General Atomics Aeronautical Systems (GA-ASI) ist ein führender Hersteller unbemannter Luftfahrzeugsysteme (UAS) und taktischer Aufklärungsradars, einschließlich der Serie Predator UAS und der Sensorsysteme Lynx SAR/GMTI. Das Unternehmen ist bestrebt, langlebige, missionsfähige Luftfahrzeuge mit jenen integrierten Sensor- und Datenverbindungssystemen bereitzustellen, die für permanentes Situationsbewusstsein bzw. Lageerkennung und schnelle Angriffsfähigkeiten erforderlich sind.
Einfach, kostengünstig und tödlich -- diesen Ruf hat sich der Predator von General Atomics nach strategischen Kampferfolgen auf dem Balkan, in Afghanistan und im Irak erarbeitet. Satellitengesteuerte Predator-Systeme wurden sowohl zur Höhenaufklärung als auch für Luftangriffe entwickelt und werden von US-Luftwaffenpiloten von der Nellis Air Force Base in Nevada aus ferngesteuert.
Der Predator ist ein vollständig aus Verbundwerkstoffen bestehendes Luftfahrzeug, das in der 15.000 m² großen Fertigungsanlage von GA-ASI südlich von Rancho Bernardo in Kalifornien hauptsächlich unter Nutzung von Kohlenstoff-/Epoxid-Prepregs von Hand zusammengebaut und in einem Autoklav ausgehärtet wird. Das Schneiden der Prepreg-Materialien erfolgt auf einer computergestützten Schneide- und Montagemaschine. Das Schneiden des Core erfolgt mittels einer 5-Achsen-CNC-Schneidemaschine. Laserprojektionsgeräte tragen zu wiederholbarer und genauer Fertigung bei. Ausgehärtete Laminate werden mit einem Wasserstrahl zugeschnitten. Beim Wasserstrahlschneiden vermeidet man Schneidprobleme, die bei modernen Luftfahrtverbundstoffen häufig auftreten, da der Schnitt durch Erosion anstelle von Reibung und Scherung erfolgt. Zum Schneiden von Kohlenstoffverbundwerkstoffen wird ein dünner Wasserstrahl mit dreifacher Schallgeschwindigkeit verwendet, der aus einer winzigen Öffnung im Werkzeugkopf austritt. Der Wasserdurchfluss von ca. 3,785 Litern pro Minute zieht einen separaten Strahl feiner Granatpartikel mit, die in die zu schneidende Oberfläche eindringen. Sie schaffen eine außergewöhnliche Kantenqualität ohne ausgefranste oder delaminierte Bereiche, sodass keine kostspielige Nachbearbeitung erforderlich ist.
General Atomics nutzte ein Angebot auf dem Wiederverkaufsmarkt zum Erwerb einer beeindruckenden Wasserstrahl-Roboterarbeitszelle, die sehr große Werkstücke verarbeiten kann – eine ideale Lösung für das Zuschneiden ihrer 9 m langen Flügelbaugruppen. Der Wasserstrahler ist an einem Motoman-Roboterarm montiert, der entlang einer hängenden, 12,2 m langen Portal-Schneidmaschine verfahren wird. Diese Arbeitszelle wäre der erste Vorstoß von Aeronautical Systems in das Thema „Robotereinsatz in der Fertigung“. Die Maschine wurde bereits installiert und betriebsbereit gemacht. Beim Hochladen der Schneidmuster aus den CAD-.dxf-Dateien stellten die Ingenieure des Unternehmens allerdings fest, dass die verfügbare Software der Aufgabe nicht gewachsen war. Die Entwicklung von Werkzeugpfaden für eine 7-Achsen-Roboterarbeitszelle direkt aus CAD-Entwurfsdateien schien Neuland zu betreten, war jedoch entscheidend dafür, die hochentwickelten Anlagen, die General Atomics erworben hatte, zu nutzen und letztlich den Produktionsverpflichtungen, die mit der steigenden Nachfrage der Luftwaffe nach dem Predator einhergehen, zu erfüllen.
Im Gespräch mit dem lokalen Mastercam-Händler hörte der Projektingenieur von Robotmaster®, einem Softwareprodukt, das speziell entwickelt wurde, um 6-Achsen-Roboter CAD/CAM-programmierbar zu machen. Innerhalb einer Woche nachdem das Problem dem Projektleiter von Jabez Technology erläutert worden war, wurde Robotmaster so angepasst, dass die Standardalgorithmen für 6-Achsen-Roboter um die Steuerung einer 7. Achse, also der Position der Portal-Schneidmaschine, erweitert werden konnten. Nach einer eintägigen Schulung vor Ort waren die Ingenieure von General Atomics am System einsatzbereit.
Das Schneiden von Flügelklappenscharnieren mit einer Präzision von 0,13 mm über eine Länge von 9 m stellte erhebliche Herausforderungen an die Kalibrierung des Roboters und die Programmiergenauigkeit dar. Mit Robotmaster wurden das CAD-Modell feinabgestimmt und Werkzeugpfade mit mathematischer Präzision neu generiert, und zwar buchstäblich mit wenigen Mausklicks, innerhalb der voll integrierten CAD/CAM-Leistungsfähigkeit. Nach einigen Wochen luden die GA-ASI-Ingenieure die fertigen Roboterprogramme hoch, die aus ihren CAD-Dateien generiert worden waren. All ihre Branchenkontakte hatten dies für unmöglich gehalten, aber man konnte die neue Wasserstrahl-Roboterzelle in Betrieb nehmen.
Obwohl man bei GA-ASI feststellte, dass ihre Anwendung nur einen Bruchteil der technischen Fähigkeiten der Roboterarbeitszelle und der Programmierleistung von Robotmaster nutzt, hat die Anlage die Ausgaben des Unternehmens mehrfach gerechtfertigt. Sie erfüllt die Qualitäts- und Präzisionsziele voll und ganz und hat die Produktionsleistung des Werks gesteigert. Jabez Technologies hat die Möglichkeit zur Steuerung der Verfahrbewegung eines Roboters auf einer Schiene als 7. Achse und/oder auf einem Drehpositionierer als 8. Achse zu einer Standardfunktion von Robotmaster gemacht und damit eine schnelle und flexible Offline-Programmierfähigkeit für die Materialabtragsrobotik geschaffen.