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Technologie trifft Metrologie

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Mit Hilfe von Bruker Alicona kann die MTU Aero Engines nun schnell, einfach und automatisch Radien und Defekte an den hochspezialisierten Komponenten messen, die sie für die heutigen modernen Luftfahrtantriebe herstellt.

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Die automatische Messung und Auswertung von Radien, Fasen und Bruchkanten an Komponenten von Turbinentriebwerken ist eines von vielen Kriterien der modernen Qualitätssicherung bei der MTU Aero Engines.

Derzeit sind drei Cobot-Systeme von Bruker Alicona zur Bruchkantenmessung im Einsatz. Darüber hinaus ersetzen die optischen Messlösungen arbeitsintensive Replica-Techniken und taktile Methoden bei der Defektmessung.

"Wenn ein Grat vorhanden ist, könnte dieser zu einer Gefahrenstelle im Triebwerk werden", beginnt MTU-Inspektionsplaner Michael Duffek, der mitverantwortlich für die Qualitätssicherung von Turbinenkomponenten ist. Die automatisierte Messung und Auswertung von Kanten, Radien und Fasen an Triebwerkskomponenten ist für die MTU ein wichtiger Bestandteil moderner Messtechnik auf dem neuesten Stand der Technik.

Es werden hochspezialisierte Komponenten wie Turbinenschaufeln, Turbinenscheiben oder Blisks gemessen, die eine Reihe messtechnischer Herausforderungen mit sich bringen. Dazu gehören zum Beispiel die komplexe Geometrie mit steilen Flanken sowie unterschiedliche Reflexionseigenschaften der Bauteile.

Unterschiedliche Oberflächenreflexionen entstehen durch unterschiedliche Herstellungsverfahren, da die zu messenden Oberflächen entweder beschichtet und damit matt oder geschliffen und damit stark reflektierend sind. Für ein geeignetes Messsystem bedeutet dies, dass es nicht nur die erforderlichen Automatisierungsmöglichkeiten inklusive normgerechter Auswertung bieten muss, sondern auch in der Lage sein muss, komplexe, schwer zugängliche Geometrien mit engen Toleranzen und matten bis spiegelnden Oberflächen in hoher Auflösung und Wiederholbarkeit zu messen. Eine weitere Anforderung ist die Integration in einen Produktionsprozess einschließlich der Einbindung in die bestehende IT-Umgebung.

"Und das Ganze muss schnell und unkompliziert sein", sagt Duffek und ergänzt den Kriterienkatalog, anhand dessen die MTU ihre Messgerätelieferanten kontinuierlich bewertet.

Damit sind mittlerweile 15 Bruker Alicona-Messsysteme an MTU-Standorten weltweit im Einsatz, davon 11 in den Testzentren der deutschen Zentrale in München. Hier erfolgt auch die automatisierte Vermessung von Komponenten von Turbinentriebwerken, die mit Messgeräten aus der Bruker Alicona Cobot-Linie realisiert werden.

Kombination von Sensoren mit Robotern

Cobots sind eine Kombination aus einem kollaborativen 6-Achsen-Roboter und einem hochauflösenden optischen 3D-Messsensor, der für die automatische Prüfung von Mikrogeometrien an großen Bauteilen eingesetzt wird. In der Luft- und Raumfahrtindustrie ist die Messung von entgrateten Kanten, auch als "Bruchkantenmessung" an Turbinenscheiben und Turbinengehäusen bekannt, die häufigste Anwendung.

"Bruker Alicona Cobots sind seit 2017 auf dem Markt erhältlich, und selbst dann hat es nichts Vergleichbares gegeben, zumindest kennen wir kein System", sagt Duffek. "Was der Cobot bereits vor drei Jahren bei der Markteinführung bot, war einzigartig. Alle anderen Hersteller, die wir evaluiert haben, hätten bereits in der Entwicklungsphase beginnen müssen", so Duffek

Er ist heute ein "Cobot-Experte", denn unter seiner Leitung sind in München derzeit drei Systeme zur automatisierten Messung von Kanten, Radien und Defekten im Einsatz.

Klassische Fertigungsverfahren wie Drehen, Fräsen und Schleifen können zu Gratbildung und unerwünschten scharfen Kanten führen. Diese stellen strukturelle Schwachstellen dar, an denen es zu Materialbrüchen oder Rissen kommen kann. Dies kann letztlich zu einer potentiellen Gefahr für den sicheren Betrieb eines Motors führen, weshalb hohe Anforderungen an die Kantenbearbeitung und deren Prüfung und Zertifizierung gestellt werden.

Kobots, die wie alle Bruker Alicona-Messsysteme auf der Fokus-Variation basieren, eignen sich in vielerlei Hinsicht für diesen Zweck. Die optische Technologie ermöglicht die Messung von hochreflektierenden bis matten Oberflächen mit steilen Flanken und erfasst selbst Geometrien mit Toleranzen im einstelligen µm-Bereich in hoher Auflösung. Damit können selbst kleinste Formabweichungen rückführbar gemessen werden. Die Auswertung erfolgt automatisch und nach gängigen Industriestandards, z.B. ASME.

Darüber hinaus sind Cobots geeignet, da sowohl hochauflösende als auch prozessstabile Messungen mit einer einfachen Bedienung des Systems einhergehen, das für den Einsatz mehrerer Bediener ausgelegt ist. Die Handhabung, Messung und Auswertung mittels programmierter Testroutinen ist einfach zu handhaben.

"Das Einlernen von Messprogrammen mit dem Joystick ist intuitiv", fasst die MTU die Situation zusammen. Optional können Messroutinen auch über eine CADCAM-Anbindung in der CAD-Datei des Bauteils definiert werden.

Überwindung der Mängel

Ein weiteres Anwendungsgebiet für die Cobots ist die Defektmessung. Die maximale Tiefe eines Defekts bestimmt, ob eine Komponente wiederverwendet, repariert oder als Ausschussteil entsorgt wird. Konventionelle, manuelle Methoden zur Defektmessung mit Replica-Techniken, Profilprojektoren und taktilen Verfahren wie Konturmesssystemen sind arbeitsintensiv und können nicht automatisiert werden.

"Modernste Technologie ist für uns sehr wichtig, wenn es um Messtechnik geht", erklärt Duffek. "Mit optischer Messtechnik sind wir schneller, genauer und vor allem prozessfähig. Mit Bruker Alicona können wir auch automatisch in einem CNC-Prozess messen", erklärt Duffek

Immer mehr Cobot-Anwender in der Luft- und Raumfahrt nutzen die Möglichkeit, über eine CAD/CAM-Verbindung Messroutinen direkt auf dem CAD-Datensatz eines Bauteils zu definieren. Mehrere hundert Messpositionen an unterschiedlichsten Bauteilen, zum Beispiel an Turbinengehäusen, werden automatisch gemessen und ausgewertet. Dies würde auch mit herkömmlichen Methoden, wie z.B. dem Einsatz von Replica-Techniken, um ein Vielfaches länger dauern. Dies bringt laut MTU eine Reduzierung der Prüfkosten um 25% bis 50%.

www.alicona.com

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