AIRBUS A380 – automatisierte Fertigung von Eckbeschlägen mit dem V-STARS 3D-Messsystem.

„Passt wie angegossen“ ist der Leitsatz der Ingenieure und Techniker von Airbus in Toulouse, die für die Montage des größten Verkehrsflugzeuges der Welt – dem AIRBUS A380 – verantwortlich sind.

Ein sehr wichtiger und technisch nicht unkritischer Schritt während der Montage des „fliegenden Giganten“ besteht in der Verbindung der Tragflächen mit dem Rumpf. Dieser heikle Vorgang erfordert besonders viel Planung und ein hohes Maß an Erfahrungen. Die vielleicht bedeutsamste Maßnahme in diesem Prozess ist die Fertigung von sogenannten „Eckbeschlägen“. Diese komplexen Bauteile dienen dazu, sich an individuelle Formen anzuschmiegen. Sie müssen so genau wie möglich an die vorhandenen Freiformflächen angepasst werden, um die Integration der Flügel-Rumpf-Verbindung zu optimieren.

In diesem Fall müssen alle Kantenteile präzise zum Flugzeug passen, ohne die perfekte Geometrie zwischen Flügel und Rumpf zu beeinflussen. Mit anderen Worten hat jedes Flugzeug seine eigenen, ganz speziellen Eckbeschläge, die individuell in kürzester Zeit hergestellt werden müssen. Insgesamt gibt es 11 Flächen an jeder Seite des A380, also 22 Teile je Flugzeug. Die Vielzahl der benötigten Bauteile und der enge Zeitplan für diesen Montageabschnitt erfordern eine extrem genaue, schnelle und besonders zuverlässige Technik zur Flächenrückführung, um für jede Innenkante (konkave Kanten) die jeweils passenden Beschläge zu fertigen.

22 „Hüllen“ oder Außenhäute müssen für die automatisierte Fertigung und Montage des zugehörigen „Inhaltes“ gemessen werden. Der ganze Vorgang – die dreidimensionale Messung, Konstruktion der Kantenteile, 5-Achsen-Werkzeug Programmierung und die Anpassung der Bauteile – muss innerhalb von 33 Stunden durchgeführt werden.

Zur Lösung dieser beeindruckenden Aufgabe setzt Airbus das photogrammetrische 3D-Messsystem „V-STARS“ ein, um eine „as-built“ Aufnahme der verschiedenen „Hüllen“ für die präzise Flächenrückführung zu ermöglichen. Die Entscheidung für diese Technik war für Airbus sehr einfach, denn „V-STARS“ bewies die erforderliche Genauigkeit, Schnelligkeit, einfache Handhabung und Flexibilität des Messinstrumentes (INCA3 Kamera mit „Wireless LAN Interface“) bei der Bedienung durch die Anwender innerhalb des Flügels. Die einzigartigen Eigenschaften der Photogrammetrie erlauben es, Schwierigkeiten beim Arbeiten in der sehr beengten Umgebung zu überwinden, wobei zudem Vibrationen und Temperaturunterschiede durch die laufende Montage auftreten. Die INCA3 Kamera arbeitet auch unter harten Bedingungen und erreicht präzise Ergebnisse, ohne die permanenten Arbeiten der Montage unterbrechen zu müssen. Ebenso stellt der Einsatz der High-end Kamera keine Gefahr im Zusammenhang mit den allgegenwärtigen hochentzündlichen Reinigungsmitteln dar.

Das folgende Diagramm zeigt die Hauptschritte des Montageprozesses der Beschläge.

Dieses „all-in-one“ System beinhaltet die neueste Generation der digitalen photogrammetrischen Kamera „INCA3“ von Geodetic Systems, Inc (GSI). GSI´s Vertriebspartner in Frankreich und Belgien, Géodésie Maintenance Services, www.geodesie-maintenance.com (GMS), entwickelte speziell angepasste retro-reflektierende Zielmarken, die den Aufbau erheblich vereinfachen (siehe Abbildung: Der Anwender misst im Flügel des Airbus A380). Foto: Airbus.

Die Zielmarken können schnell auf den Oberflächen angebracht und gemessen werden; somit wird die Aufnahme und Berechnung der Daten innerhalb weniger Minuten möglich.

Wichtigster Schritt für die Flächenmessung ist die Aufnahme von ca. 25 - 35 Messbildern. Weil der Raum zum Arbeiten extrem beengt ist, kann der Anwender nicht auf jeder Position durch den Sucher sehen. Die INCA3 erleichtert das korrekte Anzielen durch 2 Laser-Pointer: über einen Knopfdruck kann der Anwender sehen, was die Kamera gerade anvisiert. Sind die Bilder aufgenommen, werden sie über ein kabelloses Netzwerk zum Laptop außerhalb des Arbeitsbereiches übertragen.

Dank einer automatisierten Auswertung und Datenaufbereitung der dreidimensionalen Punktwolke werden Informationen geliefert, die für die Bohrungen und die Fertigung der Oberflächen für die Schnittstelle zwischen Flügel und Rumpf erforderlich sind.

Punkte werden in V-STARS erkannt und dreidimensional gemessen (Foto: Airbus)

Die Ingenieure und Techniker von Airbus Toulouse haben die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine für die Automation optimiert und die damit zusammenhängende Organisation perfektioniert. Die hochgesteckten Ziele wurden erreicht.

Der Erfolg dieser kooperativen Leistung zwischen dem V-STARS Team und Airbus ermöglichte die Übertragung und Integration dieses Systems auch auf den Montageprozess des AIRBUS A340 und A320.

Die INCA3 Kamera

Die INCA3 Kamera, speziell entwickelt und gebaut von GSI für hohe 3D-Messgenauigkeiten, kombiniert einen bewährten ultra-hochauflösenden CCD-Sensor mit einem leistungsfähigen „Bordcomputer“, um Messungen unter schwierigen und instabilen Bedingungen zu ermöglichen. Um diese Leistungen dauerhaft zu erhalten, schaffte GSI nicht nur eine einzigartige optisch-mechanische Stabilität in der Kamera, sondern auch Eigenschaften wie integrierte Blitzsteuerung, eine 10-fache Bildkomprimierung und die kabellose Schnittstelle (WIFI).

Die beengte Messumgebung an den Eckbeschlägen bei Airbus stellt eine gute Herausforderung für das V-STARS System dar. Die INCA3 Kamera ist ebenso geeignet für „Vor-Ort-Messungen“ ausgedehnter Objekte, da es keine Größenbeschränkungen gibt. Das ermöglicht die Anwendung der V-STARS Systeme für Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Schiffsbau, Anlagen- und Maschinenbau usw.

Die mit einer INCA3 entweder „frei Hand“ oder per Fernbedienung aufgenommenen Bilder werden in der mitgelieferten V-STARS Software automatisch ausgewertet und in einen 3D-Datensatz umgewandelt. Dieser Vorgang erfolgt vollautomatisch. Die gemessenen Daten können dann mit den Sollwerten, einem CAD-Datensatz oder vorherigen Messungen verglichen werden (Wiederholgenauigkeit oder Deformationsanalysen).