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Große Bauteile für Luft- und Raumfahrt optimiert prüfen

| Autor/ Redakteur: Shane Novacek / Reinhold Schäfer

PC- und Ethercat-basierte Steuerungstechnik ermöglicht bei der automatisierten, robotergestützten Prüfung sicherheitskritischer Bauteile für die Luft- und Raumfahrt nicht nur eine hohe Genauigkeit und einen hohen Durchsatz, sondern auch beträchtliche Einsparungen bei der Verkabelung und Installation.

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Die Zeit für die Verkabelung und Elektroinstallation konnte bei Genesis Systems dank PC-basierter Steuerungstechnik und Ethercat um 50 % reduziert werden.
Die Zeit für die Verkabelung und Elektroinstallation konnte bei Genesis Systems dank PC-basierter Steuerungstechnik und Ethercat um 50 % reduziert werden.
( Bild: Beckhoff )

Die Anforderungen an die Materialprüfung und Qualitätssicherung in der Luft- und Raumfahrtindustrie sind hoch, denn nur eine lückenlose Prüfung von Material und Komponenten kann die Sicherheit von Passagieren, Crew und Fracht gewährleisten. Die Genesis Systems Group ist ein Systemintegrator von robotergestützten Systemen für die Fertigungs-, Transport- sowie Luft- und Raumfahrtindustrie. Für die besonderen Anforderungen bei der zerstörungsfreien Prüfung sehr großer Bauteile für Flugzeuge, Satelliten und Raketen hat Genesis Systems robotergestützte NDI-​(Non-​destructive-Inspection-)Sys­teme für die zerstörungsfreie Prüfung entwickelt.

Robotersysteme für den finalen Test

Auch für erfahrene Prüfer stellt die traditionelle manuelle Prüfung solcher Bauteile eine Herausforderung dar, denn sie müssen sich um Teile jeder Größe herumbewegen und dabei die vollständige Materialprüfung unter Einhaltung höchster Genauigkeitsanforderungen sicherstellen. Automatisiert mit PC- und Ethercat-basierter Steuerungstechnik von Beckhoff führen die Prüfsysteme von Genesis diese Aufgabe nun mit der geforderten Präzision und in wesentlich kürzerer Zeit aus.

Die NDI-​Lösungen der Nspect-Reihe von Genesis Systems prüfen die großen Oberflächen von Luft- und Raumfahrtkomponenten auf Defekte im Material und die Einhaltung von Fertigungsvorgaben. Dafür sind die Roboter mit Ultraschallprüftechnik ausgerüstet, die Ultraschall vom Sender durch das zu prüfende Teil an den Empfänger schickt. Neben herkömmlichen Prüfverfahren wie der Impuls-​Echo-Technik, Phasenverschiebung und Shearografie werden auch andere Verfahren unterstützt. Bei den untersuchten Materialien handelt es sich meist um Stahl, Aluminium oder Verbundstoffe. Kernkomponente der Lösung ist ein 6-Achs-Gelenkroboter, das Genesis Blitz Module. Dank der C++-Programmierung erfasst das Blitz Module alle Roboterpositionen und erzeugt innerhalb von etwa 200 μs einen virtuellen Encoder mit sechs Freiheitsgraden und Messungsrastermaßen bis 1 mm. Diese Positionsrückführung stellt die lückenlose Prüfung der großen Oberflächen der Bauteile sicher.

„In der Welt der Materialprüfung nennt man das Pulse on Position oder kurz PoP“, erklärt Ryan Steckel, Automation Systems Engineer der Genesis Systems Group. „Das Blitz Module erfasst die Messdaten des geprüften Materials und korreliert diese mit der Position des Instruments oder Sensors. Dabei gilt, je schneller die Impulse ausgesandt werden, umso schneller kann sich der Roboter vorwärtsbewegen und umso produktiver ist das NDI-System.“ Durch die schnelle Kommunikation mit Ethercat benötigt das Blitz Module nur 1 ms für das Aussenden der Impulse, während der Standardwert 10 ms ist. Ethercat ermöglicht außerdem auch eine extrem hohe Messgenauigkeit und hochpräzise Systemsynchronisierung – zwei Schlüsselkriterien in der Materialprüfung.

Eine andere Neuentwicklung ist Robopogo, ein Teilehaltesystem mit mehreren Gelenkrobotern für die Prüfung mit den Nspect-Systemen. Robopogo kann große Teile mit den verschiedensten Geometrien halten, erläutert Whitney Moon, Director Aerospace Division, Genesis Systems Group. „2017 übernahm Genesis ein Projekt, bei dem während der NDI-Prüfung besonders große Teile fixiert werden mussten. Mit herkömmlichen Vorrichtungen oder manuell angepassten Halterungen wäre das sehr aufwendig und teuer geworden.“ Wenn Teile mit einer Länge von 3 bis 33 m fixiert werden sollen, ist diese Lösung optimal, weil die Gelenkarmroboter die nötige Flexibilität für die Anpassung an andere Teilegeometrien, Abläufe oder Applikationen bieten und sogar die dynamische Repositionierung während der Messung ermöglichen – immer in exakter Synchronisation mit den Prüfrobotern der Nspect-Reihe.

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