvorrichtung zu korrigieren, um die Verformung der Bauvorrichtung, die sich aus der Anbringung der Bearbeitungsvorrichtung an derselben ergibt, zu berücksichtigen.
Diese Erfindung bezieht sich auch auf ein System zur Verwirklichung einer durch eine bestimmte Gleichung definierten ebenen Bezugsfläche an einer Zusammenbauvorrichtung einer Konstruktion ausgehend von einer rohen Fläche zwecks Anwendung des obigen Verfahrens, das erfindungsgemäß dadurch bemerkenswert ist, daß es umfaßt:
- Mittel zum Speichern der Daten für die Gleichung der Bezugsfläche;
- optische Visiermittel, mit denen Daten zur Berechnung der Gleichung der rohen Fläche bestimmt werden können;
- eine bewegliche Bearbeitungsvorrichtung, die lösbar an einem Träger der Bauvorrichtung in der Nähe der rohen Fläche montiert werden kann, und
- eine Informationsverarbeitungseinheit, durch die einerseits die Daten für die Gleichung der Bezugsfläche und andererseits die Daten für die Gleichung der rohen Fläche verglichen werden und ausgehend von diesem Vergleich Befehle an die Bearbeitungsvorrichtung gegeben werden können, die damit so gesteuert wird, daß die Ebene der rohen Fläche mit der der Bezugsfläche übereinstimmt.
Vorteilhafterweise wird die Bearbeitungsvorrichtung an einem Träger der Bauvorrichtung mit Hilfe von zwei rechteckigen Rahmen mit einer Platte angebracht, die an der Unterseite des Trägers blockiert wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung hat die Bearbeitungsvorrichtung einen Tisch mit den Kreuzbewegungen X,Y. Der Tisch mit den Kreuzbewegungen X,Y kann mit einem ersten Teller verbunden sein, der sich um eine erste Y-Achse drehen kann, wobei die Einheit Tisch-erster Teller hrerseits auf einem zweiten Teller angebracht ist, der sich um eine zweite Achse X orthogonal zur ersten Achse und parallel zum Tisch drehen kann. Außerdem kann die Bearbeitungsvorrichtung Mittel zur Translationsbewegung nach einer dritten Z-Achse orthogonal zur Ebene des Tischs mit den Kreuzbewegungen X,Y haben.
Vorzugsweise hat die Bearbeitungsvorrichtung ein Werkzeug, das über ein Getriebe mit einem Kegelritzel, das in ein mit der Werkzeugwelle verbundenes Kegelrad eingreift, in Drehung versetzt wird.
Nach einem anderen weiteren Merkmal der Erfindung bestehen die optischen Visiermittel aus einer Fernmeß- und Informationsverarbeitungsvorrichtung mit elektronischen Theodoliten, die mit einem Rechner verbunden sind.
Vor allem können die optischen Visiermittel mit zusätzlichen Speichermitteln verbunden sein, in denen die Daten von Gleichungen einer Vielzahl von Bezugsflächen gespeichert werden.
Die Figuren der beigefügten Zeichnung erleichtern das Verständnis dafür, wie die Erfindung verwirklicht werden kann.
Figur 1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Systems zur Verwirklichung ebener, durch eine bestimmte Gleichung definierter Bezugsflächen ausgehend von rohen Flächen an einem Zusammenbaugestell einer Konstruktion.
Figur 2 ist eine perspektivische Vorderansicht mit aufgerissener Darstellung der im System der Erfindung eingesetzten Bearbeitungsvorrichtung.
Figur 3 ist eine perspektivische Rückansicht mit aufgerissener Darstellung der Bearbeitungsvorrichtung von Figur 2.
Figur 4 zeigt schematisch eine bei der Anwendung des Systems der Erfindung verwendete Mire.
Figur 5 zeigt eine zum Erhalt einer Bezugsfläche zu schleifende rohe Fläche.
Figur 6 zeigt charakteristische Punkte der Bearbeitungsvorrichtung, die bei der Anwendung des Systems der Erfindung genutzt werden.
In Figur 1 wurde schematisch ein erfindungsgemäßes System zur Bearbeitung der oben definierten Montageplatten einer Zusammenbauvorrichtung 1 einer Konstwktion, z.B. eines Hubschraubers, dargestellt, wobei die Bauvorrichtung wie bereits angegeben aus Trägern oder Rohren 2 von quadratischem Querschnitt besteht, an denen an bestimmten Stellen Montageplatten 3 angebracht werden, die an die entsprechenden Rohre angeschweißt werden. Wie bereits angegeben kann mit dem System der Erfindung an der Bauvorrichtung ausgehend von einer rohen Fläche eine ebene Bezugsfläche verwirklicht werden, die durch eine bestimmte Gleichung definiert wird.
Ganz allgemein umfaßt das System:
- Mittel 4, in denen die Daten für die Gleichung der Bezugsfläche jeder zu bearbeitenden Montageplatte 3 gespeichert sind;
- optische Visiermittel, mit denen die Daten zur Berechnung der Gleichung der rohen Fläche der Montageplatte bestimmt werden können, die aus elektronischen Theodoliten 5 bestehen, deren Anzahl sich im dargestellten Beispiel auf drei beläuft und die jeweils über eine Verbindung 6 mit einem Rechner 7 verbunden sind (derartige optische Visiermittel werden beispielsweise von der schweizerischen Firma KERN SA hergestellt und vertrieben);
- Speichermittel 4 und Rechner 7 sind über die Verbindungen 8 bzw. 9 mit einer Informationsverarbeitungseinheit 10 verbunden, durch die einerseits die Daten für die Gleichung der Bezugsfläche und andererseits für die Gleichung der rohen Fläche verglichen werden und ausgehend von diesem Vergleich Befehle abgegeben werden, die über Leitung 11 zur Steuerung einer Bearbeitungsvorrichtung 12 übertragen werden, so daß die Ebene der rohen Fläche mit der der Bezugsfläche in Übereinstimmung gebracht wird.
Nach Figur 2 und 3 wird die Bearbeitungsvorrichtung 12 abnehmbar an einem Rohr 2 der Bauvorrichtung im Bereich einer zu bearbeitenden Montageplatte 3 mit Hilfe von zwei rechteckigen Rahmen 13 montiert, die auf einer Grundfläche 14 angebracht sind und auf denen sich eine entsprechend dem Standort der zu bearbeitenden Montageplatte austauschbare Platte 15 befindet, wobei die Platte 15 an der Unterseite von Rohr 2 durch Hydraulikzylinder 16 blockiert wird, die mit der Grundfläche 14 verbunden sind, und die seitliche Blockierung der Rahmen 13 gegenüber Rohr 2 durch Schrauben 17 gewährleistet wird.
Die Bearbeitungsvorrichtung 12 hat ein Werkzeug 18, insbesondere, wie dargestellt, einen Fräser oder einen Bohrer, das durch einen Hydraulikmotor 19 über ein Getriebe mit einem Kegelritzel 20 angetrieben wird, das mit dem Motor 19 verbunden ist und mit einem Kegelrad 21 zusammenwirkt, das mit Welle 22 von Werkzeug 18 verbunden ist.
Die Hauptfunktion der Bearbeitungsvorrichtung 12 besteht darin, die Fertigungsabweichungen der rohen Bauvorrichtung nach dem Verschweißen zu korrigieren.
Zur Bearbeitung mit dem Werkzeug 18 sind drei geradlinige Bewegungen nach der X,Y,Z-Achse erforderlich, während zur einwandfreien räumlichen Ausrichtung von Werkzeug 18 zwei Bewegungen erforderlich sind, die Drehungen um die X- und Y-Achse gestatten.
Dazu werden ein Tisch mit X,Y-Kreuzbewegungen 23 (Werkzeug 18 ist dabei unter dem X,Y-Tisch 23 angebracht) und ein erster Schrittmotor 24 für die Bewegung nach der X-Achse (Figur 2) vorgesehen, während ein zweiter Schrittmotor 25 die Bewegung nach der Y-Achse (Figur 3) gewährleistet, und zwar über geeignete Verbindungsorgane in der Art eines Spindel-Muttersystems 26 bzw. 27. Die Führung wird außerdem wie bekannt durch nicht dargestellte Schienen und Gleitbahnen gewährleistet.
Um die genannte räumliche Ausrichtung des Werkzeugs 18 zu erreichen, ist der Tisch mit den X,Y- Kreuzbewegungen 23 außerdem mit einer ersten Platte 28 verbunden, die sich um die Y-Achse drehen kann, wobei diese Einheit ihrerseits auf einer zweiten Platte 29 angeordnet ist, die sich um die X-Achse drehen kann.
Die Drehung von Platte 28 um die Y-Achse wird durch einen Schrittmotor 30 gewährleistet, der über geeignete Verbindungsorgane 31 in der Art eines Spindel-Muttersystems mit einem Kugelgelenk 32 verbunden ist, das um eine Sitzfläche 33 schwenken kann, die mit der ersten Platte 28 verbunden ist. Ebenso wird die Drehung von Platte 29 um die X-Achse durch einen Schrittmotor 34 gewährleistet, der durch geeignete Verbindungsorgane 35 von der Art eines Spindel-Muttersystems mit einem Kugelgelenk 36 verbunden ist, das um eine mit der Konsole 38 verbundene Sitzfläche 37 schwenken kann.
Außerdem muß durch die Verschiebung nach der Z-Achse:
- beim Fräsen die Schnittiefe geregelt und
- beim Bohren das Werkzeug positioniert werden können.
Dazu wird einerseits ein Tisch 39 vorgesehen, der mit der Konsole 38 verbunden ist und senkrecht zu dieser parallel zur Z-Achse verläuft, auf dem ein Schrittmotor 40 angebracht ist und der in seiner Bewegung nach der Z-Achse an Säulen 41 geführt wird, die in entsprechenden Gleitbahnen 42 gleiten können, die an Halterungen 43 angebracht sind, die mit der Platte 15 verbunden ist, wobei der Motor 40 ein mit der Platte 15 verbundenes Spindel-Muttersystem 44 antreibt. Andererseits wird ein Hydraulikzylinder 45 an Säulen 46 geführt, die mit dem X,Y-Tisch 23 verbunden sind.
Das erfindungsgemäße System kann folgendermaßen eingesetzt werden.
Zunächst ist festzustellen, daß die Bewegungen der Bearbeitungsvorrichtung in einer mit dieser verbundenen Marke berechnet werden. Diese Bewegungen werden aus einer Marke erarbeitet, die mit dem Modell der zu realisierenden Bauvorrichtung 1 aus der Informationsverarbeitungseinheit 10 verbunden ist. Bevor die Montageplatten 3 einer Bauvorrichtung 1 bearbeitet werden, ist es also erforderlich, die Marke der Bearbeitungsvorrichtung und die Marke, mit der die Bauvorrichtung beschrieben wird, in Übereinstimmung zu bringen.
Außerdem sind die Informationen über die Gleichungen der Bezugsflächen der zu bearbeitenden Montageplatte in einer ersten Datei enthalten, während die Informationen über die Gleichungen der rohen Flächen der Montageplatten, nachdem alle zu bearbeitenden Montageplatten anvisiert wurden, in einer zweiten Datei gespeichert sind.
Zunächst wird die Bauvorrichtung nach einem gegebenen X,Y,Z-Bezugssystem ausgerichtet, bei dem die tatsächliche Lage der an der Bauvorrichtung befestigten Montageplatten unberücksichtigt bleibt. Nach den in der ersten und zweiten Datei enthaltenen Informationen kann die Abweichung zwischen den rohen Flächen und den Bezugsflächen minimiert werden, indem die Bauvorrichtung Ebene für Ebene neu ausgerichtet wird.
Da die Bauvorrichtung durch die Aufhängung der Bearbeitungsvorrichtung verformt werden kann, müssen dann für die Bezugsfläche korrigierte Koordinaten bestimmt werden, die zur Steuerung der Bearbeitungsvorrichtung verwendet werden.
Danach können durch einen Initialisierungsvorgang die verschiedenen Achsen der Bearbeitungsvorrichtung in eine vorbestimmte Lage gebracht werden, die Arbeitsebene des Werkzeugs (beispielsweise eines Fräsers) wird parallel zur Ebene der Bezugsfläche eingestellt, und anschließend kann die eigentliche Bearbeitung beginnen, wobei natürlich zu berücksichtigen ist, daß sich die Marke der Bauvorrichtung der Marke der Bearbeitungsvorrichtung angleicht.
Auf diese verschiedenen Etappen wird nachstehend im einzelnen eingegangen.
Die erste Datei liefert, wie bereits angegeben, die für die Bearbeitung jeder Montageplatte (Bezugsfläche) erforderlichen theoretischen Daten.
Die Beschreibung einer Montageplatte verteilt sich auf mehrere Datensätze, die jeweils aus sieben Feldern bestehen.
Das erste Feld enthält einen Code zur Kennzeichnung der Bedeutung des Datensatzes:
N: Normalenvektor zur Montageplatte ( ),
O: Lage des Mittelpunkts der Montageplatte (Ctp),
P: Koordinaten der herzustellenden Bohrung.
Das zweite Feld enthält die Nummer der Montageplatte, auf die sich die Information bezieht.
Das dritte Feld wird nur bei Datensätzen verwendet, die einen P-Code enthalten, und gibt die Reihenfolge an, in der die Bohrung erfolgt.
Die drei folgenden Felder enthalten:
- entweder die Werte des Normalenvektors zur Montageplatte, wenn der Datensatzcode N ist;
- oder die Koordinaten des Mittelpunkts der theoretischen Montageplatte, wenn der Datensatzcode O ist;
- oder aber die Koordinaten der herzustellenden Bohmng, wenn der Datensatzcode P ist.
Das letzte Feld enthält:
-die Breite L der Montageplatte, wenn der Code am Beginn des Datensatzes O ist,
-den Durchmesser φ der herzustellenden Bohrung, wenn der Datensatzcode P ist.
Die zweite Datei liefert aus den mit den Theodoliten 5 ausgeführten Messungen die Daten, mit denen die tatsächliche Bauvorrichtung und ihre Umgebung bestimmt werden können. Diese Daten sind die Koordinaten x,y,z der Zielpunkte.
Jeder Datensatz enthält sechs Felder.
Das erste Feld enthält einen Code zur Kennzeichnung der Bedeutung des Datensatzes:
M: Gesamtheit der zur Maschine gehörenden Punkte,
R: Gesamtheit der zur unten definierten Mire gehörenden Punkte,
O: Koordinaten einer der Ecken der tatsächlichen Montageplatte (rohe Fläche).
Das zweite Feld enthält den lndex des Zielpunktes.
Das dritte Feld enthält die Nummer der Montageplatte, auf die sich die Information bezieht.
Die drei folgenden Felder enthalten die Werte der Koordinaten der Punkte.
Wie in Figur 4 zu sehen ist, ist die Mire 100 die Konkretisierung von zwei zueinander orthogonalen Ebenen:
- einer aus den drei Auflagefüßen gebildeten ersten Ebene Q1,
- einer senkrecht zur ersten verlaufenden zweiten Ebene Q2 mit den Punkten P0, P1, P2, P3.
Die Geometrie der Mire ist durch folgende Daten bekannt:
- Abstand R von Punkt P1 zu Ebene Q1,
- Abstand P2 P3,
- die Punkte P0 P2 P3 sind gefluchtet,
- P0 befindet sich in gleichem Abstand zu P2 und P3,
- die Gerade P1 P0 verläuft senkrecht zur Ebene Q1.
Bei der Neuausrichtung des Koordinatensystems dient die Mire dazu, die Lage der tatsächlichen Montageplatte zu bestimmen, bei der Bearbeitung wird die Mire genutzt, um
- die Verschiebung der tatsächlichen Montageplatte durch die Aufhängung der Bearbeitungsvorrichtung sowie
- Ausrichtung und Lage der tatsächlichen Montageplatte im Raum zu bestimmen.
Aus diesen Daten können die Koordinaten von Punkt P0 ausgehend von den Koordinaten der Punkte P2 und P3 berechnet werden. Dabei liegt Punkt P0 in der Mitte der Strecke P2 P3. Außerdem können die Koordinaten von Punkt Prp, dem Schnittpunkt zwischen Ebene Q1 und der durch P0 P1 verlaufenden Geraden, berechnet werden.
Aus den Zielpunkten P0, P1, P2 und P3 an der Mire können folgende Informationen abgeleitet werden:
: Normalenvektor zur tatsächlichen Montageplatte mit der Richtungsgeraden P0 P1;
Prp: Schnittpunkt der Geraden P0 P1 und der Grundebene Q1.
Nach Figur 5 wird die tatsächliche Montageplatte, d.h. die nach Installierung der Bauvorrichtung erhaltene rohe Fläche, durch folgende Daten beschrieben:
- das aus den Vektoren , , bestehende Trieder,
- der oben genannte Punkt Prp gehört ebenfalls zu dieser Montageplatte,
- die Lage der vier Ecken Pp1, Pp2, Pp3, Pp4,
- die Lage des Mittelpunkts der tatsächlichen Montageplatte Crp.
Ebenso wird die von der Informationsverarbeitungseinheit ausgegebene theoretische Montageplatte (Bezugsfläche), die nach der Bearbeitung erreicht werden muß, beschrieben mit:
- : Normalenvektor zur theoretischen Montageplatte,
- Ctp: Lage des Mittelpunkts der theoretischen Montageplatte,
- L: Breite der Montageplatte.
Nach Figur 6 wird die Lage der Bearbeitungsvorrichtung außerdem durch Anvisieren der drei Punkte M0, M1, M2 bestimmt. Wenn ihre Geometrie bekannt ist, werden charakteristische Punkte definiert:
- M: Schnittpunkt der Ebene M0, M1, M2 mit der Drehachse des Werkzeugs,
- O: Nullpunkt der Bewegung der Bearbeitungsvorrichtung. Dieser Punkt liegt nach der lnitialisierungsphase der Maschinenachsen am Schnittpunkt der Drehachsen der Korrekturplatte,
- Pf: Koordinaten des Punktes am Werkzeugende.
Es erfolgt eine erste Ausrichtung des Bezugssystems unter Angabe der Richtung der Koordinatenachsen X,Y,Z und des Maßstabs dieser Achsen. Bei dieser Ausrichtung werden die Ist-Situation der Bauvorrichtung und die tatsächliche Lage der Montageplatte an dieser Bauvorrichtung nicht berücksichtigt.
Um diese zu berücksichtigen, werden vom Programm die am anfänglichen Bezugssystem vorzunehmenden Korrekturen vorgeschlagen. Die von diesem gewährleisteten Hauptfunktionen haben das Ziel, die Durchführbarkeit der Spanabhebung an allen Montageplatten bei gleichzeitiger größtmöglicher Verringerung der Abweichung zwischen den Montageplatten zu garantieren, so daß sich eine optimale Bearbeitung ergibt und die tatsächliche und theoretische Marke in Übereinstimmung gebracht werden.
Es geht also darum. einen "idealen Abgleich" der Bauvorrichtung zu erreichen.
Um während des Zusammenbaus innerhalb der Bauvorrichtung einen einwandfreien Zugang zu den Teilen zu ermöglichen, werden die Träger oder Rohre, die das Gerüst bilden, parallel zu den Bezugsachsen angeordnet. Die daran befestigten Montageplatten folgen damit dieser Geometrie.
Die an einer Bauvorrichtung angebrachten Montageplatten können in drei Klassen eingeteilt werden:
- Montageplatten mit einem theoretischen Normalenvektor kolinear zur X-Achse;
- Montageplatten mit einem theoretischen Normalenvektor kolinear zur Y-Achse und
- Montageplatten mit einem theoretischen Normalenvektor kolinear zur Z-Achse.
Jede dieser Montageplatten kann ihrerseits in zwei Kategorien unterteilt werden:
- Montageplatten mit einem in positiver Richtung der Achse ausgerichteten Normalenvektor;
- Montageplatten mit einem in negativer Richtung der Achse ausgerichteten Normalenvektor.
Das für diesen mathematischen Abgleich der Bauvorrichtung genutzte Verfahren ist die Methode der kleinsten Quadrate, durch die die Abweichung zwischen den tatsächlichen und den theoretischen Montageplatten (rohe Flächen und Bezugsflächen) minimiert werden kann.
Zur Anwendung dieser Methode ist eine Modellierung der Abweichungen durch lineare Beziehungen in Abhängigkeit von den zu optimierenden Parametern erforderlich. Dazu muß der Winkelfehler zwischen den beiden Marken klein sein. Diese Bedingung wird sehr gut erfüllt, da der Bestimmungsfehler der kumulierten Abweichungen zwischen der anfänglichen Ausrichtung des Visiersystems und der Form der Bauvorrichtung unter 1º bleibt.
Die Neuausrichtung der Bauvorrichtung erfolgt Ebene für Ebene:
- die erste Ebene ergibt zwei Drehbewegungen und eine Translationsbewegung,
- die zweite eine Drehbewegung und eine Translationsbewegung und
- die dritte die letzte Translationsbewegung.
Dieses Vorgehen Ebene für Ebene setzt voraus, daß bei allen für die Berechnung der Neuausrichtung ausgewählten Montageplatten eine Ebene senkrecht zu einer der Achsen der Bauvorrichtung abschließt. Das ist bei allen Montageplatte einer Bauvorrichtung der Fall.
Der Umstand, daß innerhalb einer Klasse Montageplatten vorhanden sein können, deren Normalenvektoren in entgegengesetzter Richtung verlaufen, bringt bei der Neuausrichtung dagegen ein Problem mit sich.
So sucht der Algorithmus zur Minimierung des Abstandes der tatsächlichen Montageplatten zu den theoretischen Ebenen nach der Lage der optimalen Ebene.
Von ieder Montageplattenkategorie wird eine unabhängige mittlere Ebene definiert. Für jede Bezugsebene der Bauvorrichtung gibt es also zwei unterschiedliche Montageplattenebenen. Da der Raum zwischen diesen beiden Ebenen groß ist, kann die Berechnung einer Zwischenebene nicht direkt nach der Methode der kleinsten Quadrate erfolgen, da bei dieser die Bearbeitungsrichtung nicht berücksichtigt wird. Bei einigen Montageplatten würde sich nach der Korrektur die Gefahr einer negativen Bearbeitungsrichtung ergeben (das würde darauf hinauslaufen, daß Material zugefügt werden müßte),
Es muß also eine Montageplattenkategorie gewählt werden, die für die Bezugsebene der Bauvorrichtung, zu der sie gehört, am repräsentativsten ist.
Die Wahl dieser Kategorie erfolgt auf der Grundlage der aus den äußersten Montageplatten jeder Kategorie berechneten Fläche. Die so unter Zugrundelegung der größten Fläche erhaltenen Korrekturen sind alle auf die andere Montageplattenkategorie anwendbar, wenn die Bauvorrichtung richtig konstruiert wurde.
Es erfolgt eine Messung der Lage der gesamten Montageplatten mit der oben beschriebenen Mire in dem anfangs durch das Visiersystem definierten Bezugssystem. Um die Anzahl der Visuren zu verringern und da eine sehr hohe Genauigkeit nicht erforderlich ist, werden für jede Montageplatte nur die Punkte P1 und P0 anvisiert, durch die der zur tatsächlichen Montageplatte gehörende Punkt Prp bestimmt wird.
Wenn eine Ebene ausgewählt ist, muß sie so ausgerichtet werden, daß sich der kleinste Fehler ergibt. Dabei ist diese Ebene eine zwischen zwei äußeren Ebenen liegende mittlere Ebene.
Durch eine erste Reihe von Korrekturen durch Drehung um die drei Achsen kann ein Bezugssystem erzielt werden, bei dem der Abstand der tatsächlichen Montageplatten der ausgewählten Kategorien zu deren entsprechenden theoretischen Ebenen optimal ist.
Es müssen dann die Translationsbewegungen berechnet werden, die zur Bearbeitung an allen Montageplatten der Bauvorrichtung erforderlich sind. Die Berechnung der Translationsbewegung nach einer Achse wird durch die Hälfte des Abstands zwischen den beiden Montageplatten bestimmt, die am dichtesten an ihren entsprechenden theoretischen Ebenen liegen und jeweils ihre Kategorie darstellen.
Wenn alle Montageplatten einer Ebene die gleiche Ausrichtung haben, wird eine Translationsbewegung berechnet, bei der die tatsächliche Montageplatte, die am dichtesten an ihrer theoretischen Ebene liegt, nach der Korrektur 10 mm von dieser Ebene entfernt ist, so daß sich eine pauschale Mindestbearbeitung der Montageplatte von 10 mm ergibt.
Bei der Aufhängung der Bearbeitungsvorrichtung an der Bauvorrichtung treten, da deren Gewicht nicht vernachlässigbar ist, Biegeverformungen der Träger der Bauvorrichtung auf, die entsprechend der Ausrichtung der Bearbeitungsvorrichtung auch Torsionskräften ausgesetzt sein können. Alle diese Verformungen sind elastischer Art, so daß die verformten Elemente nach der Bearbeitung ihre Lage wieder einnehmen. Diese Verformungen sind jedoch mit der gesuchten Genauigkeit unvereinbar und müssen kompensiert werden.
Zwei Arten von Korrekturen sind vorgesehen:
a) ein einfacher mechanischer Ausgleich, der darin besteht, daß das Transportsystem der Bearbeitungsvorrichtung während des Vorgangs an Ort und Stelle verbleibt. Dadurch muß der Auflageträger der Bauvorrichtung nur einen Teil des Gewichts der Bearbeitungsvorrichtung aufnehmen;
b) da Verformungen jedoch nach wie vor möglich sind, findet außerdem eine Ausgleichsberechnung statt, durch die korrigierte Koordinaten bestimmt werden, die dann zur Steuerung der Bearbeitungsvorrichtung eingesetzt werden.
So hat die bei der Ausrichtungsvisur verwendete Mire eine Magnetfläche, die kräftig an die Montageplatte angedrückt wird und beim Aufhängevorgang mit dieser fest verbunden ist
Durch Anzielen der drei Punkte P1,P2,P3 wird vor Aufhängung der Bearbeitungsvorrichtung ein Trieder der Mire bestimmt. Da sich die Mire gegenüber der Montageplatte während dieses Vorgangs nicht verschiebt, entspricht ihre Bewegung der Bewegung der tatsächlichen Montageplatte und auch der der theoretischen Montageplatte, da die Abweichung zwischen denselben bezogen auf die Abmessungen der Bauvorrichtung gering ist.
Der Verarbeitungsvorgang, der zur Korrektur der durch die Aufhängung der Bearbeitungsvorrichtung an der Bauvorrichtung erzeugten Bewegungen erforderlich ist, besteht darin zu berücksichtigen, daß sich die räumliche Marke von Punkt Ctp verschoben und so ausgerichtet hat, daß die Zielpunkte der Mire vor der Aufhängung und nach der Aufhängung der Bearbeitungsvorrichtung an der Bauvorrichtung übereinstimmen. Durch diese Verarbeitung können die Bewegungen der tatsächlichen Montageplatte ermittelt werden. Sie muß auf alle Elemente (Punkte und Vektor) der theoretischen Montageplatte angewandt werden.
Nachdem die Bearbeitungsvorrichtung an der Bauvorrichtung angebracht ist, wird ein Initialisierungsprozess gestartet, durch den die verschiedenen Achsen der Bearbeitungsvorrichtung in eine vorbestimmte Lage gebracht werden können. Die Geometrie derselben wird damit genau bestimmt.
Die Ausgangsposition jeder Achse kann folgende sein:
- Z-Achse am oberen Anschlag,
- X- und Y-Achse in der Mitte,
- Drehachsen um X und Y in der Mitte,
- Bohrabsenkplatte an Auflagekorrekturplatte blockiert.
In dieser Ausgangsposition verläuft die Drehachse des Werkzeugs parallel zur Z-Achse der Verschiebung der Bearbeitungsvorrichtung und die Arbeitsebene des Werkzeugs parallel zu der durch die X- und Y-Achse der Bearbeitungsvorrichtung gebildeten Ebene.
Durch Anzielen der Punkte M0, M1 und M2 der Bearbeitungsvorrichtung (beispielsweise in der Ebene des X,Y-Tisches gelegen) kann ermittelt werden:
- die Ausrichtung des Werkzeugs im Raum der Bauvorrichtung,
- die Ausrichtung der Bearbeitungsvorrichtung in diesem Raum,
- die Lage jedes beliebigen Punkts der Bearbeitungsvorrichtung und ganz besonders die Lage des Schnittpunkts der beiden Drehachsen der Bearbeitungsvorrichtung, der den Nullpunkt der Bewegungen darstellt.
Davon ausgehend können die an der Ebene des Werkzeugs vorzunehmenden Korrekturen berechnet werden, um dieses in eine Ebene parallel zur Ebene der Bezugsfläche oder der theoretischen Montageplatte zu bringen, indem diese, wie oben dargelegt, um die X- und Y-Achse gedreht wird. Nachdem die erforderlichen Korrekturen vorgenommen wurden, um die Ebene des Werkzeugs (z.B. eines Fräsers) parallel zur Ebene der Bezugsfläche anzuordnen, müssen die Befehle für die Z-Achse zur Durchführung der Bearbeitung sowie für die X- und Y-Achse (Kreuztisch) erarbeitet werden.
Vor allem werden bei einer maximalen Frästiefe von 1 mm die Maße des Werkzeugs nach der Z-Achse für jeden der Schneidvorgänge berechnet. Dazu muß zuvor der von der endgültigen Ebene am weitesten entfernte Punkt bestimmt werden. Dieser Punkt ist eine der vier Ecken der zu bearbeitenden Montageplatte. Es müssen also die Koordinaten der vier Ecken der Montageplatte, die Differenz zwischen ihren Maßen und die Ebene der endgültigen Montageplatte berechnet werden, so daß sich die Menge des abzunehmenden Werkstoffs und damit die Anzahl der Schneidvorgänge ergibt.
Es ist festzustellen, daß die Berechnungen für einen eventuellen Bohrvorgang einfacher sind, da die Koordinaten des vom Werkzeugende zu erreichenden Punkts gleich denen der auszuführenden Bohrung sind, die bei der Konzipierung der Bauvorrichtung definiert wurden und durch die maschinengebundene Marke ausgedrückt werden.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß zur Steuerung der Bearbeitungsvorrichtung nur angegeben zu werden braucht, daß die Koordinaten des Werkzeugendes und die des zu erreichenden Punktes, ausgedrückt in der maschinengebundenen Marke, übereinstimmen.

Claims

1. Verfahren, um an einer Zusammenbauvorrichtung einer Konstruktion aus einer rohen Fläche eine durch eine bestimmte Gleichung definierte ebene Bezugsfläche zu verwirklichen, dadurch gekennzeichnet, daß:

- in Mitteln (4) die Daten der Gleichung für die Bezugsfläche gespeichert werden;

- mit Hilfe von optischen Visiermitteln (5,7) Daten bestimmt werden, mit denen die Gleichung der hohen Fläche (3) berechnet werden kann;

In einer Informationsverarbeitungseinheit (10) einerseits die Daten der Gleichung der Bezugsfläche und andererseits die Daten der Gleichung der rohen Fläche verglichen werden;

- eine ortsveränderliche Bearbeitungsvorrichtung (12) an der rohen Fläche (3) angebracht wird und

- mit der Bearbeitungsvorrichtung (12), die durch bestimmte Befehle in Abhängigkeit vom vorgenommenen Vergleich, die von der Informationsverarbeitungseinheit (10) abgegeben werden, die rohe Fläche so geschliffen wird, daß deren Ebene schrittweise mit der der Bezugsfläche in Übereinstimmung gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Initialisierungsprozeß, durch den die verschiedenen Achsen der Bearbeitungsvorrichtung (12) in eine vorbestimmte Lage gebracht werden können, die Arbeitsebene des Werkzeugs (18) derselben parallel zur Ebene der Bezugsfläche eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbefehle der Bearbeitungsvorrichtung (12) aus der Informationsverarbeitungseinheit (10) korrigiert werden, um die Verformung der Bauvorrichtung (1) zu berücksichtigen, die durch die Anbringung der Bearbeitungsvorrichtung (12) an demselben entsteht.

4. System, um an einer Zusammenbauvorrichtung einer Konstruktion aus einer rohen Fläche eine durch eine bestimmte Gleichung definierte ebene Bezugsfläche zu verwirklichen, zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

- Mittel (4) zum Speichern der Daten für die Gleichung der Bezugsfläche;

- optische Visiermittel (5,7) zur Bestimmung der Daten, mit denen die Gleichung der rohen Fläche (3) berechnet werden kann;

- eine ortsveränderliche Bearbeitungsvorrichtung (12), die lösbar an einem Träger der Bauvorrichtung (1) im Bereich der rohen Fläche (3) angebracht werden kann, und

- eine Informationsverarbeitungseinheit (10), mit der die Daten einerseits für die Gleichung der Bezugsfläche und andererseits für die Gleichung der rohen Fläche verglichen werden können, und die ausgehend von diesem Vergleich Befehle an die Bearbeitungsvorrichtung (12) gibt, die so gesteuert wird, daß die Ebene der rohen Fläche schrittweise mit der Ebene der Bezugsfläche in Übereinstimmung gebracht wird.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsvorrichtung (12) an einem Träger (2) der Bauvorrichtung (1) mit Hilfe von zwei rechteckigen Rahmen (13) angebracht wird, auf der sich eine Platte (15) befindet, die gegen die Unterseite des Trägers (2) geklemmt wird.

6. System nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsvorrichtung (12) einen Tisch mit Kreuzbewegungen X,Y (23) hat.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch mit Kreuzbewegungen X,Y (23) mit einer ersten Platte (28) verbunden ist, die sich um eine erste Achse Y drehen kann, wobei die Einheit Tisch-erste Platte ihrerseits an einer zweiten Platte (29) angebracht ist, die sich um eine zweite Achse X orthogonal zur ersten Achse und parallel zum Tisch drehen kann.

8. System nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsvorrichtung (12) Mittel (39-46) zur Translationsbewegung nach einer dritten Achse Z orthogonal zur Ebene des Tischs mit Kreuzbewegungen X,Y (23) hat.

9. System nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsvorrichtung (12) ein Werkzeug (18) hat, das durch ein Getriebe mit einem Kegelritzel (20), das in ein mit der Welle (22) von Werkzeug (18) verbundenes Kegelrad (21) eingreift, in Drehung versetzt wird.

10. System nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Visiermittel aus einer Fernmeß-Informatikvorrichtung mit elektronischen Theodoliten (5) bestehen, die mit einem Rechner (7) verbunden sind.

11. System nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Visiermittel (5,7) mit zusätzlichen Speichermitteln (4) verbunden sind, in denen die Daten für die Gleichungen einer Vielzahl von Bezugsflächen gespeichert sind.