自动化机器人无损检测增强了复合材料的能力

Kineco Kaman Composites India 使用定制的 Fill Accubot 超声波检测系统来提高检测效率和生产力。

碳纤维增强聚合物 (CFRP) 复合材料等高度工程材料因其卓越的强度重量比、热稳定性和耐用性而成为航空航天应用的首选。由于对排放量更少、燃油效率高、重量轻的飞机的需求，复合材料的使用激增。与此同时，这些材料和工艺的进步使得能够更快地生产更复杂的结构——快速固化树脂系统、短周期热塑性塑料、自动化材料放置和成型系统正在不断增加，从而无需紧固件或粘合即可实现集成的、独特的几何结构。复合材料 4.0 系统也已经成熟，促进了数字化、高速制造过程中的数据交换。

确保航空航天应用复合材料结构的完整性需要细致的设计、制造和彻底的检查，以检测在极端操作条件下可能传播的任何缺陷。因此，无损检测 (NDT) 是一项重要技术，包括各种分析技术，可在不影响其可用性的情况下评估材料、部件或组件的性能。

拥有 AS9100、Nadcap、ISO 14001 和 45001 等认证，并与全球航空航天原始设备制造商（Hindustan Aeronautics Ltd.（HAL，印度班加罗尔）和印度空间研究组织（ISRO，班加罗尔））建立合作伙伴关系——航空结构制造商Kineco Kaman Composites India（ KKCI（印度果阿）已在行业中建立了信誉，并正在其果阿工厂中整合工业 4.0 技术。该计划的一个重要组成部分是 KKCI 与机械工程公司Fill Gesellschaft（奥地利古尔滕）合作开发用于自动化 NDT 测试的定制系统。

复合材料无损检测的挑战

在无损检测领域，与传统金属相比，使用复合材料制成的零件面临着一系列独特的挑战，这主要是由于其各向异性性质，例如多层层压板中的多种纤维取向、层板的堆积和脱落、夹层中的各种芯材料KKCI 在其航空航天应用中使用先进的复合材料，其范围从 2D 层压板到多面 3D 结构。这些材料通常使用 CFRP 预浸料制成，并采用整体式或夹层式叠层方法与铝蜂窝，有时还使用 Nomex 芯材进行设计。

该公司为印度区域导航卫星计划 (IRNSS) 生产了 10 个双螺旋天线、为LVM3-M2/OneWeb India 生产的设备舱护罩组件、ITSC 封闭板、ITSC、LOX 和 LH 2线隧道和底板组件，用于Chandrayaan-3 任务LVM3-M4 运载火箭的 FSA 外壳复合材料元件。最近，它为地球同步卫星运载火箭 (GSLV) Mk-III生产了轨道模块适配器 (OMA) 组件，这是 ISRO 载人航天任务 Gaganyaan 的关键组件。

这里提到的结构在发射和重返大气层期间暴露在恶劣的条件下，例如机械应变、大气化学腐蚀、高水平辐射以及高海拔和外层大气中的极端温度。这些复合材料的制造过程从最初的生产阶段到最终交付的每一步都要求精确度和准确度，以确保最佳的质量和性能。这些要求需要对超声波检测、热成像和射线照相等传统无损检测方法进行专门调整，以检测异物碎片 (FOD)、分层、纤维错位和基体裂纹以及其他典型的复合材料缺陷。

使用透射 (TTU) 或脉冲回波 (PE) 技术的超声波测试 (UT) 是用于检查航空航天复合材料的最广泛的 NDT 方法。这些技术采用高频超声波穿过组件，该组件通常喷水以充当声波的耦合介质。 TTU 采用两个传感器，放置在被测材料的相对两侧。其中一个传感器产生脉冲，另一个接收脉冲。脉冲中断表明两个传感器之间的路径中存在缺陷。 PE 使用一个或多个传感器来发射、脉冲和监测反射波或回波。与 TTU 一样，捕获、记录和分析数据以识别、定位和测量缺陷。

对4.0技术的需求

KKCI 董事长兼董事总经理 Shekhar Sardessai 表示：“KKCI 看到了对复合航空航天结构的需求不断增长，以及对高精度制造和一致性的需求。” “我们对自动化和智能集成等工业 4.0 原则的战略重点与我们为未来做好准备的长期立场是一致的。为了在航空航天、国防和太空领域开展我们感兴趣的项目类型，KKCI 认识到提高和自动化我们的 NDT 能力的重要性。”

KKCI 的运营经理 Swapnil Mane 强调，拥有强大的 NDT 能力至关重要，能够准确检测所有表面和地下差异。 “异物夹杂物、分层或孔隙等各种因素都可能导致内部差异的产生，”他说。 “这些差异可能会在极端条件下传播，可能会影响航空航天复合材料所需的规格。为了避免这种情况，KKCI 需要改进其 NDT 分析技术，以更准确地评估其复合材料组件和系统的性能。”

为了满足这些要求，KKCI 与 Fill 合作，Fill 是一家先进的自动化系统工程公司，为包括复合材料在内的各种行业设计和实施自动化系统。结果是用于自动化 NDT 测试的 DRS Accubot 系统的定制版本。 “该行业的自动化 NDT 技术需要精确且严格的机器人控制运动学，以沿着零件复杂的弯曲边缘和表面引导相应的臂端工具 [EOAT]，”Fill 航空航天制造系统项目工程部门的 Thomas Gramberger 解释道和销售。 “标准工业机器人的设计不能满足这些要求，因此我们决定开发自己的产品，称为 Accubot。”

KKCI 特别选择了水刀 TTU Accubot 系统。 “Waterjet TTU 是 Fill 80% 检测系统的基础，”Gramberger 说道。 “这表明它在航空航天应用中的有效性。” Fill 已经为位于德国慕尼黑的 GKN AEROSPACE（英国雷迪奇）工厂开发了这样的系统，从而显着提高了其 NDT 生产率和可靠性。