Wie lösen Laser Tracer Probleme in der Luft- und Raumfahrtproduktion?
Die Einzigartigkeit der Laser Tracker-Messungen
Kein anderes Messinstrument als der Lasertracer ermöglicht es Flugzeugherstellern, den gesamten Produktionsprozess abzusichern. Dieses Gerät kann vom Beginn des Projekts bis zur abschließenden Maßkontrolle eingesetzt werden. Aufgrund ihrer extrem hohen Reichweite, Präzision und Geschwindigkeit verschaffen Messungen mit Laser Trackern den Herstellern in der Luft- und Raumfahrtindustrie eine höhere Wettbewerbsfähigkeit, da sie die Kosten erheblich senken. Das liegt daran, dass wir den gesamten Design- und Entwicklungsprozess in die virtuelle Welt verlagern.
Geschichte
Beim Bau eines Flugzeugs ist es schwierig, die Größe der Bauteile mit den Anforderungen an eine präzise Fertigung in Einklang zu bringen. Mehr als jede andere Maschine scheinen Flugzeuge das Sprichwort zu bestätigen, dass ‚der Teufel im Detail steckt‘, denn
kleine Fehler oder Ungenauigkeiten können schwerwiegende nachteilige Folgen haben, wie z.B. einen erhöhten Luftwiderstand oder sogar eine verringerte Reichweite des Flugzeugs. Der Trend im Oberflächenschiffbau geht zu einem einheitlichen Design mit glatten, fließenden Kurven und ohne sichtbare Fugen.
Selbst die früher allgegenwärtigen Nieten verschwinden von den Außenflächen. Prodcuneci ersetzt sie durch Verbundstoffe, die die einzelnen Elemente durchgängig verbinden. Große Strukturen wie Tragflächen, Rümpfe oder Seitenleitwerke ließen sich früher nur schwer mit gleichmäßiger Genauigkeit herstellen, da es an Möglichkeiten fehlte, große Strukturen genau zu messen. Das traditionelle Instrument zur Vermessung von Objekten über 6 m war der Theodolit. Der Theodolit wurde jedoch für Straßen- und Vermessungsarbeiten verwendet, nicht um genau zu bestimmen, wo sich das Ende des Auslegers befindet und wie er geformt ist, wenn die Entfernung 15 oder 30 Meter beträgt und Genauigkeit der Schlüssel zur Aufrechterhaltung der Flugleistung ist. Obwohl Theodolitmessungen recht genau sein können, unterliegen sie dennoch der Interpretation von
und sind daher nicht immer wiederholbar. Außerdem ist der Theodolit langsam und die Messung von mehreren hundert Punkten kann mehrere Tage dauern.
Erst mit dem Aufkommen von Lasertracern wurden präzise, genaue, aber dennoch schnelle und wiederholbare Messungen über große Entfernungen möglich. Laser Tracer, die in wenigen Stunden Daten von Hunderten von Punkten erfassen, haben die Theodoliten verdrängt und
neue Möglichkeiten in der Flugzeugentwicklung, im Modellbau und im Werkzeugbau sowie in der Fertigung und Qualitätskontrolle weltweit eröffnet. Laser Tracker werden häufig zum Ausrichten großer Industriemaschinen wie Metallwalzwerke, Druckmaschinen oder Kraftwerksanlagen eingesetzt, aber man kann durchaus behaupten, dass sie speziell für die Luft- und Raumfahrtindustrie entwickelt wurden.
Vielseitigkeit
Wir können den Laser Tracker sowohl in der Montagehalle als auch in der Fabrik montieren, und seine enorme Reichweite reicht aus, um die Flügel der größten jemals gebauten Flugzeuge genau zu vermessen. Die Bedienung des Geräts ist relativ einfach, aber zur Interpretation der Ergebnisse sind technische Kenntnisse und Erfahrung erforderlich. Der auf einem Stativ montierte Tracker sendet einen Laserstrahl aus, der von einer Markierung reflektiert wird, die an dem zu messenden Punkt angebracht ist. Wenn der Bediener den Tracer von Punkt zu Punkt bewegt, kehrt der Lichtstrahl jedes Mal zum Tracer zurück. Anschließend wird die Entfernung zu jedem dieser Punkte berechnet.
Der Laser Tracker ist mit einem Laptop verbunden, auf dem die Daten der durchgeführten Messungen mit einer CAD-Masterdatei verglichen oder von einem erfahrenen Bediener analysiert werden. Da der Laser Tracker auch über kurze Entfernungen so genau ist, setzen ihn viele Anwender zum Messen kleinerer Teile ein - wobei die größte Abmessung bis zu etwa 1 Meter beträgt. Messungen mit Laser Trackern sind mindestens 20 Mal schneller als mit einem Theodolit. Es ermöglicht den Ingenieuren, häufige Bemaßungsprüfungen durchzuführen, während sie schrittweise Änderungen am Modell oder am Werkzeuglayout vornehmen, und nach jeder dieser Änderungen die Passung des Teils oder der Oberfläche mit dem Tracer zu überprüfen. Der Messzyklus mit Hilfe des Tasters kann nach jeder kleinen Änderung durchgeführt werden, die Korrekturen sind dann gering und ermöglichen es dem Konstruktionsteam und den Werkzeugmachern, schnell zum Endergebnis, der gewünschten Form, zu gelangen.
Herstellung von Werkzeugen
Die Wiederholbarkeit und Austauschbarkeit von Teilen und Baugruppen ist schon seit geraumer Zeit eine Selbstverständlichkeit, doch sind ständig weitere Qualitätsverbesserungen erforderlich. Dazu muss man sich zunächst Gedanken machen und herausfinden, wie man die Komponenten am besten zusammenfügt und verbindet. Auch dem Werkzeugbau wird heute mehr Aufmerksamkeit gewidmet als bei früheren Flugzeuggenerationen, und das gilt sowohl für Metall- als auch für Verbundwerkstoffteile. Tastermessungen sind in dieser Branche von größtem Nutzen bei der Herstellung von Vorrichtungen, der Kalibrierung und der Überwachung von Werkzeugmaschinen.
Instrumentierungskomponenten in der Luft- und Raumfahrtindustrie
Das Grundelement eines Luft- und Raumfahrtinstruments ist sein Rahmen. Es handelt sich um eine robuste Schweißkonstruktion, die in der Regel aus dem gleichen Material wie das zu fertigende Teil besteht. Dies hat zur Folge, dass sich sowohl das Teil als auch der Rahmen bei Temperaturschwankungen gleichermaßen ausdehnen und zusammenziehen. Die anderen Bestandteile des Werkzeugs werden als „Zubehör“ bezeichnet. Die erste Art der Befestigung sind alle Arten von Unterlegscheiben, an denen die Bauteile haften. Die Pads markieren die Stelle, an der
das zu bearbeitende Teil platziert werden soll. Unterlegplatten können je nach Größe und Form des Teils flach (planar) oder frei geformt sein. Außerdem werden spezielle Spannfutter verwendet, um das Werkstück sanft gegen die Unterlegscheibe zu drücken.
Die zweite Art von Vorrichtungen sind die Fixierungselemente, die mit unterschiedlich geformten Stiften ausgestattet sind, die die korrekte Positionierung des Werkstücks auf dem Werkzeug ermöglichen. Die Pads stützen das Teil perfekt, allerdings meist nur in
einer Ebene. Andererseits können Fixierelemente eine reproduzierbare Platzierung der Teile in der Endmontage gewährleisten. Ermöglicht wird dies durch Stifte, die in Löcher oder Längsnuten passen, wodurch die Bewegung in bestimmten Ebenen oder Richtungen eingeschränkt wird. Zusammen bilden die Vorrichtungselemente eine Art Kontrollsystem, das die genaue Umsetzung der Projektdaten garantiert. Wenn der Verfahrenstechniker die Montagevorrichtungen platziert, positioniert er sie zunächst vor und passt dann mithilfe von Laser-Tracker-Messungen ihre Position Detail für Detail an, bis das Ganze mit der CAD-Masterdatei übereinstimmt.