Eine falsche Verschraubung oder ein kleiner Patzer beim Bohren oder Nieten und schon ist es passiert: Der Flugzeugrumpf oder die Tragfläche unterscheidet sich jetzt in einem klitzekleinen Detail von den Vorgaben des Konstruktionsplanes. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und Automatisierung in Magdeburg haben ein optisches Prüfsystem entwickelt, mit dem solche Fehler während der Montage erkannt und beseitigt werden können. Entwicklungsingenieur Ralf Warnemünde beschreibt das Grundprinzip des Prüfsystems so.
"In einer modernen Produktion haben wir einen digitalisierten Entwurfsprozess, das heißt, der Konstruktionsprozess ist vollständig digitalisiert in 3-D. Und mit der Erstellung des Modells, mit der Erstellung der Konstruktionsdaten liegen für uns alle Informationen vor, die wir für die Prüfung brauchen. Das heißt, aus den Konstruktionsdaten kann ich einen Prüfablauf generieren, der mit zunächst sagt, in welcher Reihenfolge muss ich wo schauen, ist welches Bauteil vorhanden. Und er gibt auch genau vor, wo muss es sein, in welcher Orientierung muss es sitzen."
Ein auf Robotern sitzendes automatisches Kamerasystem nimmt dabei viele Hundert Fotos zum Beispiel von einem Flugzeugrumpf auf. Das Prüfsystem vergleicht diese Fotos mit Bildern, die ein Computer aus den Konstruktionsdaten, den sogenannten CAD-Daten, errechnet hat. Ralf Warnemünde.
"Das sind Bilder, die aus den CAD-Daten entstehen. Und damit sind wir in der Lage, ein ähnliches Abbild zu schaffen, wie es die Kamera sieht. Und damit haben wir eine sehr gute Vergleichsbasis, die sehr flexibel ist."
Bisher arbeiten die Qualitätskontrolleure mit Sichtprüfungen, schauen sich also die montierten Bauteile genau an und vergleichen sie mit den gezeichneten Konstruktionsplänen. Oder es werden Bilder von bereits fertiggestellten Flugzeugen derselben Baureihe genommen und mit den frisch montierten Bauteilen verglichen. Das Magdeburger System simuliert solche fertigen Flugzeuge einfach anhand der dreidimensionalen Daten aus den Konstruktionsplänen und errechnet virtuelle Bilder der Bauteile.
"Da gibt es einen sogenannten Prüfplanungsprozess, der in der Arbeitsvorbereitung gemacht wird. Das heißt, ein Arbeitsvorbereiter kann mit diesen Konstruktionsdaten eigentlich diese Prüfplanung durchführen. Das heißt, er kann diese Solldaten am Computer generieren, sie dem Messsystem übermitteln. Das Messsystem bekommt quasi einen Plan, eine Prüfaufgabe, eine Prüfreihenfolge und auch gleich die Vergleichsdaten, mit denen es prüfen soll, um quasi die Gut-Schlecht-Aussage daraus generieren zu können."
Die Gut-Schlecht-Aussage, das ist das eigentliche Prüfergebnis. Sind die Bauteile alle fehlerfrei so montiert worden, wie der Konstruktionsplan das vorgegeben hat? Oder hat jemand bei der Montage gepatzt? Auch sehr kleine Fehler erkennt das Prüfsystem sofort, zum Beispiel Risse, die durch einen falschen Nietansatz entstanden sind. Das ist im Flugzeugbau wie im Schiffbau ein immer wieder auftretender Montagefehler. In solchen Fällen werden die realen Bilder mit virtuellen Bilder aus den Konstruktionsdaten im Makrobereich verglichen.
"Bei einem optischen System reden wir davon, wie groß ist der Sichtbereich. Ich kann das nach oben und ich kann das nach unten skalieren."
So kann Meter für Meter eine Tragfläche kontrolliert werden oder Millimeter für Millimeter die Umgebung einer Klammer. Erkennt das automatische optische Prüfsystem einen Montagefehler, schlägt es Alarm. Und der Monteur sieht sofort, was er falsch gemacht hat und kann den Fehler verbessern. Im Sommer soll das Prüfsystem der Magdeburger Wissenschaftler an die Industrie ausgeliefert werden. Nicht nur die Flugzeugbauer interessieren sich dafür, auch im Schiffbau und in den Automobilfabriken kann das System die Fehlerquoten dramatisch senken.
"In einer modernen Produktion haben wir einen digitalisierten Entwurfsprozess, das heißt, der Konstruktionsprozess ist vollständig digitalisiert in 3-D. Und mit der Erstellung des Modells, mit der Erstellung der Konstruktionsdaten liegen für uns alle Informationen vor, die wir für die Prüfung brauchen. Das heißt, aus den Konstruktionsdaten kann ich einen Prüfablauf generieren, der mit zunächst sagt, in welcher Reihenfolge muss ich wo schauen, ist welches Bauteil vorhanden. Und er gibt auch genau vor, wo muss es sein, in welcher Orientierung muss es sitzen."
Ein auf Robotern sitzendes automatisches Kamerasystem nimmt dabei viele Hundert Fotos zum Beispiel von einem Flugzeugrumpf auf. Das Prüfsystem vergleicht diese Fotos mit Bildern, die ein Computer aus den Konstruktionsdaten, den sogenannten CAD-Daten, errechnet hat. Ralf Warnemünde.
"Das sind Bilder, die aus den CAD-Daten entstehen. Und damit sind wir in der Lage, ein ähnliches Abbild zu schaffen, wie es die Kamera sieht. Und damit haben wir eine sehr gute Vergleichsbasis, die sehr flexibel ist."
Bisher arbeiten die Qualitätskontrolleure mit Sichtprüfungen, schauen sich also die montierten Bauteile genau an und vergleichen sie mit den gezeichneten Konstruktionsplänen. Oder es werden Bilder von bereits fertiggestellten Flugzeugen derselben Baureihe genommen und mit den frisch montierten Bauteilen verglichen. Das Magdeburger System simuliert solche fertigen Flugzeuge einfach anhand der dreidimensionalen Daten aus den Konstruktionsplänen und errechnet virtuelle Bilder der Bauteile.
"Da gibt es einen sogenannten Prüfplanungsprozess, der in der Arbeitsvorbereitung gemacht wird. Das heißt, ein Arbeitsvorbereiter kann mit diesen Konstruktionsdaten eigentlich diese Prüfplanung durchführen. Das heißt, er kann diese Solldaten am Computer generieren, sie dem Messsystem übermitteln. Das Messsystem bekommt quasi einen Plan, eine Prüfaufgabe, eine Prüfreihenfolge und auch gleich die Vergleichsdaten, mit denen es prüfen soll, um quasi die Gut-Schlecht-Aussage daraus generieren zu können."
Die Gut-Schlecht-Aussage, das ist das eigentliche Prüfergebnis. Sind die Bauteile alle fehlerfrei so montiert worden, wie der Konstruktionsplan das vorgegeben hat? Oder hat jemand bei der Montage gepatzt? Auch sehr kleine Fehler erkennt das Prüfsystem sofort, zum Beispiel Risse, die durch einen falschen Nietansatz entstanden sind. Das ist im Flugzeugbau wie im Schiffbau ein immer wieder auftretender Montagefehler. In solchen Fällen werden die realen Bilder mit virtuellen Bilder aus den Konstruktionsdaten im Makrobereich verglichen.
"Bei einem optischen System reden wir davon, wie groß ist der Sichtbereich. Ich kann das nach oben und ich kann das nach unten skalieren."
So kann Meter für Meter eine Tragfläche kontrolliert werden oder Millimeter für Millimeter die Umgebung einer Klammer. Erkennt das automatische optische Prüfsystem einen Montagefehler, schlägt es Alarm. Und der Monteur sieht sofort, was er falsch gemacht hat und kann den Fehler verbessern. Im Sommer soll das Prüfsystem der Magdeburger Wissenschaftler an die Industrie ausgeliefert werden. Nicht nur die Flugzeugbauer interessieren sich dafür, auch im Schiffbau und in den Automobilfabriken kann das System die Fehlerquoten dramatisch senken.