Weiter- und Neu-Entwicklung optischer 3D Messtechnik für digitale Verfahren zur Reduzierung der Rüst- und Stillstandszeit; im von Airbus Commercial geführten Förderverbundprojekt: Rapid EF Enablers - Reduzierung der Entwicklungszeit eines neuen Flugzeugmusters durch signifikante Verkürzung des Zeitbedarfs eines EF Versuchs für den Ermüdungsnachweis

Abstract

Die optische berührungslose 3D-Verformungsmesstechnik ermöglicht die dynamische Erfassung relevanter Messgrößen von tausenden Messpunkten in Versuchsaufbauten und liefert damit die Datengrundlage (Big Data), die für den Weg zur Industrie 4.0, zur Validierung von Simulationsdaten und für die Entwicklung von KI-Systemen benötigt werden. Um zukünftig die herausfordernden Anwendungen im Luftfahrtbereich - große Bauteile und Strukturen, Langzeitmessungen, visuelle Dokumentation sowie die Vernetzung und Synchronisierung der Messdaten mit anderen Systemen - gewährleisten zu können, wurde ein neues Sensorkonzept eines Kamera-Messsystems entwickelt und an einem Ermüdungsversuch evaluiert. Dafür würde ein Messsystem aus 8 Kameramodulen entwickelt, dass optisch 3D-Koordinaten und 3D-Verformungen berührungslos von Referenzmarken speziell auf große Bauteile messen kann. Das System wurde einmalig kalibriert und konnte dann über mehrere Monate ohne weitere Anpassungen in einem Prüfstand mit einer Teil Composite Flugzeugzelle (~ 6 m x 4 m) eingesetzt werden. Die gewonnenen Messdaten fließen in die Kalibrierung eines digitalen Zwillings des Prüfkörpers. Zusätzlich würden weitere Stereokameramesssysteme verwendet, um eine dynamische Prüfstandsüberwachung zu realisieren und vollflächige Oberflächendehnungen zu messen, um den Einsatz von virtuellen Sensoren auf Basis von Simulations- und Messdaten zu erforschen. Die entwickelten Messsysteme wurden über eine neue Steuereinheit auf eine hochgenaue Zeitbasis (PTP) synchronisierte, so dass alle Versuchsdaten (Optische Messtechnik, DMS, Prüfstandssensorik, Simulationsdaten, etc.) in ein gemeinsames Datenmanagementsystem geladen werden konnten. Der Einsatz dieser Messtechnik soll zukünftig helfen die Rüst- und Stillstandszeiten von Versuchen und damit auch die Entwicklungszeiten von Flugzeugen im Allgemeinen deutlich zu reduzieren. Die Arbeiten fanden im Rahmen des Verbundvorhaben LuFo 6.2 Rapid EF Enablers zusammen mit mehreren Partner aus Industrie und Forschung statt. Optical non-contact 3D deformation measurement technology enables the dynamic acquisition of relevant measurement variables from thousands of measurement points in experimental setups, thus providing the data foundation (Big Data) needed for the path to Industry 4.0, validation of simulation data, and the development of AI systems. To ensure future challenging applications in the aerospace sector - large components and structures, long-term measurements, visual documentation, as well as the networking and synchronization of measurement data with other systems - a new sensor concept of a camera measurement system was developed and evaluated in a fatigue test. For this purpose, a measurement system consisting of 8 camera modules was developed, which can optically measure 3D coordinates and 3D deformations non-contact from reference marks specifically on large components. The system was calibrated once and could then be used for several months without further adjustments in a test stand with a partial composite aircraft cell (~ 6 m x 4 m). The obtained measurement data are used in the calibration of a digital twin of the test object. Additionally, further stereo camera measurement systems were used to realize dynamic test stand monitoring and measure full-surface strains to explore the use of virtual sensors based on simulation and measurement data. The developed measurement systems were synchronized via a new control unit to a highly accurate time base (PTP), so that all test data (optical measurement technology, strain gauges, test stand sensors, simulation data, etc.) could be loaded into a common data management system. The use of this measurement technology is intended to help significantly reduce setup and downtime of tests and thus also the development times of aircraft in general in the future. The work took place within the framework of the collaborative project LuFo 6.2 Rapid EF Enablers, together with several partners from industry and research.