Flexibles 3D-Scanning in der Forschung

TU München setzt am Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme den HandySCAN 3D von Creaform für Mess- und Forschungsaufgaben ein

Der Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme beschäftigt sich als integrierender Lehrstuhl mit dem Flugzeug in seiner Gesamtheit und der Integration innerhalb der zivilen und/oder militärischen Luftfahrt. Die Schwerpunkte liegen neben dem zivilen und militärischen Flugzeugentwurf in der Ableitung und Analyse der Randbedingungen der Luftfahrt als auch in der Bewertung des Fluggeräts an diesen Randbedingungen und Anforderungen. Der Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme soll als integrierender Lehrstuhl der Fakultät für Luftfahrt, Raumfahrt und Geodäsie an der Technischen Universität München das komplexe System Luftfahrttechnik in Lehre und Teilbereichen der Forschung abdecken.

Das Forschungsprojekt: 

Im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts FLEXOP (Flutter Free Flight Envelope Expansion for Economical Performance Improvement) sollen neue Methoden zum Entwurf von aktiven und passiven Systemen zur Flatterdämpfung von sehr leichten und damit flexiblen Flügelstrukturen entwickelt und validiert werden. Unter dem Schirm des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 der Europäischen Union arbeiten Partner aus Industrie und Forschung aus sechs verschiedenen Ländern an Regelalgorithmen, Aktuatoren, Entwurfsoptimierung, sowie an einem unbemannten Flugdemonstrator mit 7m Spannweite und Turbinenantrieb, an dem die gefundenen Ansätze erprobt werden sollen.

Einige Sensoren am Flugdemonstrator, wie z.B. die Pitot-Sonde zur Erfassung der Fluggeschwindigkeit müssen für fehlerfreie Messungen möglichst exakt in Flugrichtung ausgerichtet sein. Um die bei einem von 0° abweichenden Einbauwinkel entstehenden Fehler in den Messdaten entsprechend berücksichtigen zu können, muss dieser Winkel sehr exakt mittels 3D-Scan bestimmt werden. Eine Schwierigkeit stellt hierbei dar, dass der Winkel relativ zur Flugzeugnase bestimmt werden muss und die Sonde an der Spitze eines ca. 0,5m langen Nose Boom angebracht ist.

Digitalisierung des Nosebooms eines unbemannten Flugdemonstrators (TBC)

Zur Messung wurde das Rumpfsegment des Flugzeugs im Bereich der vorderen 30 cm mit dem HandySCAN 3D Scanner von Creaform gescannt, um eine Referenzebene zu bestimmen. Anschließend wurde der Noseboom digitalisiert und damit der exakte Einbauwinkel bestimmt. Ohne den 3D-Scanner wäre eine exakte Messung schwer realisierbar gewesen. Der HandySCAN 3D erlaubt eine flexible Arbeitsweise, liefert schnelle Ergebnisse und eine Genauigkeit von 0,025mm. Vor Anschaffung des Creaform 3D-Sanners mussten solche Untersuchungen mit photogrammetrischen Systemen unter hohem Aufwand durchgeführt werden.

Vorteile des 3D-Scannings

Ein 3D-Scanner ermöglicht eine Vielzahl verschiedener Messungen und bietet zahlreiche Einsatzmöglichkeiten am Institut für Luft- und Raumfahrt an der TU München, die nicht vollständig von anderen Systemen aufgefangen werden können. Die Einsatzmöglichkeiten umfassen beispielsweise den Scan von Bauteilen oder Komponenten, um mittels 3D-Druck Verfahren genau passende Anbauelemente zu erstellen. Weiterhin werden damit die Profilgeometrien von zugekauften Flugzeugflügeln oder Propellern bestimmt. Er kann die Genauigkeit und Einfachheit einiger Mess- und Forschungsaufgaben verbessern. „Die Möglichkeit sowohl relativ kleine Teile mit dem HandySCAN 3D zu scannen als auch große Strukturen wie beispielsweise Flügel von mehreren Metern Spannweite unter statischer Last unter zu Hilfenahme der MaxSHOT 3D Kamera zu erfassen hat unseren Lehrstuhl von den Creaform Systemen überzeugt. Der Scan von Komponenten bis hin zu ganzen Flugzeugdemonstratoren ermöglicht Unsicherheiten während des Bauprozesses und der Fertigung zu Quantifizieren und deren Effekte bei der Flugerprobung zur Validierung von Flugzeugentwurfs-Simulationen angemessen zu berücksichtigen“, erklärt Prof. Dr-Ing Mirko Hornung, Leiter des Lehrstuhls Luftfahrtsysteme an der Fakultät für Luftfahrt Raumfahrt und Geodäsie der TU München.

Das optische Koordinatenmesssystem MaxSHOT 3D von Creaform erlaubt große Strukturen von mehreren Metern Länge zu messen.

Die Erfahrungen mit dem System sind durchweg positiv. Die Erfassung und Messung von Bauteilen erweist sich auch für ungeübtes Personal schnell erlernbar und kann daher auch in ein zukünftiges Hochschulpraktikum integriert werden, bei dem Studenten Messaufgaben durchführen sollen.