Qualitätskontrolle von Turbinenschaufeln in automatisierter Produktionszelle

Optische Messmaschinen bieten Vorteile bei der Qualitätsprüfung von Turbinenschaufeln. Daher werden die CORE High Speed Scanning Systeme von der Schweizer Starrag AG in einer automatisierten Produktionszelle für die abschließende Qualitätskontrolle vonTurbinenschaufeln eingesetzt. Die Kernanforderungen an die Messmaschinen sind: hohe Genauigkeit, minimale Messzeit und große Temperaturstabilität.

Die Starrag Group ist seit über 50 Jahren der führende Technologiepartner, wenn es um die produktive Herstellung von Gas- und Dampfturbinenschaufeln geht. Turbinen-,Kompressorenschaufeln, Impeller, Blisks und komplexe Strukturteile in höchster Präzision werden von Starrag-Maschinen gefertigt. Außerdem entwickelt Starragkomplette flexible Fertigungssysteme, sogenannte FMS (Flexible Manufacturing Systems), welche die Produktion verschiedenster Teile im automatisierten Modus erlauben.

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Zwei CORE Systeme wurden für die Qualitätsendkontrolle erfolgreich in einem FMS integriert. Die Produktionszelle fertigt aus Hochpräzisionsschmiederohlingen unterschiedlichste komplexe Schaufeltypen und besteht aus vier Fräsmaschinen, welche die Turbinenschaufeln mit einem speziellen Spannkonzept fertigen, sowie zwei Reinigungsanlagen und den zwei Messmaschinen. Die einzelnen Stationen werden mit einem Roboter bedient. Die Kommunikation zu den CORE Messmaschinen wird über die Zellensteuerung geregelt.

Die CORE ist ein Koordinatenmessgerät mit einem optischen Weißlichtpunktsensor. Die optische Weißlichtpunktmessung wird mit einem Doppel-Augen-Sensor durchgeführt. Dies ist ähnlich dem Messprinzip mit einem taktilen Taster, allerdings mit einem winzigen Weißlichtpunkt, dessen Durchmesser ungefähr 40 µm klein ist. Dies ermöglicht das präzise Erfassen von Freiformflächen oder Messung kleinster Merkmale, wie z. B. die kleinen Radien der Ein- und Austrittskanten an Turbinenschaufeln. Mittels des Doppel-Augen-Sensors und einer stabilen Messroutine der Punkttriangulation, können selbst starkreflektierende Oberflächen ohne Besprühen der Oberfläche gemessen werden.

Zeitersparnis für kürzere Messzyklen

Die CORE ist eine 5-achsige Messmaschine mit drei linearen Achsen und zwei Rotationsachsen. Die Rotationsachsen bilden der Drehtisch und das Drehgelenk am Sensorkopf. Diese Kombination und gleichzeitige Ansteuerung der Linear- und Drehachsen ermöglicht beste Zugänglichkeit, optimierte Verfahrwege und dadurch Zeitersparnis für kürzere Messzyklen. Gerade bei der Messung von kleinen Ein-und Austrittskanten bei Turbinenschaufeln entfällt durch die optische Messtechnik die Taster-Radius-Kompensation.

„Die Entscheidung für die CORE fiel nach einem strengen Auswahlprozess“, erklärt Stefan Mahr, Vertriebsleiter für Optische High Speed Scanning Systeme bei WENZEL. Roland Ziltener, Leiter Qualitätsmanagement der Starrag AG bestätigt: „Wir haben uns für eine optische Lösung entschieden, da kein taktiles System die vom Endkunden geforderte Anzahl an Features in der geforderten Zeit messen konnte. Das CORE System ermöglicht es uns, kleinste Features zu messen, bei welchem wir mit einem taktilem System an die Grenze stoßen würden.“

„Ein wichtiger Grund für unsere Messlösung war, dass wir die anspruchsvolle Taktzeiterfüllen konnten“, ergänzt Mahr „Außerdem ist die Konstruktion der CORE äußerst stabil. Große Linearführungen mit breiten Lagerabständen garantieren eine lange Lebensdauer und einen stabilen Betrieb, auch unter rauen Produktionsbedingungen. Weiterhin bietet die CORE eine kompakte Stellfläche undbenötigt keine Druckluft. Das Messsystem ist somit äußerst mobil einsetzbar.“

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Die CORE Messmaschine wird bei Starrag vollautomatisiert betrieben und eignet sich hervorragend für die direkte Integration in den Produktionsprozess. Zum einen wegen des großen Temperaturbereichs, zum anderen ermöglicht das offene Design der CORE mit dem großen Zugänglichkeitsbereich von drei Seiten die einfache automatische Be- und Entladung mit einem industriellen Roboter. Dieser kommuniziert über eine E/A Schnittstelle oder Ethernet-Verbindung mit der Koordinatenmessmaschine.

Der Drehtisch der CORE wurde kundenspezifisch modifiziert, so dass das eingesetzte pneumatische Spannfutter direkt in den Drehtisch der Messmaschine integriert wurde. Außerdem interagiert das System mit der komplexen Zellsteuerung. Diese übernimmt die automatisierte Fernsteuerung der CORE. Das Messgerät gibt automatisiert Rückmeldungen zur Zellenkontrolle, startet und beendet auf Befehl Messungen, überträgt Messprotokolle und meldet Zustandsänderungen der Maschine.

„Die Zusammenarbeit mit Wenzel in diesem Projekt erleben wir außerordentlich positiv“, sagt Ivo Ritter, Projektmanager bei Starrag. Er hat die Gesamtleitung des FMS-Projektes inne. „Gemäß unserer Erfahrung sind die Kommunikationswege bei Wenzel kurz und die Hierarchiestruktur ist sehr flach. Dies erlaubt uns gerad ein der Projektarbeit sehr schnell auf sich ändernde Voraussetzungen zu reagieren, was dem Projektfortschritt immens entgegen kommt. Wir arbeiten sehr gerne mit Wenzel und freuen uns schon auf zukünftige Herausforderung zusammen“, lobt Ritter.

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