Optische 3D-Messtechnik bei Reiser Systemtechnik

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Anhand von Scan-Daten kann Reiser Systemtechnik Hubschrauber-Schulungsgeräte realitätsgetreu und schnell nachbilden. Dieses Vorgehen spart nicht nur Zeit und Kosten, sondern gewährleistet auch eine hohe Genauigkeit. Denn die Hubschrauber-Nachbauten werden sowohl während der Montage als auch nach dem Zusammenbau mittels optischer Messtechnik auf ihre Qualität hin überprüft (Bild 1).

Ausbildung direkt am Objekt

Um Einsatzzeiten von Militärhubschraubern so hoch wie möglich zu halten, müssen anfallende Wartungsarbeiten zuverlässig und schnell ausgeführt werden. Voraussetzung dafür ist eine praxisnahe Ausbildung sowie regelmäßige Trainings – am besten direkt am Objekt. Allerdings gibt es genau dort ein Problem: Die NATO-Transporthubschrauber vom Typ NH90 sind meist im Einsatz und stehen der Wartungscrew für Trainingszwecke selten bis gar nicht zur Verfügung. Damit das Trainingsprogramm dennoch realitätsnah und dauerhaft umgesetzt werden kann, haben sich die deutschen und französischen Streitkräfte an die Reiser Systemtechnik GmbH aus Berg-Höhenrain gewandt. Das Unternehmen aus Oberbayern wurde aufgrund seiner Erfahrungen im Bereich trainingsgerechter Nachbildungen komplexer Militärsysteme beauftragt, fünf Hubschrauber-Schulungsgeräte, sogenannte Rigs, zu liefern – vier Heeresversionen und eine Marineversion. (Bild 1)
Die Rigs bilden den Hubschrauber exakt ab. Sie bestehen aus Faserverbundwerkstoffen sowie Aluminium und verfügen über die ausbildungsrelevanten Aggregate. In den Rigs können Wartungsarbeiten sowie Ein- und Ausbauten realitätsgenau trainiert werden. Dabei erfolgen die Arbeiten am Trainingsobjekt strikt nach den militärischen Wartungshandbüchern, weswegen alle Bauteile am Schulungsobjekt sehr realitätsgetreu nachgebildet sein müssen. Durch das Training wird der Zeitaufwand für anfallende Arbeiten reduziert und eine niedrigere Fehlerquote beim Tausch von Aggregaten erreicht. „Wir bieten unseren Kunden vor allem Verfügbarkeitsvorteile, denn Trainingsmittel können nicht in den Einsatz geschickt werden. Zudem sind sie für die Ausbildung finanziell wesentlich attraktiver als ein originaler NH90-Hubschrauber“, sagt Dr. Martin Wilke, Abteilungsleiter Projekte und Systems Engineering.

Bauteile berührungslos gescannt

Vor dem Aufbau der Schulungsobjekte wurden in einer Studie zunächst die genauen Trainingsbedürfnisse ermittelt. Das Anforderungsprofil der NH90-Rigs umfasste schließlich mehr als 1.200 Wartungsaufgaben. Im Vordergrund stehen dabei Tätigkeiten wie Ausbau, Reparatur und Einbau der für die Nutzung des Hubschraubers relevanten Teile.
Für den Aufbau des Trainingshubschraubers werden mit dem ATOS-Triple-Scan-3D-Digitalisierer von GOM zunächst alle Bauteile und Aggregate des Original-Helikopters berührungslos und vollflächig gescannt – von kleinen Schrauben bis hin zu großen Karosserieteilen, von Aluminiumkomponenten bis hin zu glasfaserverstärkten Kunststoffen. Die dreidimensionalen Scandaten werden anschließend als STL-Netze in CAD-Systeme überführt und dort über eine Flächenrückführung rekonstruiert. Dabei werden auch entsprechende Simulationen mit FEM-Berechnungen ausgeführt. (Bild 2)
Bei der Endmontage findet eine erneute 3D-Vermessung statt, um einerseits die korrekte Positionierung der Einzelteile zueinander zu gewährleisten, und andererseits auch Einzelkomponenten unter Belastung zu prüfen. Auch bei diesem Prozess wird der ATOS Triple Scan von GOM eingesetzt. „Bei der Prüfung der Ausrichtung der Hubschrauber-Spanten auf der Montagelehre sowie bei der Positionierung der Außenhautschalen auf den Spanten leistete uns der ATOS Triple Scan mit seinem 2.000 Millimeter Messvolumen und dem GOM-Taster mehr als wertvolle Dienste“, berichtet Sylvain Rid, Projektleiter NH90-Maintennance Training Rig. „Wir haben dadurch in der Montage die Zeit drastisch kürzen und die Genauigkeit signifikant steigern können.“ (Bild 3)

3-in-1-Sensorsystem

Der eingesetzte optische 3D-Digitalisierer ATOS Triple Scan besitzt zwei Messkameras mit einer Auflösung von bis zu zwölf Megapixeln. Gegenüber herkömmlichen taktilen Koordinaten-Messgeräten, die nur einzelne Punkte tasten, vermessen optische 3D-Messsysteme wie ATOS die komplette Oberfläche eines Bauteiles. Dies geschieht nach dem Prinzip der Triangulation: Mittels einer Projektionseinheit werden Streifenmuster auf das zu vermessende Objekt projiziert und mit zwei Kameras erfasst. Millionen Messpunkte mit feinsten Details werden so in wenigen Sekunden berührungslos ermittelt. Die ATOS-Software berechnet daraus automatisch die 3D-Koordinaten in Form einer hochauflösenden Punktewolke (STL-Netz). Dabei arbeiten die 3D-Digitalisierer mit der Blue Light Technology. Durch das schmalbandige blaue Licht der Projektionseinheit kann der Scanner präzise Messungen unabhängig von den Lichtverhältnissen der Umgebung und auch von glänzenden Oberflächen vornehmen.
Bei ATOS Triple Scan handelt es sich um ein 3-in-1-Sensorsystem: Die rechte und linke Kamera werden nun einzeln in Kombination mit dem Projektor eingesetzt. Daraus resultieren drei Sensoren mit verschiedenen Perspektiven auf das Bauteil, so dass drei Ansichten während eines Scans erfasst werden statt nur einer. Die Messung läuft damit schneller ab, da die Zahl der Einzelscans selbst bei komplexen Bauteilen deutlich reduziert wird. Das Scannen in tiefe Taschen ist ein zusätzlicher Vorteil dieses Konzeptes. Zu den Anwendungsgebieten des 3D-Digitalisierers gehören die Qualitätskontrolle, Reverse Engineering, Rapid Prototyping, CNC-Bearbeitung und Digital Mock-Up. (Bild 4)

Vielseitigkeit war entscheidend

Im Zuge des Auswahlprozesses hatte Reiser neben GOM zwei weitere Anbieter getestet. „Diese beiden Produkte waren nicht in der Lage, unsere Anforderungen in punkto Genauigkeit und Vielseitigkeit – sehr große Objekte bis sehr kleine Objekte – abzudecken“, erklärt Dr. Martin Wilke. Im Gegensatz dazu habe das GOM-System alle gestellten Anforderungen erfüllt, beispielsweise bei der punktuellen Positionsprüfung mittels optisch getracktem Taster, aber auch bei der 3D-Oberflächenerfassung zur Analyse der Außenhaut auf mögliche Deformationen (Bild 4). Ein wichtiger Grundsatz für das Unternehmen war dabei, dass das Messsystem alle Bedürfnisse erfüllen sollte. „In diesem Sinne stellte insbesondere die vielseitige Einsetzbarkeit in unterschiedlichen Kundenprojekten des ATOS-3D-Digitalisierers ein ausschlaggebendes Argument dar“, so Wilke. Seine Mobilität und Flexibilität beweist das Messsystem im Übrigen auch im mobilen Einsatz bei Lieferanten und Kunden vor Ort.
 Der erste Trainingshubschrauber wurde bereits fertiggestellt und an die Technische Schule der deutschen Luftwaffe in Fassberg ausgeliefert. Weitere vier Modelle werden folgen. Im Anschluss an erste Tests, zum Beispiel des NH90-Triebwerks, war die Rückmeldung der Streitkräfte bezüglich Qualität, Nutzbarkeit für das Training und Realitätsnähe sehr positiv. (Bild 5) Auch die Wirtschaftlichkeit des Projekts erfüllt die Erwartungen, denn das Einsparpotenzial durch die Schulungsobjekte ist signifikant – Original-Trainingshubschrauber sind bis zu 70 Prozent teurer. Daher ist geplant, dieses bisher einzigartige Vorgehen auch für andere militärische und zivile Systeme zu nutzen, bei denen Wartungsaufgaben trainiert werden müssen.  (anm)

  • Die NATO-Transporthubschrauber vom Typ NH90 sind meist im Einsatz und stehen der Wartungscrew für Trainingszwecke selten bis gar nicht zur Verfügung. Als Schulungsobjekte werden daher realitätsgetreue Nachbildungen genutzt.
  • Bei der Endmontage der Schulungsgeräte findet eine erneute 3D-Vermessung mit dem ATOS Triple Scan statt. Dabei wird auch die korrekte Positionierung der Einzelteile mittels optisch getracktem Taster punktuell geprüft.
  • Der erste Trainingshubschrauber wurde bereits fertiggestellt und an die Technische Schule der deutschen Luftwaffe in Fassberg ausgeliefert. Weitere vier Modelle werden folgen.
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