Automatisierte Ultraschalluntersuchung von CFK-Strukturen mit integrierten Funktionsträgern

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) sind aufgrund ihrer hohen Designflexibilität und ihrer außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften im Flugzeugbau nicht mehr weg zu denken. Der Aufbau des Materials aus einzelnen Lagen ermöglicht es lokale, lastpfadgerechte Verstärkungen und Sensorik in das Laminat zu integrieren, um somit etwa der örtlichen Beanspruchung Rechnung zu tragen oder einen hohen Leichtbaugrad zu realisieren. Daher wurden am Fraunhofer IWU Funktionsträger in unterschiedlichen Varianten entwickelt, mithilfe einer Tape-Lege Anlage gefertigt und zwischen multiaxialen Carbonfaser-Halbzeugen eingebracht und qualifiziert. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Funktionsträger hinsichtlich Positioniergenauigkeit und Ausrichtung in der Struktur, erfolgte die Entwicklung einer roboterbasierten Ultraschalluntersuchung mit automatischem Datenmanagement. Dabei wurden ein kollaborierender Roboter eingesetzt, um den Ultraschallsensor über das Bauteil zu führen und neue Wege hinsichtlich Auswertung sowie Datenmanagement beschritten. Die Untersuchung unterschiedlicher Parameter wie Prüfgeschwindigkeit, Rasterweite und die Fokussierung des Sensors, erlaubte die Ableitung von Standards, sowie die Gestaltung eines hocheffizienten zerstörungsfreien Prüfprozesses mittels Ultraschall-Analyse. Dadurch lassen sich die hohen Anforderungen aus der Luftfahrt erfüllen und Kosten durch automatische Inspektion und Bewertung deutlich reduzieren. Die innovativen Funktionsträger der Tape-Lege Anlage liefern darüber hinaus beste Voraussetzungen für die Integration in CFK-Luftfahrtstrukturen von morgen.