So helfen Roboter, Composites multimodal zu prüfen

GKN Aerospace prüft seine Composite-Teile auf einer automatisierten, mehrere Prüfverfahren erlaubenden Zelle von Fill schneller als in der Vergangenheit.

Als sicherheitsrelevante Komponenten werden alle Composite-Flugzeugteile aus Kohlefaser-Verbundmaterialien, die GKN Aerospace im Werk München herstellt, umfangreichen zerstörungsfreien Prüfungen unterzogen. Das Unternehmen nimmt bei 100 % der Teile eine Ultraschallprüfung vor, um zum Beispiel Fremdkörpereinschlüsse, Delamination oder Porosität aufzudecken. Die Prüfzeiten für die zerstörungsfreie Bauteileprüfung betrugen früher an der vorhandenen Anlage bis zu 100 Minuten.

Daher bestand der Wunsch nach einer schnelleren und flexibleren Lösung. Die wichtigsten Kriterien bei der Neuausschreibung der Prüfanlage für das Non-Destructive Testing (NDT) waren eine substanzielle Reduktion der Prüfzeiten und die Möglichkeit, neben der eigentlichen Ultraschallprüfung auch noch andere Mess- und Prüfverfahren auf der Anlage durchführen zu können. Der österreichische Maschinen- und Anlagenbauer Fill bot die multimodale Anlage Accubot als Lösungskonzept mit zwei Knickarmrobotern auf parallel verlaufenden Linearachsen an.

Die Accubot-CNC-Robotersysteme können Werkstücke in drei getrennten Zonen prüfen, in einer davon gemeinsam. Der automatische Werkzeugwechsel mit dem Fill-Werkzeugwechsler Flexchange ermöglicht in einer Aufspannung Prüfungen mit unterschiedlichen Methoden wie etwa Puls-Echo-Prüfungen per Phased Array oder Durchschallungsprüfungen mit Squirter-Technik. Die Anlage lässt sich auch um Röntgen, Tomographie und Thermographie sowie berührungslose Geometrie-Messverfahren erweitern. Das Active Tool, ein Prüfkopf von Fill mit zusätzlicher rotatorischer Achse, ermöglicht die Durchschallungsprüfung in kleinen, stark gekrümmten Bereichen.

Die erforderliche Absolut-Positioniergenauigkeit erhielt die Anlage durch hochpräzise Linearachsen von Fill und zusätzliche abtriebsseitige Drehgeber an den Rundachsen der Accubot-Roboter. Eine Lasertracker-basierte Roboterkalibrierung dient im Nachgang dem Erreichen und Erhalt dieser hohen Präzision. Sie hat bei GKN den Zeitbedarf für die jährliche Geometrieüberprüfung von 11 h auf 20 min verringert.

Effizienzgewinne bringt auch die applikationsunabhängige Anlagensoftware mit der Programmier- und Bedienumgebung Fill Studio. Sie enthält den digitalen Zwilling der gesamten Anlage und ermöglicht die hauptzeitparallele Offline-Programmierung der Roboter sowie eine Augmented-Reality-Schnittstelle.

Der große Effizienzgewinn der Accubot-Anlage resultiert aus den deutlich schnelleren Prüfvorgängen und der Möglichkeit, diese automatisiert zu kombinieren. „Allein bei der Puls-Echo-Prüfung mittels Phased Array reduzierte sich die Prüfdauer um 93 %“, berichtet Dr. Jakov Šekelja, Leiter Qualitätssicherung bei GKN Aerospace Deutschland. „Zudem fällt die früher anschließend durchgeführte, mehrstündige taktile Messung der Wanddicke nun automatisch als Abfallprodukt der Ultraschallprüfung an.“

Fill arbeitet auch mit Engel in Sachen Composites zusammen, und zwar beim Organomelt-Verfahren des österreichischen Spritzgießmaschinenbauers: Beide Unternehmen haben dafür eine Anlage nach dem Heiz-Kühl-Prinzip entwickelt, die Fasergelege vollautomatisiert zu einer soliden Platte verfestigt. Dabei bleiben die gezielt eingebrachten Dickensprünge erhalten.

sk