Beschleunigte Bauteilprüfung in der Produktion

Immer schnellere Fertigungsprozesse und steigende Qualitätsansprüche bei der Produktion von Turbinenschaufeln erforderten beim renommierten Turbomaschinenhersteller Leistritz die Einführung eines neuen zeitsparenden messtechnischen Verfahrens. Die Forderung nach 100%-Prüfungen konnte mit taktilen Messsystemen nicht mehr wirtschaftlich erfüllt werden. Die Integration des optischen Scansystems CORE-DS von WENZEL ScanTec in die direkte Produktionsumgebung ermöglicht nun die schnelle berührungslose Bauteilprüfung. Leistritz konnte mit CORE-DS die Messzeiten um über 70% verkürzen.

Die Leistritz Turbomaschinen GmbH mit Sitz in Nürnberg ist spezialisiert auf die Fertigung von Turbinenschaufeln. Davon werden etwa 70% an die Luftfahrtindustrie geliefert. Die hohen Qualitätsstandards von Leistritz gewährleisten, dass jede Turbinenschaufel geprüft wird, bevor sie das Werk verlässt. Neben einigen taktilen Koordinatenmessgeräten sind mehr als 200 Lehrvorrichtungen im Einsatz. Trotz dieses erheblichen Einsatzes von Mess- und Prüfmitteln, stellte die Qualitätssicherung eine Engstelle im Produktionsablauf dar. Um die Wirtschaftlichkeit der Produktion auch auf die QS zu übertragen, wurde die Notwendigkeit unumgänglich, eine neue schnellere Technologie für die Prüfung der Schaufeln zu integrieren.

Bei dem Messobjekt handelt es sich um eine Turbinenschaufel für Flugzeugantriebe. Die Schaufel hat eine Höhe von 50 mm mit Ein- und Austrittskanten, die lediglich 120 µm breit sind. Zuvor wurden die Messungen mit einem taktilen Koordinatenmessgerät in einem separaten Messraum durchgeführt. Dieser befand sich in einem anderen Gebäudekomplex. Der Transport der gefertigten Schaufeln war sehr zeit- und kostenaufwändig. Zudem betrug die Messzeit mit dem taktilen KMG etwa 20 Minuten. Die geforderte 100%-Prüfung der Schaufeln wurde so zum Flaschenhals der Produktion. Die Einführung eines neuen Verfahrens setzte voraus, dass Schaufelfuß und Blatt in einem einzigen Messvorgang vollständig geprüft werden. Zudem sollte die Durchlaufzeit deutlich reduziert werden.

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Um den Zeitaufwand zu minimieren, wurde die CORE-DS unmittelbar in die Produktionsumgebung integriert. Während des Messablaufs werden zwei vollständige Profile des Schaufelblattes und ein Fußprofil gescannt. Basierend auf den Scandaten werden etwa 90 Merkmale ausgewertet und analysiert. Bei dieser Messaufgabe können die Eigenschaften des Weißlicht-Punkt-Sensors der CORE-DS optimal genutzt werden. Der Scan des Fußprofils beinhaltet die Erfassung von Innenradien mit einer Größe von 0,3 mm. Mit einem taktilen Messsystem können Radien in dieser Größe kaum stabil erfasst werden.Durch die optische Messung mittels eines Lichtpunktes mit einem Durchmesser von 35 µm, können selbst kleinste Radien mit einer hohen Punktdichte präzise erfasst werden. Dieser Effekt zeigt sich auch bei der Profilmessung. Da Ein- und Austrittskannte lediglich eine Breite von 120 µm haben, müssen auch kleinste Defekte aufgedeckt werden. Wo die Tastkugel eines taktilen Messsystems wie ein mechanischer Filter kleinste Defekte glättet, erfasst der optische Sensor auch diese Formabweichungen zuverlässig. Zudem entfällt die sonst notwendige Tasterradiuskorrektur, da durch den Lichtpunkt der Messpunkt unmittelbar an der Schaufel erfasst wird.

Der Messprozess ist vollkommen automatisiert. Das Messsystem wird von einem Roboter mit den fertig geschliffenen Turbinenschaufeln von zwei Schleifmaschinen bestückt. Ein Schleifvorgang beträgt etwa 11 Minuten. Daher durfte die benötigte Messzeit 5 Minuten nicht überschreiten. Mit CORE-DS konnte der Messzyklus bei Leistritz deutlich reduziert werden, so dass er genau an die Taktung der entsprechenden Bearbeitungszentren angepasst wurde.

Eine weitere Herausforderung der Messung dieser Schaufeln bestand in der Oberflächenbeschaffenheit des Messobjektes. Der Messvorgang erfolgt unmittelbar im Anschluss eines Schleifvorgangs. Aus diesem Grund sind die Oberflächen derSchaufeln stark glänzend. Da der Messvorgang zeitoptimiert und vollständigautomatisiert abläuft, besteht nicht die Möglichkeit, die hoch reflektierenden Flächen z. B. mit Kreidespray zu mattieren. Der optische Sensor der CORE-DS erlaubt es unter den gegebenen Voraussetzungen die geschliffenen Schaufeln ohne Vorbehandlung vollständig zu erfassen. Durch den Einsatz von Weißlicht und innovativen Punkterfassungsmethoden ist es möglich, den Einfluss von Reflektionen auf ein Minimum zu reduzieren.

Die Vorteile der CORE-DS zeigen sich auch in der verwendeten Aufspannvorrichtung. Für Messung mit taktilen Messsystemen werden häufig, auf Grund der entstehenden Antastkräfte, relativ komplex Fixierungen benötigen. Vor allem bei kleinen Bauteilen kann dies einen erheblichen Aufwand darstellen. Die optische berührungslose Messung der Schaufel mit der CORE-DS ermöglicht die Verwendung einer einfachen funktionellen Aufspannvorrichtung. Dabei wird die Schaufel lediglich am Fuß fixiert. Die Zugänglichkeit am Bauteil ist nicht eingeschränktund selbst das Fußprofil kann noch vollständig erfasst werden.

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