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© AIRBUS Operations GmbH. Alle Rechte vorbehalten. Vertrauliches und geschütztes Dokument.
ZfP von Flugzeug-CFK-Strukturen in der WartungÜberblick über den aktuellen Stand bei Airbus
27.09.2011DGzfP Jahrestagung 2011 in Bremen
Präsentiert vonWolfgang Bisle, Helge Hicken, Dieter Scherling,
Materials & Processses, Testing Technology
© AIRBUS Operations GmbH. Alle Rechte vorbehalten. Vertrauliches und geschütztes Dokument.
Inhalt
• Generelle Informationen zur Wartungsprüfung (In-Service-Inspektion)
• Prüf-Kategorien für “Accidental Damages”-Fälle• Impact
• Blitzschlag
• Kratzer
• Bisher schon verfügbare (generelle) Prüfprozeduren
• Andere ZfP-Aufgaben • Bohrlochinspektion
• Farbschichtdickenmessung auf CFRP
• “Experten-Fernbetreuung” durch OMA (Online Maintenance Assistant)
• Fazit
27.09.2011DGzfP Jahrestagung 2011 in Bremen
Seite 2
DGZfP-Jahrestagung 2011 - Mi.1.B.1
Lizenz: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/de
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In-Service-Inspektionen – Was wann?
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„Sheduled Inspections“Wartungsintervalle, Damage tolerance
Prinzip
„Sheduled Inspections“Wartungsintervalle, Damage tolerance
Prinzip
„Routine Inspections“Walk aroundGVI (visual)
„Routine Inspections“Walk aroundGVI (visual)
„Detailed Visual Inspections“ (DVI)
sogenanntes „Zonal Inspection Program“
„Detailed Visual Inspections“ (DVI)
sogenanntes „Zonal Inspection Program“
„Inspections of ALI‘s & SSI‘s“-Special Detailed Inspections-
SSI=Structural Significant ItemsALI = Airworthiness limiting Item
„Inspections of ALI‘s & SSI‘s“-Special Detailed Inspections-
SSI=Structural Significant ItemsALI = Airworthiness limiting Item
„UnscheduledInspections“
Accidental Damages
„UnscheduledInspections“
Accidental Damages
Wann inspizieren wir?Wann inspizieren wir?
Impact(Vogelschlag,
Bodenfahrzeuge…)
Impact(Vogelschlag,
Bodenfahrzeuge…)
BlitzschlagHagelschäden
BlitzschlagHagelschäden
Unvorhergesehene Folgeschäden
(z.B. durch Wartungsfehler)
Unvorhergesehene Folgeschäden
(z.B. durch Wartungsfehler)
Etc.Etc.SDET=Nur hier wird
NDT eingesetzt
SDET=Nur hier wird
NDT eingesetzt
GVI & DVIsind nicht NDT
DVI, GVI,SDETDVI, GVI,SDET
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Delamination
Im Falle von “Accidental Damage”
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KratzerBlitzschlagImpact
KratzerBrandflecken
Delamination Faser-Schnitte
Delle
Visuelle Inspektion zur Identifikation von Bereichen mit potentiellen Schäden
ZfP Methoden zur Bestimmung des Schadenstyps und -ausdehnung
Verursacht lokale Defekte
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Prüfmöglichkeiten im Fall von Impacts
Zur Zeit verfügbare ZfP Methoden, die im Airbus NTM der Alt-Programme A300-A380) schon veröffentlicht sind:
• Tap Test / Woodpecker
• Einfache Ultraschallprüfung ( Standard Ultraschallgeräte)
• Gruppenstrahler Ultraschall (elektronisches Rastern)( Geräte Neuer Generation)
• Visuelle Inspektion
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Taptest
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20.-23. September 2010ATA NDT Forum 2010 Albuquerque: NDT Toolbox for Honeycomb Sandwich Structures
Manualer Tap TestSehr einfaches Werkzeug
Paßt in die Hosentasche, billigüberall verfügbar
Erstaunlich gute POD*
Mitsui WoodpeckerEbenfalls einfaches System
Ampel-Anzeige, billig, einfacher gebrauch
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Beispiel für eine POD-Untersuchung
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Quelle: FAA Validation Center der Sandia Labs in Zusammenarbeit mit Airbus
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Ultraschall Varianten
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Manuelle einkanalige Standard Handgeräte
Ultraschall Array Prüfsysteme
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Array Ultraschall Inspektion als Standard
zur Inspektion von CFK-Bauteilen:
Standard für komplette Airbus-Familie
Vorteil in der Wartungsprüfung:
Im online-C-Bild/B-Bild Erkennbarkeit von Struktureigenheiten wie Lagengrenzen, Lagenüberlappungen, Anbauten (Stringer, Spante, Clips)
Überwiegend Elektronischer Scan Modus
Sector-Scan für CFK wenig geeignet
Genereller Vorteil OmniscanVielseitigkeit, Bauweise,
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Andere Verfahren in Erprobung oder Entwicklung
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• Acoustocam („Quick Check“) schnelles Bestimmen von Impactschadensgrößen.Nachteil: kleines Sichtfeld, nicht für großflächiges Prüfen
• Aktive Thermografie (Puls, Modulation…)Schnelle Visualisierung großer Flächen, „Accidental Damage“ auffinden, Größe ermittelnNachteil: begrenzte Eindringtiefe, (Impactschäden innen größer als außen – „Tannenbaum“)
• Lambwellen Interferometrie Idee: Wellenausbreitung an Oberfläche beobachtenanalog: Stein in Ententeich werfen, Wellen betrachtenGroßflächig Prüfen, berührungsfrei, Nachteil: noch im Anfangsstadium.
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Acoustocam – Abbildende Ultraschallmethode
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Strahlteiler
Schallquelle
Prüfteil
Kamera-Array
LCD
Akustische Linse
Schaden
Imperium Acoustocam emittiert ebene Schallwellenfront in Prüfteil.
Alle reflektierten Wellen im Sichtfeld werden akusto-optisch von einem speziellen Array aufgenommen und als schwarz/weiß-Bild dargestellt
Fehlerecho
Sendepuls Rückwand-echo
Zeitachse
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Thermografie zur Detektion von “Accidental Damage”
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Jetzt bevorzugt: Langpuls-Methode
• Halogenlicht (NIR) beleuchtet Prüfbereich für ~3..7 sec.
• Aufheiz- und Abkühlphase: 10…25 sec aufzeichnen bei 9 fps mit Mikrobolometer (FIR)
• Auswertung vornehmlich der PhaseVid
eo
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Neue preiswerte kompakte Thermographie
December 2006NDT inspection concept premod WB rudder , ESWNG - issue1
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• Mikrobolometer Smart-Eye (Automation Technology)
• integrierter Controller zur Modulation der Halogenstrahler (NIR), ggf. Blitzansteuerung
• Dimmer und Netzteil im Halogenstrahler integriert
• Steuerung & Bildverarbeitung durch Touch-PC / Pad-Computer
Basiskonfiguration ~25k€, vergleichbar Ultraschallgerätekosten
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Ultraschall-angeregte Thermografie
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IR-Kamera
elastische Welle
Thermische Welle
SonotrodeDelaminationen in Stringerstegen. Kamera sieht auf die
Stringer-freie Oberfläche Methode erhitzt nur die Delamination.
Sonotrode mit Vakuum - Fixierung
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Optische Lamb-Wellen-Prüfung
Aus:Inspection of Laser Generated Lamb Waves using Shearographic InterferometryOliver FOCKE, A. HILDEBRAND, C.von KOPYLOW
Bremer Institut für angewandte Strahltechnik,25359 Bremen, Germany
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Kratzer in CFK-Strukturen vermessen
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Ab gewisser Schädigungstiefe sind Kratzer signifikant.
(abhängig vom Bauteil – z.B. tiefer als 1 CFK-Lage – 0,125mm)
Favorisierte Methoden:
• NDT Expert Scratchview( vergl. Metallstrukturen: Vermessung sog. Scribe Marks)
Alternativen (wie für Scribe Mark Inspektion):
• STTR InspectCam SDMS (ähnlich Scratchview)
• Digital Optical Micrometer
Mögliche Alternative – noch Entwicklung notwendig :
• Reflektometrie / Deflectometry
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Vermessen von Kratzern
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Mode4
Depth = 120 µm = 4,7 Thd In.Width = 0,73 mm = 0,029 In.
Ctrd Expd
Left
Scale +UpperLower
Right
Videoschirm zeigt reflektiertes Bild einer Laser-Line
Vermessung der Minima und Maxima (semiautomatisch)
Errechnen der Kratzerbreite und –tiefe
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Alternativ-Methoden
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STTR InspectCam SDMS Digital Optical Micrometer
Linienprojektor mit Videokamera, Vermessen der Verformung der reflektierten Line
Messung des Tiefenprofils durch Fokussierung
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Kratzer-Detektion mit Re-/Deflectometrie
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Visuol Quicksurf SurfaceQuality Control SystemLCD-Schirm projiziert Sinus-Streifenmuster
auf reflektierende Oberfläche.
Digitalkamera erfasst gespiegelten Muster
Verzerrungen der Streifenmustern sind Indikatoren für Verformungen.
Lokale Flächenneigungen & Krümmungen errechnet mit Bildverarbeitung
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Weitere NDT-Methoden im Zulauf
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Qualitätsprüfung von Bohrlöchern
• PAUT (phased array ultrasinic testing) zur Detektion von Delaminationen in Bohrlöchern
Farbschichtdickenmessung auf CFK
• FITM FSC1 (Mikrowellen)
• Fogale Paintscope (Kapazitives Verfahren)
Überhitzung
• Infrarotspektroskopie (FTIR)
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Bohrlochinspektion mit PAUT
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Array
Vorlaufstrecke
Zentrier-Pin
IW: PAUT Zirkular Array
normales lineares Arrays
Bohrloch-Fehler > 4 mm Ausdehnung ab Bohrloch eindeutig sichtbar
Ziel:
• Bohrfehler
• andere Abnutzungsfehler
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Farbschichtdickenmessung auf CFK
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Alternative
Messung kapazitiv
FOGALE Paint Scope
FSC1
Tech. Spezifikation:Messbereich 0-2000 μm / 0-78 mils.Auflösung ± 1 μm / ± 0.04 milGenauigkeit < ± 10 μm ±1% Linearitätsfehler ± 0.5% of measurement range
Favorit:
Messung auf Mikrowellenbasis
FITM FSC1
Besonderheit:Antennensonden unempfindlich gegen
• Anisotropie des CFK Materials
• Einfluß der Dielektrizitätseigenschaften(weitgehend)
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Hitzeschaden – detektiert mit FTIR (Fourier Transform IR Spectroscopy)
• CFK - Zwischen 200°C und 240°:
Degradation
Reduktion der Scherfestigkeit
Aber keine Delamination.
• Spezielle Peaks im IR Spectrumproportional zu interlaminarer ScherfestigkeitBeispiel rechts: 2 Regionen klarer Differenzierung.
• Justierung auf der Prüfläche, Einfluß des Oberflächenschutz wird minimiert.
• Alternative: Absorptionsspektroskopie mit durchstimmbarerLaserMidIR-Quelle auf Basis Quantum Cascade Laser
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“Experten-Fernbetreuung” durch OMA (Online Maintenance Assistant)
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Experten-Fernbetreuung meint: der Prüfer vor Ort braucht Unterstützung von einem Experten in der Firmenzentrale oder vom Herstellbetrieb:
Untersucht werden zur Zeit mehrere Optionen für OMA
• Genereller Ansatz:
• Mobiles Telekonferenzsystem
• Speziallösungen
• Ferngesteuertes NDT-Equipment (ähnlich einer Helpdesk-Aufschaltmöglichkeit beim PC z.B. unter Windows)(„Remote Controlled NDT Equipment“)
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© AIRBUS Operations GmbH. Alle Rechte vorbehalten. Vertrauliches und geschütztes Dokument. month 200XR&T communication to EDSW Domain - EDSW1 - Ref. PR1002748 - Issue 1 Page 25
Online Maintenance Assisstance Koncept
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Audio / Video
Daten
Service PC mit OMA Software
Audio, Video
Daten Daten
Prüfgerät Prüfbereich
Prüfer Experte
Datenbank
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OMA Systeme im Test bei
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Frontline Communcator
Onsight2000R Visual Service Support-VSS OMA 1.0
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Fazit
27.09.2011DGzfP Jahrestagung 2011 in Bremen
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CFK und andere Verbundwerkstoffe als Strukturwerkstoff bei AIRBUS
• neue Größenordnung beim Einsatz in der nächsten Flugzeuggeneration
• 30 Jahre Erfahrung bei Airbus, auch mit der zfP in der Wartung
• bereits bewährte „zfB-Werkzeugkiste“ mit „generellen“ Prozeduren vorhanden
• Zielgenau für alle Prüfaufgaben Werkzeuge in der „zfP-Werkzeugkiste“
• zu Optimierung der Prüfaufwände (Zeit / Kosten) Entwicklung weiterer Werkzeuge
• alle generellen Prozeduren durch aufwendigen POD-Studien begleitet
Damit ist schnelle Reaktion auf unvorhergesehene Prüfanfragen möglich.
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© AIRBUS Operations GmbH. Alle Rechte vorbehalten. Vertrauliches und geschütztes Dokument.Dieses Dokument und alle darin enthaltenen Informationen sind das alleinige Eigentum von AIRBUS Operations GmbH. Die Zustellung dieses Dokumentes oder die Offenlegung seines Inhalts begründen keine Rechte amgeistigen Eigentum. Dieses Dokument darf ohne die ausdrückliche schriftliche Genehmigung von AIRBUS Operations GmbH nicht vervielfältigt oder einem Dritten gegenüber enthüllt werden. Dieses Dokument und seinInhalt dürfen nur zu bestimmungsgemäßen Zwecken verwendet werden. Die in diesem Dokument gemachten Aussagen stellen kein Angebot dar. Sie wurden auf der Grundlage der aufgeführten Annahmen und in gutemGlauben gemacht. Wenn die zugehörigen Begründungen für diese Aussagen nicht angegeben sind, ist AIRBUS Operations GmbH gern bereit, deren Grundlage zu erläutern.AIRBUS, das Airbus-Logo, A300, A310, A318, A319, A320, A321, A330, A340, A350, A380 und A400M sind eingetragene Marken.
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