Sicherheit in der Luftfahrt

Als ein Teil des europäischen Forschungsprogramms »Clean Sky für die Luftfahrt« entwickelte das Fraunhofer ITWM zusammen mit den Partnern Hexagon Metrology (Wetzlar) und Hexagon Technology Center (Heerbrugg, Schweiz) eine integrierte und vollautomatische Lösung zur Oberflächeninspektion und Vermessung von BLISKen.

AMI4Blisk - Oberflächeninspektion und Vermessung von BLISKen

 Inspektion der Oberfläche einer BLISK (Bladed Integrated Disk)
© Foto ITWM

Prototypische Inspektion der Oberfläche einer BLISK (Bladed Integrated Disk) mit zwei Kameras und einer Beleuchtung

Ein wichtiges Bauteil in heutigen Flugzeugtriebwerken sind die Turbinenscheiben, genannt BLISKen (für englisch: bladed disks). Aufgrund der hohen Qualitätsanforderungen in der Flugsicherheit werden BLISKen von Spezialisten über die Dauer von mehreren Stunden visuell und manuell auf Defekte geprüft. Die gefundenen Defekte werden im Anschluss auf den Mikrometer genau vermessen, um eine quantitative Beschreibung zu erhalten. Als ein Teil des europäischen Forschungsprogramms »Clean Sky für die Luftfahrt« entwickelte das Fraunhofer ITWM zusammen mit den Partnern Hexagon Metrology (Wetzlar) und Hexagon Technology Center (Heerbrugg, Schweiz) eine integrierte und vollautomatische Lösung zur Oberflächeninspektion und Vermessung von BLISKen. Bei diesem Vorhaben wollten wir die Sicherheit in der Luftfahrt weiter verbessern.

Im ersten Schritt, der von Hexagon in Wetzlar implementiert wurd, erfolgte die geometrische Vermessung des Bauteils mit einer Koordinaten-Messmaschine (CMM). In Kombination mit dem CAD-Modell einer BLISK liefert das alle Informationen über die Ist-Form und -Geometrie und damit über Abweichungen von definierten Sollwerten der untersuchten BLISK.

Positionsbestimmung der Defekte in 3D-Koordinaten
© Foto ITWM

Eine Herausforderung für die Bildverarbeitung ist die genaue Positionsbestimmung der Defekte in 3D-Koordinaten.

Herausforderungen beim Defekte prüfen

Die Aufgabe des Fraunhofer ITWM war die Entwicklung einer Lösung für den zweiten Arbeitsschritt. Durch mehrere Kameras wird die Oberfläche der BLISK zu 100% abgebildet und auf Defekte geprüft. Ort und Typ (z. B. Riss oder Schlagstelle) der potenziellen Oberflächenfehler werden für weitere Analysen gespeichert. Diese Aufgabe enthielt mehrere Herausforderungen: So muss ein Beleuchtungssystem entwickelt werden, dass alle Fehlertypen auf der BLISK sichtbar macht. Aufgrund der Vielfalt der Fehlertypen war dazu eine Kombination aus mehreren Beleuchtungsverfahren notwendig. Auch war die Freiformoberfläche des Bauteils so komplex, dass es nicht leicht ist, Kamera und Beleuchtung so zu führen, dass tatsächlich die gesamte Oberfläche abgescannt werden konnten. Zusätzlich mussten Kameras und einzelne Beleuchtungen so klein und leicht sein, dass sie durch eine CMM bewegt werden können. Nicht zuletzt musste, um eine robuste Defekterkennung zu gewährleisten, komplexe Algorithmen entwickelt werden, die ohne viele Beispieldaten alle potenziellen Defekte automatisch erkennen.

Defekte klassifizieren und vermessen

In einem dritten Schritt wurden die Defekte klassifiziert und auf Mikrometer genau vermessen. Dazu wurden bei Hexagon in Heerbrugg (Schweiz) ein neuer Sensor zur Defektmessung und -typisierung entwickelt. Grundlage für die Vermessung waren die im zweiten Arbeitsschritt ermittelten Positionen der potentiellen Defekte. Aus den Ergebnissen des vorherigen Schrittes wurde automatisch ein Programm zur Vermessung aller Defekte mit einer zweiten CMM erzeugt. Diese Messungen ergeben dann eine quantitative Beschreibung der möglichen Defekte. In Fällen, in denen ein Defekt fraglich ist, muss die Inspektion weiterhin durch einen Fachmann überprüft werden.

 

Kooperationspartner

  • Hexagon Metrology GmbH, Laufzeit: 2012-2015

 

 

Weitere Kontakte

  • Clean Sky - SAGE - Sustainable And Green Engines
  • MTU Aero Engines - Industriepartner

 

 

Inspektion der Oberfläche einer BLISK
© Foto ITWM

Inspektion der Oberfläche einer BLISK.