Automatisierte Qualitätskontrolle in der Luftfahrttechnik

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Fliegen gilt als sicherstes Fortbewegungsmittel, doch Schadstellen wie Risse oder Abnutzungen an Flugzeugoberflächen sind ein hoher Risikofaktor. Gefährlich wird es dann, wenn Schäden unerkannt bleiben. Verfahren zur Reparatur und Qualitätskontrolle sind bislang jedoch teuer und aufwendig. Die Idee der Forscher aus dem ostwestfälisch-lippischen Lemgo: Schadstellen bei einer Reparatur sofort multisensorisch zu erfassen und den Reparaturprozess zu steuern.

ciit

Fliegen gilt als sicherstes Fortbewegungsmittel, doch Schadstellen wie Risse oder Abnutzungen an Flugzeugoberflächen sind ein hoher Risikofaktor. Gefährlich wird es dann, wenn Schäden unerkannt bleiben. Verfahren zur Reparatur und Qualitätskontrolle sind bislang jedoch teuer und aufwendig. Die Idee der Forscher aus dem ostwestfälisch-lippischen Lemgo: Schadstellen bei einer Reparatur sofort multisensorisch zu erfassen und den Reparaturprozess zu steuern.

Erforscht werden verschiedene Auswertungsstrategien. „Über Algorithmen und automatisierte Verfahren wollen wir den Prozess der Nachbearbeitung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen wesentlich verbessern“, sagt Professor Volker Lohweg, Institutsleiter des inIT, zum Forschungsansatz. Dieses Forschungsfeld sei besonders attraktiv, da es für die Luft- und Raumfahrttechnik bislang kaum untersucht ist. Derartige Reparaturverfahren mit automatisierter Schadstellenbeurteilung seien demnach Neuland für die Branche. Wenn dies gelingt, profitiert die Luft- und Raumfahrttechnik außerordentlich hinsichtlich der Wiederverwendung von Bauteilen, so die Hoffnung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt und des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie, die das Vorhaben der Forschungspartner fördern. 

Moderne Flugzeuge bestehen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Schäden am Material wurden in der Vergangenheit mit Ultraschall festgestellt und mittels Fräßen und Verkleben von Material behoben. Ein neuer Ansatz für die Oberflächennachbearbeitung von CFK-Bauteilen basiert auf der Verwendung von Lasertechnik und multisensorischen Piezo-Wandlern. Den Forschern am Institut für industrielle Informationstechnik (inIT) und dem Ostwestfälischen Institut für Innovative Technologien in der Automatisierungstechnik (OWITA) in Lemgo geht dieser Ansatz noch nicht weit genug: Ihr Ziel ist es, gemeinsam mit Partnern aus der Industrie, ein neues Messverfahren zu entwickeln, das eine automatisierte Qualitätskontrolle und Reparaturstellenbeurteilung ermöglicht. 

Automatisierte Qualitätskontrolle

„Die Herausforderung liegt darin Schadensfälle an Flugzeugoberflächen automatisiert zu erkennen, eine Analyse des Ausmaßes durchzuführen und entsprechende Handlungsempfehlungen abzuleiten“, erklärt Professor Stefan Witte, Geschäftsführer bei OWITA, zum Vorgehen beim Forschungsvorhaben „ReWork“. Untersucht werden dabei das Entfernen der Fehlstellen, die passgenaue Reparatur mit neuen CFK-Schichten über sogenannte Patches sowie die abgeschlossene Instandsetzung. Derzeit gäbe es kein prozesssicheres Verfahren am Markt, ReWork soll diese Problematik beheben, indem einzelne Schritte der Prozesskette hinsichtlich ihrer Automatisierung optimiert werden.

Wie aber einen Algorithmus erstellen, wenn jede Schadstelle einzigartig ist? Jeder Zusammenstoß beispielsweise mit einem Vogel ist nicht vorhersehbar und muss individuell bewertet werden. „Die Herausforderung auf technischer Sicht ist die Beurteilung von Schäden ohne Vergleichsreferenzen“, erläutert Lohweg. 

Das Vorgehen der Wissenschaftler: Piezosensoren bzw. -aktuatoren, die beim Einlegen der Patch-Lagen in die Reparaturstelle integriert werden, sollen über mechanische Wellen die Defekte in der Reparaturstelle erkennen. Mehrere Sensoren wandeln elektrische Signale um, die dabei auf der Oberfläche der Flugzeugteile Schwingungen abgeben und wiederaufnehmen – sie agieren zugleich als Sender und Empfänger. Nach einem Ampel-Prinzip kann das System schließlich erkennen, ob eine Reparaturstelle gut oder schlecht verklebt wurde und eine Reparaturstellenbeurteilung geben. 

Witte ergänzt: „Im Hinblick auf die Hardwareentwicklung für Prozesselektronik suchen wir darüber hinaus auch nach einer Möglichkeit, den Messvorgang günstig zu gestalten und auszuwerten.“ Bisherige Verfahren der Messtechnik seien sehr teuer.

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