DE102017002158B4 - Procedure for the target-actual evaluation of a component against CAD data - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Auswertung (Soll-Ist-Vergleich) oder der Erfassung von Abweichungen einer Ist-Kontur (9), welche die Kontur eines herzustellenden Werkstückes (1) ist, von einer Nominal-Kontur (10), welche die Kontur des CAD-Models darstellt, wobei das Verfahren zur Entwicklung einer Elektrode (2) zum elektrochemischen Abtragen dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen (9 und 10) sich überschneiden, dass ein Fehlervektor (8) immer senkrecht von der jeweils innenliegenden (kleineren) Kontur (9, 10) aus betrachtet steht und in Richtung der äußeren Kontur (9, 10) zeigt, wobei der Fehlervektor (8) senkrecht auf einer Fläche an einer Position eines Messpunktes oder eines Nominalpunktes steht.Method for evaluating (target-actual comparison) or detecting deviations of an actual contour (9), which is the contour of a workpiece (1) to be produced, from a nominal contour (10), which is the contour of the CAD model The method for developing an electrode (2) for electrochemical removal is characterized in that the contours (9 and 10) overlap, that an error vector (8) is always perpendicular to the inner (smaller) contour (9, 10) is viewed from and points in the direction of the outer contour (9, 10), the error vector (8) standing vertically on a surface at a position of a measuring point or a nominal point.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Soll-Ist Auswertung eines Bauteils gegen CAD-Daten, insbesondere zur Auswertung von Bauteilen wie Turbinenschaufeln aus der Luftfahrt.The invention relates to a method for target / actual evaluation of a component against CAD data, in particular for evaluating components such as turbine blades from aviation.
Die Vermessung von Bauteilen mit einem hohen Freiformflächenanteil wie beispielsweise Turbinenschaufeln werden heute zunehmend optisch vermessen. Ursachen hierfür sind neben der zunehmenden Verfügbarkeit von Geräten mit entsprechender Genauigkeit vor allem die bauteilübergreifende, flächendeckende und schnelle Erfassung einer Vielzahl von Messpunkten (Punktewolke) welche eine gesamtheitliche Beurteilung erlaubt. Die Visualisierung der Messergebnisse sieht in der Regel einen SOLL-IST Vergleich dieser Messdaten (IST) gegen ein CAD-Modell (SOLL) vor, bei dem die Abweichung der Messergebnisse mittels einer Falschfarbendarstellung visualisiert wird, bei dem jedem Farbwert ein Abweichungswert zugeordnet wird.The measurement of components with a high proportion of free-form surfaces such as turbine blades is increasingly being measured optically today. In addition to the increasing availability of devices with the corresponding accuracy, the main reasons for this are the cross-component, area-wide and fast detection of a large number of measuring points (point cloud), which enables a holistic assessment. The visualization of the measurement results usually provides a TARGET-ACTUAL comparison of this measurement data (ACTUAL) against a CAD model (TARGET), in which the deviation of the measurement results is visualized by means of a false color representation, in which a deviation value is assigned to each color value.
Nach dem Stand der Technik gibt es verschiedene Varianten der Berechnung der Abweichungen. Eine der bekanntesten ist das Prinzip der kürzesten Abstände, d.h. korrespondierend zu jedem Messpunkt der Punktewolke wird der kürzest entfernte Punkt auf dem CAD-Bauteil gesucht und diesem Zugeordnet. Der Verbindungsvektor beider Punkte definiert die Fehlerrichtung (=Fehlervektor) und dessen Länge die Abweichung.According to the state of the art, there are different variants for calculating the deviations. One of the best known is the principle of shortest distances, i.e. Corresponding to each measuring point of the point cloud, the shortest distant point on the CAD component is searched for and assigned to it. The connection vector of both points defines the direction of error (= error vector) and its length the deviation.
Eine andere Variante geht von den CAD-Daten aus und sucht lotrecht zur nominalen Oberfläche den korrespondierenden Punkt auf den IST-Daten. Die Sonderfälle beider Varianten - insbesondere wenn es rechnerisch keine Lösung gibt, beispielsweise weil lotrecht zur CAD-Oberfläche aufgrund der Bauteilabweichungen keine Messdaten zur Verfügung stehen, sehen eine Aufweitung des Suchbereiches der korrespondierenden Punkte vor wie z.B. durch die Definition eines gültigen Suchbereiches in Form eines Kegels innerhalb dessen korrespondierende Punkte erfasst werden können.Another variant is based on the CAD data and searches for the corresponding point on the ACTUAL data perpendicular to the nominal surface. The special cases of both variants - especially if there is no mathematical solution, for example because no measurement data is available perpendicular to the CAD surface due to component deviations, provides for an expansion of the search range of the corresponding points, e.g. by defining a valid search area in the form of a cone within which corresponding points can be detected.
Betrachtet man die nach obigen Methoden ermittelten Richtungsvektoren und deren Beträge so wirken diese nicht in der Richtung welche benötigt würde, um eine Korrektur des abweichungsbehafteten Bauteils gesamtheitlich durchzuführen. Daher lässt sich allein aufgrund der Information der Messpunktewolke (IST), den Richtungsvektoren der Abweichung und dessen Betrag das CAD-Modell nicht rückführen, was für die Berechnung einer Korrekturmaßnahme jedoch erforderlich wäre, beispielsweise um ein formgebendes Werkzeug entsprechend der Abweichungen am Bauteil zu korrigieren, indem die Abweichungen in negierter Richtung auf das Werkzeug übertragen werden.If one considers the direction vectors determined according to the above methods and their amounts, these do not work in the direction that would be required to carry out a correction of the component with a deviation as a whole. Therefore, the CAD model cannot be traced solely on the basis of the information from the measurement point cloud (ACTUAL), the direction vectors of the deviation and its amount, which would be necessary for the calculation of a corrective measure, for example in order to correct a shaping tool according to the deviations on the component, by transferring the deviations in the negative direction to the tool.
Gerade die Korrektur von Werkzeugen formgebender Fertigungsverfahren wie beispielsweise der elektrochemischen Bearbeitung von Turbinenschaufeln erfordern aufgrund ihrer prozessbedingt inhomogenen Arbeitsspalte eine effiziente Möglichkeit der Fehlerrückführung von Bauteilabweichungen auf die formgebende Werkzeugelektrode.The correction of tools in shaping manufacturing processes, such as the electrochemical machining of turbine blades, requires an efficient possibility of returning component deviations to the shaping tool electrode due to their process-inhomogeneous working gaps.
Die hohen Anforderungen an die Messgenauigkeit bei der Prüfung dieser Teile können mit dem Einsatz von optischen Scannern erfüllt werden. Mittels dem optischen Scanner können ausführliche und aussagekräftige Messungen und Auswertungen erzielt werden, da sie die ganze Schaufelform mit Vorderkante (Leading Edge), Hinterkante, Schaufelkopf und Schaufelfuß automatisiert flächenhaft erfassen, vermessen und beurteilen. Vorteilhafterweise wird das zu messende Teil, insbesondere Turbinenteil, in einen stabilen Messrahmen eingespannt oder auf einem Messtisch fixiert, der mit vorvermessenen Referenzpunkten versehen ist.The high demands on measurement accuracy when testing these parts can be met with the use of optical scanners. Using the optical scanner, detailed and meaningful measurements and evaluations can be achieved, since they automatically capture, measure and assess the entire blade shape with leading edge, leading edge, blade head and blade root. The part to be measured, in particular the turbine part, is advantageously clamped in a stable measuring frame or fixed on a measuring table which is provided with pre-measured reference points.
Mittels elektrochemischer Bearbeitung (ECM) können besonders harte Werkstoffe in der Turbinenindustrie, wie z.B. Nickelsuperlegierungen sehr präzise bearbeitet werden. Dabei wird zwischen einem Werkstück und einer Elektrode eine elektrische Spannung angelegt. Diese ruft einen Strom in einem Elektrolyten innerhalb eines Spalts zwischen Werkstück und Elektrode hervor. Da das elektrische Feld häufig ungleichförmig ausgebildet ist kann die Spaltgröße über der zu bearbeitenden Fläche variieren. Infolgedessen nimmt das Werkstück nicht die exakte gewünschte Form an.Using electrochemical machining (ECM), particularly hard materials in the turbine industry, such as Nickel super alloys can be processed very precisely. An electrical voltage is applied between a workpiece and an electrode. This creates a current in an electrolyte within a gap between the workpiece and the electrode. Since the electric field is often non-uniform, the gap size can vary over the area to be processed. As a result, the workpiece does not take the exact desired shape.
Zur Vermeidung von Abbildefehlern in den Werkstücken schlägt die
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein optimiertes Verfahren zur Auswertung (Soll-Ist-Vergleich) oder der Erfassung von Abweichungen einer Ist-Kontur von einer Nominal-Kontur, insbesondere zur Auslegung der Kontur von Turbinenteilen und/oder von Elektroden zum elektrochemischen Abtragen anzugeben. Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren nach Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object of the present invention is an optimized method for evaluating (target-actual comparison) or for detecting deviations specify an actual contour from a nominal contour, in particular for the design of the contour of turbine parts and / or electrodes for electrochemical removal. This object is achieved with a method according to
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
-
1 zeigt ein Werkstück mit einer zugehörigen Elektrode im Querschnitt -
2 zeigt das Spaltmaß am Werkstück in vergrößerter Darstellung -
3 zeigt ein Auswerteverfahren des Stand der Technik unter Verwendung eines Vektors mit geringstem Abstand von der Ist-Kontur auf die Nominal-Kontur -
4 zeigt ein Auswerteverfahren unter Verwendung eines starren Vektors von der Nominal-Kontur auf die Ist-Kontur -
5 zeigt ein Auswerteverfahren mit Vektoren mit rechten Winkeln von der Ist-Kontur auf die Nominal-Kontur -
6 zeigt eine erfindungsgemäße Variante von5 bei der jeweils von der innenliegenden Kontur betrachtet lotrecht zur äußeren Kontur gesucht wird. Die Richtung der Vektoren kann dabei auf die SOLL- oder IST-Kontur bezogen sein. -
7 zeigt eine erfindungsgemäße Variante der5 und6 mit einem kegelförmigen Suchbereich um den theoretisch lotrechten Vektor im Sonderfall, wenn rechnerisch aufgrund der geometrischen Verhältnisse kein Schnittpunkt mit der äußeren Kontur erfolgen kann.
-
1 shows a workpiece with an associated electrode in cross section -
2 shows the gap size on the workpiece in an enlarged view -
3 shows an evaluation method of the prior art using a vector with the smallest distance from the actual contour to the nominal contour -
4 shows an evaluation method using a rigid vector from the nominal contour to the actual contour -
5 shows an evaluation method with vectors with right angles from the actual contour to the nominal contour -
6 shows a variant of5 looking from the inner contour perpendicular to the outer contour. The direction of the vectors can be related to the TARGET or ACTUAL contour. -
7 shows a variant of theinvention 5 and6 with a conical search area around the theoretically perpendicular vector in special cases if, due to the geometric conditions, no intersection with the outer contour can take place.
In
Die Modifikation der Elektrode
Das Verfahren zum Soll-Ist-Vergleich oder der Erfassung von Abweichungen einer Ist-Kontur
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Werkstückworkpiece
- 22
- Elektrodeelectrode
- 33
- WerkstückkonturWorkpiece contour
- 44
- Spaltmaßclearance
- 55
- Sollkonturtarget contour
- 66
- Abweichungdeviation
- 77
- Normalenormal
- 88th
- Vektor / FehlervektorVector / error vector
- 99
- Ist-Kontur / ProfilActual contour / profile
- 1010
- Nominal-Kontur / CAD-KonturNominal contour / CAD contour
- 1111
- Kantenbereichedge region
- 1212
- Kanteedge
- 1313
- Seitenbereichpage range
- 1414
- Abstanddistance
- 1515
- Abstanddistance
- 1616
- Abweichungendeviations
- 1717
- Vektorbasisvector basis
- 1818
- Kegelförmiger SuchbereichConical search area
- 1919
- PunktPoint
- 2020
- Abstanddistance
- 2121
- RWRW
- rechter Winkel right angle
- 8a8a
- Vektor / FehlervektorVector / error vector
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