In der Luftfahrt werden Cobots eingesetzt. - Bild: Alicona

In der Luftfahrt werden Cobots unter anderem zur automatischen Messung und Auswertung von Radien, Fasen und Kantenbrüchen an Turbinenscheiben und Turbinengehäusen eingesetzt. - Bild: Alicona

| von Redaktion Fertigung

Die automatische Messung und Auswertung von Radien, Fasen und Kantenbrüchen an Triebwerksbauteilen ist ein Kriterium der modernen Qualitätssicherung bei der MTU Aero Engines. Derzeit sind drei Cobot-Systeme von Bruker Alicona zur Kantenbruchmessung im Einsatz. On top ersetzen die optischen Messmittel aufwendige Abdrucktechniken und taktile Verfahren bei der Defektmessung.

Prüfplaner Michael Duffek, mitverantwortlich für die Qualitätssicherung von Triebwerkskomponenten bei MTU Aero Engines, erklärt: „Wenn es da einen Grat gibt, kann das zu einer Gefahrenstelle im Triebwerk werden.“ Für den weltweit renommierten Hersteller von Luftfahrtantrieben ist die automatisierte Messung und Auswertung von Kanten, Radien und Fasen von Triebwerksbauteilen ein wichtiger Bestandteil einer modernen, dem Stand der Technik entsprechenden Messtechnik.

Gemessen werden hochspezialisierte Teile und Komponenten wie Turbinenschaufeln, Turbinenscheiben oder Blisks (Blade Integrated Disk), die eine Reihe messtechnischer Herausforderungen mit sich bringen. Dazu zählen beispielsweise die komplexe Geometrie mit steilen Flanken sowie variierende Reflexionseigenschaften der Bauteile, denn je nach Fertigungsverfahren sind die zu messenden Oberflächen entweder beschichtet, und damit matt, oder geschliffen, und damit hoch spiegelnd.

Auf einen Blick: Cobots – 3D-Messsensor mit kollaborativem Roboter

Cobots bestehen aus einem kollaborativen 6-Achs Roboter und einem stabilen optischen 3D Messsensor, der auch unter Produktionsbedingungen wiederholgenaue und rückführbare Messungen in hoher Auflösung liefert. Handling, Programmierung und Messung von eingelernten Messreihen erfordern keine Messtechnikvorkenntnisse. Die Kombination aus intuitivem, handgeführten Teach-In von Messreihen, automatisierter Auswertung und dem Sicherheitskonzept ohne konventionelle Schutzumhausung ermöglicht die optimale Integration in eine bestehende Fertigungslinie. Anwender verifizieren Oberflächengüte und Maßhaltigkeit von kleinen Features auf großen Bauteilen. Zwei neue Cobots zur Messung von großen Werkzeugen und Turbinenscheiben zeigen die Umsetzung in der Praxis.

Für ein geeignetes Messsystem heißt das, es muss nicht nur die geforderten Automatisierungsoptionen inklusive normgerechter Auswertung bieten, sondern auch komplexe, schwer zugängliche Geometrien mit engen Toleranzen und matte bis spiegelnde Oberflächen hochauflösend und wiederholgenau messen können. Eine weitere Anforderung ist die Integration in einen Fertigungsablauf inklusive Einbindung in die bestehende IT-Umgebung. „Und das Ganze muss schnell und unkompliziert sein“, ergänzt Duffek den Kriterienkatalog, auf dessen Basis die MTU ihre Messmittelanbieter permanent evaluiert.

Das Ergebnis: Mittlerweile sind weltweit 15 Bruker-Alicona-Messsysteme in unterschiedlichen Standorten von MTU platziert, davon elf in den Prüfstellen der Unternehmenszentrale in München. Dort passiert auch die automatisierte Messung von Triebwerkskomponenten, die mit Messmitteln aus der Bruker-Alicona-Cobot-Linie umgesetzt werden.

Bruker Alicona Messmittel. - Bild: Alicona
Die MTU Aero Engines legt Wert auf eine wiederholgenaue, rückführbare automatische und schnelle Defektmessung und setzt daher auch hierfür Bruker Alicona Messmittel ein. - Bild: Alicona

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 drei 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.

Cobots sind ein beliebtes Messmittel. - Bild: Alicona
Cobots bestehen aus einem kollaborativen 6-Achs-Roboter und einem hochauflösenden optischen 3D-Messsensor und sind ein beliebtes Messmittel zur produktionsintegrierten Qualitätssicherung. - Bild: Alicona

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 beziehungsweise Zertifizierung hohe Anforderungen gestellt werden.

Fokus-Variation erlaubt Vermessung spiegelnder Oberflächen

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, zum Beispiel ASME.

Bedienung der Cobots. - Bild: Alicona
Die Bedienung der Cobots ist auf die Nutzung von mehreren Bedienern ausgerichtet. Handling, Messung und Auswertung mittels programmierter Prüfroutinen gehen leicht von der Hand, wie MTU bestätigt. - Bild: Alicona

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 MTU. Optional können Messroutinen mittels CAD/CAM-Anbindung auch schon im CAD-file des Bauteils definiert werden.

MTU Aero Engines legt Wert auf eine wiederholgenaue, rückführbare automatische und schnelle Defektmessung und setzt daher auch hierfür Messmittel von Bruker Alicona ein.

Quelle: Alicona Imaging GmbH

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