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29.09.2015

Flugzeugindustrie setzt optische 3D-Messtechnik von Alicona ein

Messung von Geometrie und Oberfläche

Flugzeugindustrie setzt optische 3D-Messtechnik (Foto: Alicona)

Turbinenschaufeln sind hoch spezialisierte Bauteile. Effiziente Filmkühlung wird durch Mikrobohrungen umgesetzt, die Kantenverrundung beeinflusst die Effizienz, und die Beschichtung entscheidet über die Lebensdauer von Turbinenschaufeln. Mit Messtechnik von Alicona, Raaba bei Graz/Österreich, setzen Hersteller in der Qualitätssicherung eine All-in-one-Lösung ein.

Je mehr funktionale Eigenschaften Turbinenschaufeln aufweisen, desto komplexer wird ihre Geometrie. Das bedeutet nicht nur eine komplexere Fertigung, sondern auch neue Anforderungen für die Messtechnik zur Qualitätskontrolle. Unterschiedliche Oberflächengeometrien sollen automatisiert, schnell, hochauflösend und rückführbar gemessen werden. Mit dem optischen 3D-Messgerät InfiniteFocus werden unter anderem Kühllöcher, Kantengeometrien am Turbinenfuß und dem Schaufelblatt sowie Beschichtungsergebnisse verifiziert.

Das hochauflösende optische Messsystem basiert auf dem Prinzip, mit nur einem Sensor alle Funktionen eines Mikrokoordinatenmesssystems und eines Rauheitsmessgeräts abzudecken. Damit messen Anwender mit nur einem System sowohl die Geometrie als auch die Oberfläche von Turbinenschaufeln.

Automatisierte Messung von Kühllöchern

Filmkühlung vermeidet gefährliche Hitzeschäden an den Turbinenschaufeln. Bei diesem Verfahren wird kühlende Luft durch speziell geformte Kühllöcher bzw. Kühlbohrungen in den Turbinenschaufeln ausgestoßen. Diese Luft bildet eine dünne, kühlende Isolierschicht zwischen den Verbrennungsgasen und der Turbinenschaufel und verhindert eine Überhitzung des Materials.

In der Qualitätskontrolle der Kühllöcher gilt es sicherzustellen, dass Winkel, Größe und Form von bis zu 500 mitunter unterschiedlich geformten Kühllöchern exakt ihrem CAD-Datensatz entsprechen. Im Fokus der optischen Messung mit der Fokus- Variation stehen zwei Bereiche: das Bohrloch und der Übergang von der Oberfläche zum Bohrloch. Besonders von Interesse sind dabei die Rundheit, der Durchmesser sowie die Winkel an den Übergängen. Die Messung der Kühllocher an verschiedenen Positionen erfolgt automatisch, was durch den Einsatz einer speziellen CAD/CAM-Software umgesetzt wird.

Abweichungen von der Soll-Geometrie werden unmittelbar angezeigt. Während die Geometrie der Mikrobohrungen für die effiziente Filmkühlung verantwortlich ist, sorgt die richtige Kantenverrundung an der Hinter- und Vorderkante des Turbinenblatts für optimierte aerodynamische Eigenschaften und damit für eine effizientere Turbine.

Kantenmessung für eine effizientere und langlebigere Turbine

Besonders herausfordernd ist die Kantenmessung unter anderem am Schaufelfuß, da es sich meist um eine Krümmung mit unterschiedlich großen Radien handelt. Die Fokus-Variation von Alicona ist hier nach eigenen Angaben in mehrerer Hinsicht geeignet. Zum einen erzielen Anwender hochauflösende, rückführbare und wiederholgenaue Ergebnisse. Zum anderen ermöglicht die hohe Auflösung zusätzlich zur Einpassung von Kreisen das Einpassen von Ellipsen und damit die Messung der "realen" Kantengeometrie, die mit einem Radiusparameter nur bedingt verifiziert werden kann. Im Fokus der Messungen der Tannenbaumprofile stehen Parameter wie der Radius des Zahngrunds, die Zahnteilung, die Flankenwinkel sowie der Zahnkopfradius.

Sind Turbinenschaufeln richtig beschichtet, erhöht sich ihre Stabilität, Verschleißfestigkeit und Lebensdauer. Hersteller von Turbinenschaufeln nutzen die Lösungen daher zur Oberflächenmessung sowohl vor als auch nach der Beschichtung. Ersteres erfolgt durch die flächenhafte Rauheitsmessung (Sa-, Sq-, Sz-Werte), mit der Anwender verifizieren, ob die Oberfläche der Turbinenschaufel richtig aufgeraut ist. Letzteres, die Verifikation der richtigen Schichtdicken nach der Beschichtung, wird durch die Differenzmessung umgesetzt. Die beschichtete Oberfläche wird dabei einem Vorher-Nachher-Test unterzogen.

Klassische Schichtdickenmessgeräte können laut Unternehmen hier nur unzureichend eingesetzt werden, da sie lediglich eine punktuelle Messung ermöglichen. Um die Homogenität der Beschichtung auf der gesamten Fläche verifizieren zu können, ist nach Angaben des Prüfgeräteherstellers ein flächenhaftes Verfahren wie die Fokus-Variation notwendig.

Alicona Imaging GmbH
www.alicona.com

Unternehmensinformation

Alicona Imaging GmbH

Dr.-Auner-Straße 21a
AT 8074 RAABA/GRAZ
Tel.: +43 316 403010-700
Fax: +43 316 403010-711

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