Composite-Prüfung Roboter-Duo fühlt Verbundwerkstoffen auf den Zahn

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Der Leichtbau mit glas- oder carbonfaserverstärkten Kunststoffen boomt in Zeiten des Energiesparens. Doch wie erkennt man einen Strukturschaden am Bauteil? Hier die Antwort!

Werden Faserverbundbauteile (Composites), wie etwa eine Flugzeug-Tragfläche durch Vogelschlag demoliert, sind mögliche Strukturschäden mit herkömmlichen Methoden der zerstörungsfreien Prüfung oft kaum zu erkennen. Zwei neue autonome, aber synchron arbeitende, Forschungsroboter namens James (Joines Automatic Material Evaluation System) und Maid (Mobile Automatic Inspection Device) am Institut für Kunststofftechnik (IKT) sollen Abhilfe schaffen und die Prüftechnik für multifunktionale Hochleistungswerkstoffe automatisieren sowie optimieren.

Luftultraschall offenbart Schadensdimension

Mit leisem Surren hebt James seinen Roboterarm und greift sich einen Werkzeugkopf. Fast tänzerisch bewegt er sich damit frei durch den Raum und platziert das Tool vor einer Glasfaserplatte, in der eine kleine Macke zu erkennen ist, wie die IKT-Wissenschaftler beschreiben. Mit der gleichen Bewegung setzt sich Sekunden später am anderen Raumende Maid in Bewegung und bringt ein entsprechendes Werkzeug auf der anderen Seite der Platte in Position – und zwar direkt gegenüber von James. Gemeinsam rastern die beiden dann die Platte mit Luftultraschall, wobei es kein gelartiges Koppelmittel wie bei der medizinischen Untersuchung braucht, Punkt für Punkt nach Strukturanomalien ab. Minuten später erscheint auf dem Bildschirm nebenan blau auf türkis ein Fleck, der das wahre Ausmaß eines Schadens erkennen lässt. Und der ist weitaus größer und geht viel tiefer in die Struktur der Platte, als man von außen hätte vermuten können.

Wäre das unentdeckt geblieben, hätte es durchaus zu ernsten Problemen in Einsatz führen können.

Händische Prüfmethoden stoßen an ihre Grenzen

James und Maid gehören zu einer flexiblen Dualroboteranlage, die im Rahmen einer DFG-Großgeräteförderung am IKT unter der Leitung von Professor Marc Kreutzbruck errichtet wurde. Zwei typische Butlernamen habe man ihnen gegeben. Und den Experten gewisse Arbeiten abnehmen, sollen die beiden elektromechanischen Schadensschnüffler ja tatsächlich. Denn bisher mussten bei der zerstörungsfreien Prüfung mit Ultraschall speziell ausgebildete Personen das Prüfteil von Hand abscannen, wie es heißt.

Doch Faserverbundbauteile würden immer größer und ihre Formen komplexer. Die händische Prüfung gerate aufwandsmäßig dann schnell an ihre Grenzen und auch die Konzentrationsfähigkeit des Prüfers lasse mit der Zeit nach, weshalb es zu Fehlinterpretationen kommen könne. Dazu kommt die zunehmende Flexibilität in der Produktion, bei der unter Umständen jedes Werkstück individuell ist und in einer Produktionsanlage seinen eigenen Weg geht, wie die Experten anmerken. Dann muss nämlich auch die Abschlussprüfung an jedem individuellen Werkstück an jedem Punkt im Raum möglich sein.

James und Maid wiegen übrigens je rund vier Tonnen! Doch sie lassen sich auf Luftkissen gut frei im Raum bewegen, betonen die Wissenschaftler. Wo genau sich die beiden gerade befinden, verrät dabei ein laserbasiertes Trackingsystem.

So arbeiten die beiden Robot-Qualitätsprüfer zusammen

James sendet die Prüfsignale, Maid, der dafür mit hochsensibler Messtechnik ausgestattet ist, empfängt sie und wertet sie aus. Die Prüfung umfasst drei Ebenen, führen die IKT-Forscher weiter aus. So könne die Roboterplattform Fehler lokalisieren und auch deren Größe und Struktur bestimmen. Man kann so aber auch Materialien charakterisieren und die Zuverlässigkeit einer Prüfaussage einordnen. Das Roboter-Duo hilft also bei der Entscheidung, ob ein Bauteil betriebstauglich ist, kann aber auch dessen Lebensdauer prognostizieren.

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