Erkennen von Kantenschädigungen beim Fräsen von CFK

Das Entstehen von Kantenschäden durch gekapselte Großmaschinen des Flugzeugbaus beim Fräsen von Großbauteilen aus CFK (carbonfaserverstärkten Kunststoffen) ist derzeit nur schwer erkennbar.

Werden solche Schädigungen – beispielsweise bedingt durch Werkzeugverschleiß – zu spät entdeckt, ist eine sehr aufwendige Nachbearbeitung der extrem teuren CFK-Großbauteile erforderlich. Im schlimmsten Fall muss das Großbaubauteil als Ausschuss verworfen werden. Die Schädigungen verursachen dadurch nicht nur einen unter Umständen erheblichen finanziellen Schaden, sondern auch einen hohen Zeitverlust in der Produktion.

Quality-Monitoring-System im Produktionsprozess

Unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Hintze, Institut für Produktionsmanagement und -technik (IPMT) der Technischen Universität Hamburg (TUHH), entwickelte Parth Rawal im Rahmen seiner Masterarbeit ein ganzheitliches sensorbasiertes Online-Quality-Monitoring-System zur optischen Detektion solcher Kantenschädigungen.

Das System arbeitet mit einem Laser-Triangulations-Liniensensor, der unmittelbar hinter der Frässpindel montiert ist und nicht nur Faserüberstände, sondern auch kantennahe Delaminationen mit hoher Auflösung erkennt.

Weil sowohl die Aufnahme als auch die automatisierte Auswertung der Messwerte mittels verschiedener Algorithmen in Echtzeit (online) ablaufen, eignet sich das Verfahren, um die Parameter des Fräsprozesses kontinuierlich nachzuführen und zu unterbrechen, bevor das Bauteil durch ein zu stark verschlissenes Fräswerkzeug geschädigt wird.

Für diese Masterarbeit mit dem Titel „Sensor Based Online Monitoring System for Detection of Milling Defects on CFRP Structures“ erhielt Parth Rawal, Wissenschaftler am Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) den „MT Aerospace Innovationspreis“ auf dem Deutschen Luft- und Raumfahrtkongress 2018.

„Die Masterarbeit von Herrn Rawal beeindruckt gleichermaßen durch das methodische Vorgehen, die wissenschaftliche Exzellenz der entwickelten Auswerteverfahren und durch die ingenieurmäßige Umsetzung in einen Demonstrator.“
(Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Hintze, IPMT, TUHH)

Den prototypischen Aufbau und die erfolgreiche Erprobung des Systems in anwendungsnaher Produktionsumgebung realisierte Rawal in enger Zusammenarbeit mit dem Bereich Automatisierung und Produktionstechnik des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM im Forschungszentrum CFK NORD in Stade unter der Leitung von Dr. Dirk Niermann.

Bild oben: Versuchsaufbau mit Roboter, Fräsendeffektor und integriertem Laser-Triangulations-Liniensensor am Fraunhofer IFAM in Stade.

Quelle und weitere Infos: Fraunhofer IFAM