Optische Messtechnik unterstützt Fertigung und Reparatur von Turbinenschaufeln

07/2016ATOS Streifenprojektionssysteme eignen sich optimal für die Qualitätskontrolle komplexer Freiformflächen. Sie werden daher für die Inspektion von Airfoils in Triebwerken, terrestrischen Gas- und Dampfturbinen sowie Turboladern eingesetzt.

Die optische Messtechnik hat sich für Fan-Blades, Verdichterleit- und -laufschaufeln, Blisks sowie Drums, Nozzle Guide Vanes und Turbinenleit- und -laufschaufeln bewährt.

Viele Schaufelblattprofile werden in Guss-, Schmiede-, Fräs- und Schleifprozessketten gefertigt. Der optische 3D-Scanner ATOS unterstützt in der Qualitätskontrolle die Einführung neuer Produkte sowie die Inspektion und Endabnahme für die verschiedenen Fertigungstechniken. Hochkomplexe Geometrien, Freiformflächen und anwendungsspezifische Prüfmerkmale werden mit ATOS effizient und präzise gemessen. Falschfarbenvergleiche, 2D- und 3D-Analysen von Form, Position und Dicke erlauben die Quantifizierung von Fertigungseinflüssen. Ein besonderer Vorteil der optischen und vollflächigen Bauteilinspektion ist die Zeitersparnis, da diese nur einen Bruchteil der von taktilen Systemen benötigten Zeit erfordert. Für geschmiedete Turbinenschaufeln ist der Schwerpunkt der ATOS Anwendungen die Messung der Schmiedegesenke und deren Produkte. Der Fokus liegt hierbei auf der Qualitätskontrolle der Verdichterleit- und -laufschaufeln, um Dicke und Profiltoleranzen exakt zu bestimmen. Darüber hinaus hat sich ATOS bei der Überprüfung von Verschleiß und für Reparaturmaßnahmen von Schmiedegesenken in der Umform- und Schmiedeprozesskette bewährt.

Adaptive Fertigungsverfahren durch ATOS 3D-Messdaten

Durch die Kombination hochaufgelöster 3D-Messdaten und adaptiver CAD/CAM-Technologien entstehen adaptive Fertigungs- und Reparaturprozesse. So wird das ATOS System zum Beispiel für die Messung von Rohmaterialüberstand an Schmiede- oder Gussbauteilen genutzt. Die ATOS 3D-Messdaten dienen als Basis für CAD/CAM- Programme, um bestmögliche Ausrichtungen und CNC-Bearbeitungspfade zu berechnen und so die Airfoils zu fertigen.

Nahtlose Oberflächeninstandsetzung

In Wartung, Reparatur und Betrieb (MRO) wird ATOS für die Bauteilreparatur eingesetzt. Hierbei werden anhand der ATOS Daten die beschädigten Bereiche lokalisiert. Durch die Analyse der 3D-Messdaten und den Einsatz von CAD/CAM-Programmen lassen sich die optimalen Maschinenpfade zum Vorbereiten der Schadstelle, zum Aufbringen sowie zur Verblendung des Reparaturmaterials berechnen. Dadurch entspricht das Bauteil wieder den Toleranzen und ist wieder betriebsfähig.

Spezielle Airfoil-Softwarefunktionen

Die in GOM Inspect und GOM Inspect Professional enthaltenen Funktionen für die Ausrichtung von Airfoils und 2D-Schnitt­inspektion beinhalten die Messvoraussetzungen für Airfoils. Neben den standardisierten und allgemeinen Inspektionsfunktionen sowie den applikationsspezifischen Ausrichtungen, wie 6-Point-Nested und Balanced Beam, können benutzerdefinierte Messprinzipien für individuelle Inspektionsaufgaben erstellt werden. Durch das benutzerdefinierte Inspektionsprinzip vereinfacht die Software hier maßgeblich den Arbeitsablauf bei multiplen Inspektionsschnitten. Sie enthält neben der Methode zur Profilmittellinie den inversen Ansatz der Skelettlinie. Damit lässt sich die Dicke senkrecht von der Wölbungslinie zum Schnitt ermitteln. Zudem liefert die GOM Software Funktionalitäten, um Profil-Kantenkreise sowie die maximale Profildicke zu untersuchen. Die Funktion der kegelbasierten Abwicklung von Schnitten sowie die Auswertefunktion für die Analyse von Profilverdrehungen, dem sogenannten Twist, stehen dem Anwender ebenfalls zur Verfügung.

Seit der Einführung der automatisierten ATOS Messtechnik im Jahr 1999 hat GOM weitere Technologien entwickelt, um ATOS Systeme in der Endinspektion von Airfoils zu etablieren: ATOS ScanBox, Virtueller Messraum, automatisierte Photogrammetrie und Kiosk Interface. Mithilfe dieser Softwarefunktionen sind Anwender in der Lage solide Verfahren mit Messunsicherheitswerten zu erzeugen, die die Anforderungen der Airfoil-Inspektion erfüllen.

Seinen Erfolg in der Airfoil-Inspektion verdankt der ATOS Sensor seiner Geschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlichen taktilen Messmethoden. So wird für eine detaillierte Airfoil-Inspektion nur halb so viel Zeit benötigt wie mit herkömmlichen Technologien. Die bislang vorherrschende schnittbasierte 2D-Airfoil-Inspektion mit taktilen Messmethoden wird künftig von der 3D-Airfoil-Inspektion mittels vollflächiger optischer Messtechnik abgelöst werden.