Automatisierte Serienkontrolle Im Grossen Massstab

Snecma Propulsion Solide - Le Heillan

Snecma Propulsion Solide entwirft, produziert und vermarktet Raketentriebwerke und komposite Materialien für die Rüstungsindustrie, die Luft- und Raumfahrtbranche und andere Industrien. Innerhalb der nationalen strategischen Verteidigungsprogramme Frankreichs M45 und M51 und auch für europäische Raumfahrtprojekte wie Ariane 5 und Vega ist Snecma ein Industrieunternehmen ersten Ranges.

Snecma Propulsion Solide ist führend in der Herstellung von Düsen und Antriebssystemen für strategische und taktische Flugkörper sowie Trägerraketen und Jagdflugzeuge. Auch Hochleistungskomposite für Raketen-, Flugzeugund militärische Antriebe, Geräte und Ausrüstungen für Industriebetriebe (thermische Behandlung, Halbleiter, Glashütten oder Chemie) oder Sensoren für Raumfahrtund militärische Raketen, Satelliten, Prüfstände oder Atomkraftwerke werden produziert.

In den Bereichen Rüstung und Luftfahrt steht und fällt alles mit der Präzision bei der Herstellung und beim Zusammenbau der Teile. Damien Darriet betreut den Service Methoden und Verfahren der nicht-destruktiven Dimensionskontrolle bei Snecma Propulsion Solide. Die Aufgabe dieses Services ist die Entwicklung von Lösungen für die Dimensionskontrolle und Materialprüfung und bestehende Mittel anzupassen, um sie so für die Anwender so einfach wie möglich zu gestalten. Damien Darriet präzisiert: “Der Takt der Dimensionskontrolle bei Snecma Propulsion Solide wird von vergleichsweise aussergewöhnlichen Zwängen bestimmt. Die pyrotechnischen Anforderungen sind unheimlich streng. Und es ist zum Beispiel verboten, dass mehr als fünf Personen an einem Gerät arbeiten. Die Vorgaben an die Präzision sind genauso. Die interne Regel fordert, dass die Messunsicherheit des Messgerätes (Standardabweichung) mindestens dem Toleranzintervall durch 16 entspricht. Schliesslich begrenzt auch die schiere Grösse der Geräte – bis zu 12 Meter Höhe und 50 Tonnen Gewicht – die Möglichkeiten, welche Messgeräte wir einsetzen.”

Oberstes Ziel: Zeitersparnis im Messzyklus

Als Snecma Propulsion Solide diese strategische Aktivität startete, entsprachen nur Theodolite den Anforderungen, die durch die Abmessungen der Geräte entstanden. Die ersten installierten Modelle waren Theodolite von Kern, die auf Konstruktionen angebracht waren, mit denen die Koordinaten von Punkten auf den Geräten in räumliche Abschnitte eingeordnet werden konnten. Mit diesem Vorgehen kontrollierten die Messtechniker die Düsen der Ariane 5. Nachdem Kern von Leica Geosystems übernommen wurde, kamen Theodolite der Serie TM5100A in Betrieb, die zunächst die verschiedenen Etagen der M51-Rakete geometrisch kontrollierten. Damien Darriet geht tiefer ins Detail: “Der Leica TM5100A passte genau zu unserer Idee, räumliche Sektionen in grossen Dimensionen zu vermessen – aber die Vorbereitungs- und Kontrollzeiten waren sehr lang – zu lang. Wir mussten die grossen Geräte anpeilen und dann die drei Theodolite und den PC in Betrieb nehmen. Die Theodolite standen immer auf schweren Industriestativen in einer Höhe von zwei bis drei Metern. Dafür haben wir Hebebühnen für das Personal benötigt. Dann mussten wir mit mindestens vier Personen das Messobjekt anpeilen. Kurz gesagt, die Kontrolle einer M51- Etage hat über eine Woche gedauert.”

Bei einer Theodoliten-Weiterbildung, von Leica Geosystems regelmässig angeboten, beginnt Snecma sich für eine stärker automatisierte Lösung zu interessieren, um die Kontrollzeiten deutlich zu reduzieren, die gewohnte Präzision aber zu bewahren. Die Messlösung mit einem Laser Tracker schien am Naheliegendsten, allerdings mussten drei mögliche Probleme vorab geklärt werden: Das Snecma-Team wusste wenig über Lasertechnologie, ausserdem war die Wirkung eines Lasers auf ein pyrotechnisch geladenes Objekt unbekannt und schliesslich erlaubte die Grösse des Messobjekts keine komplette Vermessung von einem einzigen Laser-Standort aus. Die Automatisierung war eine gewaltige Herausforderung, denn, so erläutert es der Verantwortliche des Services Methoden und Verfahren der nicht-destruktiven Dimensionskontrolle, “immer das gleiche Programm ablaufen zu lassen wenn es einmal definiert ist, bedeutet völlige Sorglosigkeit. Persönliche Eingriffe im Lauf der Messkette zu minimieren garantiert eine gewisse Ergebnisstabilität.”

Abgesehen von den vielen Herausforderungen mussten die vier Unternehmen, die auf die Snecma-Ausschreibung reagierten, auch eine auf Dauer haltbare Lösung anbieten, die mindestens 15 Jahre lang funktionieren sollte und leicht bedienbar ist. Damien Darriet erinnert sich an die Lösungsvorschläge von zwei anderen Laser Tracker-Herstellern und einem Unternehmen, das eine photogrammetrische Lösung anbot: “Neben dem Laser Tracker-System von Leica Geosystems haben wir drei andere Lösungen unter die Lupe genommen. Die erste Lösung, die uns auf die Ausschreibung hin angeboten wurde, hätte die Anschaffung eines Messarms und eines Laser Trackers erfordert. Nach einigen Versuchen zeigte sich, dass dieses Vorgehen nicht die gewünschte Genauigkeit brachte. Ausserdem hätten wir den Arm auf das Gerät bewegen müssen, was sich in unserem empfindlichen Umfeld schwer gestalten lässt. Also kam das System für uns nicht in Frage. Der zweite Vorschlag war ein photogrammetrisches System, das die Verwendung mehrerer Apparate erfordert hätte und damit eine gute Vernetzung der Geräte und eine präzise Anpeilung unserer Messobjekte. Die Kontrollzeit war weit von unseren Zielen entfernt und dieses System erlaubte uns nicht, Punkte am Objekt von oben zu messen. Die dritte Lösung – ein anderer Tracker – bot mit seinem grossen Anwendungswinkel einen wichtigen Vorteil, weil es eine einzige Station ermöglichte, das Gerät von oben und unten zu sehen. Aber selbst wenn der Distanzmesser dieses Produkts weniger manuelle Eingriffe benötigt hätte als sein Vorgänger vom gleichen Hersteller, war dieses noch nicht ausreichend bewährt. Die Tatsache, dass keine Kamera angeboten wurde, brachte aber einen Grössennachteil für diesen Lieferanten, an dem wir dann nicht festgehalten haben.”

Tatsächlich ist der Laser Tracker von Leica Geosystems mit einer Videokamera ausgestattet, die die Visualisierung des gesamten Messszenarios erlaubt und bei der Automatisierung hilft. Von seinem Beobachtungsposten aus kann der Benutzer beispielsweise direkt den Laserstrahl zu den Reflektoren leiten, die das System selbst nicht findet – er sieht auf dem Bildschirm, was der Laser anvisiert. Mit den theoretischen oder ungefähren Daten der zu messenden Punkte sucht und misst das System die Ziele, die von den Reflektoren materialisiert werden, egal aus welcher Entfernung. Während die Messung abläuft, befinden sich nur der Laser und das Messobjekt im Raum. Das komplette Steuerungssystem bestehend aus PC und Steuergerät, werden nach aussen gebracht. Somit ist das zu messende Gerät von aussen nicht sichtbar. Daher bedeutete die Kamera einen gewaltigen Vorteil für Snecma und eine echte Hilfe bei der Vermessung.

Ein zu 100% integriertes Messsystem

Die Installation des Trackers nahmen der Leica Geosystems Commercial und Service Support in enger Zusammenarbeit mit Snecma in Angriff. Das Ergebnis ist raffiniert und verblüffend einfach. Leica Geosystems übertrug die Umsetzung des Messprogramms und der persönlichen Behandlung des Projekts an ein Softwareunternehmen, mit dem eine Partnerschaft besteht. Das Messgerät wurde auf einer Hebesäule installiert, das Messobjekt auf einer sich drehenden Platte, die die Messung noch stärker automatisiert. Die Drehung sowie das Anheben und Absenken der Hebesäule werden automatisch gesteuert.

In die bestehende Axyz-Software integrierten die Entwickler ein Programm, das die völlige Automatisierung des Systems möglich macht. Unter anderem kann der Benutzer das Messprogramm voreinstellen: Definition der Messpunkte, Position des Laser Trackers auf der Hebesäule und der Objektwinkel auf der Drehplatte. Bevor dies beim Softwarelieferanten in Auftrag gegeben wurde, simulierte man die Berechnungen der drei Stationen des Laser Trackers auf seiner Schiene, um die richtigen Positionen zu garantieren und die Ungenauigkeiten der Messung an jedem Punkt zu quantifizieren. Dann wiederholte man diese Prozedur mit jedem gebauten Element an jeder gemessenen Seite. Zahlreiche Tests an Objekten in einer Grösse von bis zu 11 m mit einer dreifachen Kontrolle der gemessenen Punkte brachten ausgezeichnete Ergebnisse.

Im Rahmen dieses Projektes entwickelten die Beteiligten spezielle Präzisionswerkzeuge, um die Messung schwer zugänglicher Punkte und Elemente zu erleichtern – unter direkter Kontrolle von SPS und mit Hilfe von 220 TBR-Reflektoren von Leica Geosystems um alle Messpunkte an den Objekten zu materialisieren, 25 Katzenaugen-Reflektoren und zwei von den Werkzeugen gehaltene Trippelspiegelreflektoren bilden das gesamte Vermessungsnetz. Dazu zählt ausserdem ein Bezugssystem der charakteristischen Punkte auf dem Werkstück. Alle Messungen bewegen sich in diesem Bezugssystem, das auf einem einzigen Bildschirm abgebildet werden kann. “Die Messung unserer grössten Objekte dauert heute maximal einen Tag. Mit dem völlig integrierten System von Leica Geosystems konnten wir die Anwendung auf ein Maximum automatisieren und unser Ziel zu 100% erreichen. Die Benutzer sind mit dem Messzyklus und seiner Zuverlässigkeit äusserst zufrieden”, so Darriet.

Völlige Aneignung des Messgeräts

Zwei Gruppen von Benutzern sind bei Snecma für das Leica Geosystems Laser Tracker-System zuständig: die Benutzer, die die Werkzeuge anbringen und die Mitarbeiter, die das Messgerät bedienen. Im Lauf dieses Projekts wurden die Arbeitsgeräte zwischen der ersten Diskussion über die Anwendung und den finalen Bedürfnissen der Serienmessung entwickelt, was schliesslich zu einer massgeschneiderten Lösung führte.

“Die Anpassung des Systems richtete sich nach den Bedürfnissen der Anwender. Diese waren auf Anhieb sehr interessiert und voll miteinbezogen. Ein Laser Tracker, der auf einen hundertstel Millimeter genau misst und die Sichtbarkeit der Punktkoordinaten auf dem Bildschirm, wenn man den Reflektor bewegt, bedeuteten für sie einen technischen Fortschritt. Daher waren sie sofort sehr motiviert, an der Entwicklung des Systems im Sinne eines Mensch-Maschine-Interfaces teilzuhaben. Dank ihres grossen Beitrags war die Inbetriebnahme der Anlage sehr einfach und das Messgerät wurde sofort angenommen”, erklärt Damien Darriet stolz, und fährt fort: “Auch wenn das System sehr einfach scheint, müssen die Personen, die das Gerät zur Kontrolle nutzen und es dann immer weiter erforschen, einen guten Blick für alles haben, was dahinter liegt. Bestimmte Kontrollen benötigen 14 Stationen – also 14 Beobachtungspositionen – in verschiedenen Höhen. Die Einrichtung des Programms, auch bei maximaler

Vereinfachung, erfordert ein gutes Verständnis von Geometrie und Mathematik, um gute Arbeit zu leisten. Eine Woche Schulung über die Verwendung des Trackers und dessen geometrische Prinzipien war genug, um die Funktionsweise zu verstehen. Das oberste Interesse dieser Benutzergruppe war das genaue Vorgehen zu erlernen und ein einfach bedienbares Messwerkzeug zu haben. Sie sind sehr, sehr, sehr zufrieden!”

Das Laser Tracker-System berechnet alle Parameter völlig automatisch und erstellt Messberichte in Excel, um die jeweiligen Punkte wieder ersichtlich zu machen und mit einfachen Rechenmethoden einen leichten Umgang mit den Daten zu ermöglichen. Die Software wird permanent weiterentwickelt. Die enge Zusammenarbeit, die den Bedürfnissen der Anwender wirklich gerecht wurde, trägt einmal mehr Früchte. “Heute sieht die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine für die Programmierung so aus, dass nur Angaben darüber nötig sind, welche Position der Messplatte man haben möchte, wo genau die Schiene laufen soll und wie man sie gegenüber aufstellt. An einer Station sieht man diese Punkte und ihre Koordinaten. Die automatische Visualisierung der Daten aller Punkte und der verschiedenen Messphasen auf einem einzigen Interface, auf nur einer Bildschirmseite ist klar und einfach. Und wenn der Benutzer nach und nach mehr Informationen auf den Bildschirm holen möchte, ist das auch kein Problem”, erklärt Damien Darriet.

Snecma verwendet derzeit zwei Laser Tracker-Systeme von Leica Geosystems für die Bedürfnisse in der Serie. Um eine gewisse Aktionsfähigkeit sicherzustellen, hat Snecma einen Vor-Ort-Kalibrierungsvertrag mit dem Schweizer Hersteller abgeschlossen. Inbegriffen ist auch die Einstellung und Kontrolle der Steuergeräte. “Das ist eine Komplettlösung bis hin zur Wartung und Kalibrierung”, präzisiert Stéphane Malet, Verkaufsingenieur von Hexagon Manufacturing Intelligence Frankreich, verantwortlich für die Marke Leica Geosystems im Südwesten Frankreichs. Das System funktioniert nun seit fünf Jahren, ohne den geringsten Anlass zur Sorge.

Interdisziplinäres Messgerät

Die Verwendung eines Lasersystems erlaubte auch, die ersten Luftfahrt-Bauteile präzise und zuverlässig zu vermessen. Darriet erklärt: “Gemäss ihrer Definition brauchen Luftfahrt-Teile eine direkte Vermessung im Verhältnis zu einem digitalen Modell. Die Messung der Punkte und die Justierung der Oberfläche erlaubt dann, sofort die Unterschiede zum digitalen Modell zu erkennen. Beim Herstellungsprozess müssen die neu zusammengesetzten Teile erneut in einen Ofen, wobei die Temperatur entscheidend ist. Temperatur und Druck verändern die geometrischen Formen. Die Auswirkung des Ofens auf die Geometrie des Bauteils ist eine notwendige Messung. Bei einem sehr feinen Wandstück genügen 500 g Druck, um es zu deformieren. Die Kontrolle muss kurz vor dem Durchlaufen des Ofens und kurz danach durchgeführt werden. Nur ein berührungsloses Messgerät am selben Ort kann diese Aufgabe lösen. Der Leica Geosystems Laser Tracker zusammen mit dem manuellen Scanner Leica T-Scan war die perfekte Lösung. Die ersten Objekte wurden direkt mit dem Unternehmen Leica Geosystems zusammen vermessen, dann mit einem Dienstleister. Bei den folgenden Bauteilen zeigte sich schnell, dass die erneuten Herstellungskosten für nicht kontrollierte Teile, die nicht den digitalen Vorgaben entsprechen, um ein Vielfaches höher waren als die Investition in ein Messsystem! Snecma erwägt, ein Leica T-Scan-System in Betrieb zu nehmen.

Damien Darriet resümiert: “In unserem Geschäft ist die berührungslose Hochpräzisionsüberprüfung die Zukunft der Dimensionsmessung. Sowohl für die Bereiche, die sich mit der Entwicklung beschäftigen, aber auch für die Kollegen, die das Verhalten von Baustoffen in verschiedenen Produktionszyklen bei hohen Temperaturen oder hohem Luftdruck untersuchen oder Materialien auf Ablagerungen oder Stabilität hin untersuchen. Heute ist Leica Geosystems der einzige Hersteller, der unseren Anforderungen an Genauigkeiten und Messvolumen entspricht.”

Case Study: Snecma Propulsion Solide - Le Haillan

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