Kollaborative Roboter, sogenannte Cobots, sind ein Bestandteil der modernen Messsysteme von Bruker Alicona.
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Messtechnik

Messsysteme: So messen Sie Defekte ganz unkompliziert

Die Messung an Triebwerksbauteilen ist ein Kriterium der Qualitätssicherung bei MTU Aero Engines. Drei Cobot-Messsysteme von Bruker Alicona unterstützen.

On top ersetzen die optischen Messsysteme von Bruker Alicona bei MTU Aero Engines aufwendige Abdrucktechniken und taktile Verfahren bei der Defektmessung. „Wenn es da einen Grat gibt, kann das zu einer Gefahrenstelle im Triebwerk werden.“ Prüfplaner Michael Duffek ist mitverantwortlich für die Qualitätssicherung von Triebwerkskomponenten bei der MTU Aero Engines. 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.

Hochspezialisierte Teile messen

Gemessen werden hochspezialisierte Teile und Komponenten wie Turbinenschaufeln, Turbinenscheiben oder Blisks, 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.

Herausforderungen für das Messsystem

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 Michael Duffek den Kriterienkatalog, auf dessen Basis die MTU ihre Messmittelanbieter permanent evaluiert. Das Ergebnis: Mittlerweile sind weltweit 15 Bruker-Alicona-Messsysteme in unterschiedlichen Standorten der MTU platziert, davon 11 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.

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

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 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.

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Michael Duffek: „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.“

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, zum Beispiel ASME.

Video: Bruker 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.

Handling, Messung, Auswertung

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 CAD/CAM-Anbindung auch schon im CAD-file des Bauteils definiert werden.

Länge, Breite, Tiefe und Volumen von Defekten messen

Ein weiteres Einsatzgebiet der Messsysteme samt 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-Abläuf 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.

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In der Luftfahrt werden Cobots von Bruker Alicona u.a. zur automatischen Messung und Auswertung von Radien, Fasen und Kantenbrüchen an Turbinenscheiben und Turbinengehäusen eingesetzt.

Cobot-Anwender nutzen die Möglichkeit

Mehr und mehr Cobot-Anwender in der Luftfahrt nutzen die Möglichkeit, mittels einer CAD/CAM-Anbindung Messroutinen direkt am CAD-Datensatz eines Bauteils zu definieren. Damit werden auf unterschiedlichsten Bauteilen, beispielsweise Turbinengehäusen, mehrere 100 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 bis 50 Prozent!“

cd