Automatische Messung und Bewertung von Turbinentriebwerkskomponenten

Optischen 3D Sensor mit kollaborativem Roboter kombinieren

Cobots sind eine Kombination aus einem kollaborativen 6-Achs Roboter und einem hochauflösenden optischen 3D Messsensor. Die Systeme werden als Gesamtlösung zur automatischen Prüfung von Mikrogeometrien auf großen Bauteilen eingesetzt. In der Luftfahrtindustrie zählen die Messung von entgrateten Kanten, auch bekannt als "Kantenbruch" oder "Break Edge Measurement" an Turbinenscheiben und Turbinengehäusen zu den häufigsten Anwendungen. Bruker Alicona Cobots sind seit 2017 am Markt erhältlich, und bereits damals "hat es nichts Vergleichbares gegeben, zumindest ist uns kein System bekannt. Was der Cobot bereits vor 3 Jahren bei der Markteinführung geboten hat, war einzigartig. Alle anderen Hersteller, die wir evaluierten, hätten in der Entwicklung erst beginnen müssen", erinnert sich Duffek. Er ist mittlerweile so etwas wie ein "Cobot-Experte", denn unter seiner Leitung sind in München derzeit drei Systeme zur automatisierten Messung von Kanten, Radien und Defekten im Einsatz.

Kantenbruch mit Toleranzen im einstelligen µm-Bereich messen

Klassische Fertigungsverfahren wie Drehen, Fräsen, Schleifen können zur Gratbildung und unerwünscht scharfen Kanten führen. Diese stellen strukturelle Schwachstellen dar, an denen es zu Materialbrüchen oder Rissbildungen kommen kann. Das kann in letzter Konsequenz zu einem Gefahrenpotenzial für den sicheren Betrieb eines Triebwerks führen, weshalb an die Kantenbearbeitung und deren Prüfung bzw. Zertifizierung hohe Anforderungen gestellt werden.

Cobots, die wie alle Bruker Alicona Messsysteme auf der Fokus-Variation basieren, sind hier aus vielerlei Hinsicht geeignet. Die Fokus-Variation ermöglicht die Messung auch von stark spiegelnden Oberflächen mit steilen Flanken und erfasst selbst Geometrien mit Toleranzen im einstelligen µm-Bereich in hoher Auflösung. Dadurch werden auch kleinste Formabweichungen rückführbar gemessen. Die Auswertung erfolgt automatisch und nach gängigen Industrienormen, z.B. ASME.  

Geeignet sind die Cobots auch deshalb, weil die hohe Messgenauigkeit und prozesssichere Messung Hand in Hand mit der leichten Bedienung des Systems geht, das auf die Nutzung von mehreren Usern ausgelegt ist. Das Handling, die Messung und Auswertung mittels programmierter Prüfroutinen gehen leicht von der Hand. "Der Teach-in von Messprogrammen mit dem Joystick ist intuitiv", so das Resümee bei der MTU. Optional können Messroutinen mittels CADCAM Anbindung auch schon im CAD-file des Bauteils definiert werden.

Länge, Breite, Tiefe und Volumen von Defekten messen

Ein weiteres Einsatzgebiet der Cobots ist die Defektmessung. Die maximale Tiefe eines Defekts entscheidet, ob ein Bauteil weiterverwendet, repariert oder als Ausschussteil entsorgt wird. Herkömmliche, manuelle Methoden zur Defektmessung mittels Abdrucktechniken, Profilprojektoren und taktilen Verfahren wie Konturographen sind sehr aufwendig und lassen sich nicht automatisieren. "Bei Messgeräten ist uns modernste Technik sehr wichtig", so Duffek. Der Prüfplaner weiter: "Mit optischer Messtechnik sind wir schneller, genauer und vor allem prozessfähig. Mit Bruker Alicona können wir zudem automatisiert in einem CNC-Abläufe messen", führt er weiter aus. Die MTU Aero Engines legt Wert auf eine wiederholgenaue, rückführbare automatische und schnelle Defektmessung und setzt daher auch hierfür Bruker Alicona Messmittel ein. Gemessen werden Länge, Breite und Tiefe von Dellen, Kratzern, Rissen etc.

Mehr als 100 eingelernte Messpositionen automatisch messen

Mehr und mehr Cobot-Anwender in der Luftfahrt nutzen die Möglichkeit, mittels einer CADCAM Anbindung Messroutinen direkt am CAD-Datensatz eines Bauteils zu definieren. Damit werden auf unterschiedlichsten Bauteilen, beispielweise Turbinengehäusen, mehrere Hundert Messpositionen automatisch gemessen und ausgewertet. Auch das würde mit herkömmlichen Verfahren wie dem Einsatz von Abdrucktechniken um ein Vielfaches länger dauern. Die MTU spricht in Zahlen: "Das bringt eine Prüfkostenreduzierung von 25% - 50%!"