Entwicklung des Fraunhofer Instituts 07.05.2014, 10:52 Uhr

Prüfroboter mit Sensorarm macht Montage von Flugzeugen sicherer

Ein Roboterarm des Fraunhofer Instituts entlarvt auch kleinste Fehler, die sich bei der Montage eines Flugzeugrumpfes einschleichen können. Es scannt Bauteile in Sekundenschnelle mit einem Sensorkopf und gleicht ihren Montagezustand mit Soll-Werten aus einer Datenbank ab. Die Kontrolle der tausenden Flugzeugbauteile könnte mit seiner Hilfe zukünftig wesentlich schneller und zuverlässiger funktionieren. 

Der Roboterarm kann bis zu elf Meter lange Bauteile inspizieren. In Sekundenschnelle macht der Sensorkopf Bildaufnahmen aller Verbindungspunkte und vergleicht sie mit Soll-Werten in einer Datenbank. 

Der Roboterarm kann bis zu elf Meter lange Bauteile inspizieren. In Sekundenschnelle macht der Sensorkopf Bildaufnahmen aller Verbindungspunkte und vergleicht sie mit Soll-Werten in einer Datenbank. 

Foto: Fraunhofer IFF

Passagierflugzeuge wie der Airbus A 380 sind individuelle Einzelstücke. Fast keins der 324 bisher gelieferten Exemplare des größten zivilen Verkehrsflugzeugs ist identisch. Das hat einen guten Grund. Denn jede Fluggesellschaft legt Wert auf individuelle Innenausstattung und lässt die Flieger an ihre speziellen Bedürfnisse anpassen. Die eine Airline wirbt mit der komfortablen großen Beinfreiheit, die andere quetscht noch ein paar Sitzreihen mehr in die gut 50 Meter lange Kabine.

Dieser Trend zur Individualisierung setzt sich nahtlos fort bei Anzahl und Position der Monitore sowie in Verteilung und Größe der Gepäckflächen und Lüftungsanlagen. Dies führt dazu, dass ein Serienflugzeug wie der A380 eine individualisierte Produktion mit tausenden Klein- und Kleinstelementen ist, die an den jeweiligen Großbauteilen stets aufs Neue positioniert und montiert werden müssen.

Qualitätskontrolle des Flugzeugrumpfes erfolgt bislang weitestgehend manuell

Das erschwert die anschließende Qualitätskontrolle extrem. Beim Superjumbo zum Beispiel ist die Anzahl der zu prüfenden Teile gigantisch. Jede der 20 Rumpfschalen eines A 380 wird von bis zu 40.000 Nieten zusammengehalten. Es sind bis zu 2500 Anbauteile, die jeweils auf Richtigkeit überprüft werden müssen. Dafür entnehmen die Werker bisher die Vorgaben aus Papierunterlagen und gleichen dann manuell Stück für Stück ab. Die Fehlerkontrolle ist somit enorm aufwändig und eine nachträgliche Korrektur mitunter extrem teuer.

Jede der zwanzig Rumpfschalen eines Airbus A380 wird von bis zu 40.000 Nieten zusammengehalten. Bei der Qualitätskontrolle soll der Roboterarm des Fraunhofer-Instituts zukünftig Zeit sparen. 

Jede der zwanzig Rumpfschalen eines Airbus A380 wird von bis zu 40.000 Nieten zusammengehalten. Bei der Qualitätskontrolle soll der Roboterarm des Fraunhofer-Instituts zukünftig Zeit sparen. 

Quelle: Airbus

Jetzt bekommen die Werker einen Roboter an die Seite gestellt, der mit einem automatischen Prüfsystem die Fehler im Montageprozess zuverlässig aufspürt. Entwickelt haben diesen Prüfroboter Forscher vom Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und –automatisierung (IFF) in Magdeburg im Auftrag des Flugzeugbauers Premium Aerotec.

Roboterarm mit Sensorkopf scannt tausende Bauteile

Das Prüfsystem besteht im Wesentlichen aus einem Roboterarm, der mit einem eigens entwickelten Sensorkopf verbunden ist. Er besteht aus Bildsensoren und dreidimensional messenden Sensoren und fährt automatisch alle relevanten Prüfmerkmale an den Rumpfschalen ab. Das sind je nach Superjumbo bis zu 5000 Stück. Der Sensorkopf liefert genaue Messdaten über den Montagezustand der Anbauteile. Das System ist gespeist mit den vorliegenden Computer-aided-Design-Daten (CAD) der Rumpfschale. Dort sind sämtliche Koordinaten der Prüfpositionen und das Soll-Ergebnis hinterlegt.

Nun überlagert das System die realen Messdaten mit den virtuellen Vorgaben. Bildausschnitt und Aufnahmewinkel für die realen Messdaten berücksichtigt das System automatisch. Wenn virtuelle und reale Messdaten zusammenpassen, sind die darauf abgebildeten Bauteile offenbar richtig montiert. Das honoriert das System, indem es die Bauteile virtuell in Grün als fehlerfrei markiert.

Der Superjumbo A380 von Airbus ist das größte zivile Verkehrsflugzeug der Welt. Es ist für bis zu 853 Passagiere zugelassen. 

Der Superjumbo A380 von Airbus ist das größte zivile Verkehrsflugzeug der Welt. Es ist für bis zu 853 Passagiere zugelassen. 

Quelle: Airbus

So arbeitet sich der Roboterarm systematisch durch alle Prüfpunkte. Findet er dabei Unstimmigkeiten, werden sie rot markiert, bemerkt das System Unklarheiten, gibt es für die aktuelle Prüfposition einen gelben Marker.

In einem Prüfprotokoll kann sich der Werker alle Auswertungen anzeigen lassen. Das Prüfprotokoll ist so leicht und interaktiv zu bedienen wie eine Smartphone-App. Das System liefert seinem Bediener dabei nicht nur die Fotos der Bauteile, sondern praktischerweise auch gleich die passenden Koordinaten. So hat er die vakante Stelle schnell gefunden und kann den Fehler korrigieren.

Prüfzeit sinkt von zwölf auf drei Stunden 

Die Roboterunterstützung spart Zeit: Statt acht bis zwölf Stunden benötigt man nur etwa drei Stunden, um den richtigen Sitz jedes Teils zu überprüfen. Das System braucht nur etwa fünf Sekunden pro Bildaufnahme und noch einmal drei Sekunden für die Auswertung der Position. Es analysiert problemlos bis zu elf mal sieben Meter große Bauteile.

Zudem ist das System lernfähig: Es speist die entdeckten Fehler in eine Datenbank ein und deckt so auf, an welchen Montagepunkten sich die Fehler häufen. Somit gibt es den Monteuren wertvolle Hinweise auf Schwachstellen im Montageablauf. Im Juni ist die neue Systemtechnologie der Fraunhofer-Forscher auf der Fachmesse Automatica in München zu sehen.

Von Detlef Stoller
Von Detlef Stoller

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