DE19646702A1 - Method for detecting production defects in an article - Google Patents
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Abstract
Description
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren von Produktionsfehlern in einem Artikel, wobei die Größe und Form des tatsächlichen Artikels mit des sen theoretischer Konstruk tion verglichen werden. Sie befaßt sich insbesondere aber nicht ausschließlich mit einem Verfahren zum Untersuchen ei nes Artikels, wie einer Gußmetallkomponente, und findet be sondere Anwendung bei der Verwendung mit Gasturbinenschau feln.This invention relates to a method for detecting Production errors in an article, taking the size and shape of the actual article with its theoretical construction tion are compared. It deals in particular not exclusively with a method of examining egg Nes article, such as a cast metal component, and be Special application when used with a gas turbine show rock.
Es kann sein, daß es erforderlich ist, das eine Komponente, wie eine Gasturbinenschaufel, eine komplizierte Oberflächen kontur aufweist und für eine optimale Betriebswirksamkeit mit äußerst kleinen Toleranzen hergestellt werden muß.It may be necessary that a component, like a gas turbine blade, a complicated surface has contour and for optimal operational effectiveness with extremely small tolerances must be manufactured.
Zu prüfen, daß derartige Komponenten tatsächlich innerhalb ihrer Konstruktionsgrenzen liegen, ist eine schwierige, zeit verschlingende und teuere Aufgabe, welche eine spezielle Meß- und Untersuchungsausrüstung und eine sehr geschulte Mann schaft erfordert.Check that such components are actually within Your design boundaries are a difficult one devouring and expensive task, which requires a special measuring and examination equipment and a very trained man shaft requires.
Das Ziel der Erfindung ist, ein schnelleres, billigeres und genaueres Verfahren zum Detektieren von Produktionsfehlern in einem Artikel zu schaffen.The aim of the invention is to be faster, cheaper and more precise method for detecting production errors in to create an article.
Zu diesem Zweck schafft ein erster Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Detektieren von Produktionsfehlern in einem dreidimensionalen Artikel, worin der Artikel mit seiner theo retischen Konstruktion verglichen wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt, daßTo this end, a first aspect of the invention provides Method for detecting production errors in one three-dimensional article, wherein the article with its theo is compared with the reticulous construction, the process the following steps include that
- (i) ein erstes Bild gebildet wird, das ein Bild des herge stellten Artikels ist,(i) a first image is formed which is an image of the herge the article,
- (ii) ein rechnerunterstütztes Entwurfssystem verwendet wird, um ein zweites Bild zu liefern, das ein Bild der theo retischen Konstruktion des Artikels ist, (ii) a computer-aided design system is used, to provide a second picture that is a picture of theo reticulous construction of the article is
- (iii) das erste Bild und das zweite Bild verglichen werden und(iii) the first image and the second image are compared and
- (iv) jegliche Unterschiede zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild ermittelt werden.(iv) any differences between the first image and the second image can be determined.
Der Ausdruck "Bild" muß in diesem Kontext allgemein interpre tiert werden. Das erste Bild kann ein photographisches Bild, ein Bild auf einer visuellen Darstellungseinheit oder ein Ho logramm umfassen, oder kann in der Form von elektronisch ge haltenen Daten vorliegen, welche den Artikel vollständig be schreiben. Das zweite Bild kann wahlweise jede geeignete Form annehmen (einschließlich irgendeine der Formen, die für das erste Bild beispielhaft angeführt wurden). Natürlich werden die zwei Bilder Formen aufweisen müssen, die für Vergleichs zwecke zueinander passen.In this context, the expression "image" must generally be interpreted be animals. The first picture can be a photographic picture, an image on a visual display unit or a ho logram, or may be in the form of electronically held data are available, which completely the article write. The second image can be of any suitable shape assume (including any of the forms used for the first picture were given as an example). Be natural the two pictures must have shapes for comparison purposes fit together.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt Schritt (i) den Schritt, daß der hergestellte Artikel gehaltert wird und der Artikel beleuchtet wird, um ein Muster auf der Oberfläche des Artikels zu erzeugen, wobei der Artikel unter Verwendung ei ner Laserinterferometrietechnik beleuchtet werden kann, die ein Streifenmuster auf der Oberfläche des Artikels erzeugt, und der beleuchtete Artikel über eine optische Einrichtung betrachtet werden kann, wobei das erste Bild das Muster um faßt.In a preferred embodiment, step (i) comprises the Step that the manufactured article is held and the Article is illuminated to create a pattern on the surface of the Generate article, the article using an egg ner laser interferometry technology that can be illuminated creates a stripe pattern on the surface of the article, and the illuminated article via an optical device can be viewed with the first image around the pattern sums up.
Das zweite Bild kann durch virtuelles Beleuchten eines theo retischen Modells des Artikels gebildet werden, wie es durch das rechnerunterstützte Entwurfssystem geliefert wird. Die virtuelle Beleuchtung des Modells kann ein Nachbilden eines elektronisch erzeugten Lasers mittels Software verwenden, und derartige Software kann konstruiert sein, um ein idealisier tes Streifenmuster an dem Modell zu ergeben. The second image can be lit by virtually illuminating a theo reticulated model of the article as formed by it the computer-aided design system is delivered. The virtual lighting of the model can be a replica of a use electronically generated laser using software, and Such software can be designed to be idealized stripe pattern on the model.
In einer bevorzugten Ausführung umfaßt Schritt (iii) den Schritt, daß das erste Bild und das zweite Bild in gleiche Perspektive und Stellung gebracht werden, indem ausgewählte Bezugspunkte auf den ersten und zweiten Bildern verwendet werden, und Schritt (iii) kann weiter den Schritt umfassen, daß die Unterschiede in den Streifenmustern elektronisch ver glichen werden.In a preferred embodiment, step (iii) comprises the Step that the first picture and the second picture in same Perspective and position can be brought by selected ones Reference points are used on the first and second pictures and step (iii) may further include the step that the differences in the stripe patterns electronically ver be compared.
In Schritt (iv) kann Rechner-Software verwendet werden, um die Unterschiede zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild in einer sichtbaren oder einer numerischen Form zu be schreiben.In step (iv), computer software can be used to the differences between the first picture and the second Image in a visible or numerical form write.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Detektieren von Produktionsfehlern in einem Artikel die Schritte, daßAccording to a second aspect of the invention comprises a method to detect production errors in an article Steps that
- (i) ein Laserinterferometrie-Streifenmuster gebildet wird, das die theoretische dreidimensionale Form eines Teils des Artikels darstellt, wobei die Form von einem rech nerunterstützten Entwurfssystem geliefert wird, und(i) a laser interferometry stripe pattern is formed, which is the theoretical three-dimensional shape of a part of the article, the form of a rech a supported design system is supplied, and
- (ii) ein entsprechendes Laserinterferometrie-Streifenmuster gebildet wird, das die tatsächliche dreidimensionale Form des entsprechenden Teils des hergestellten Arti kels darstellt, und(ii) a corresponding laser interferometry stripe pattern is formed, which is the actual three-dimensional Shape of the corresponding part of the manufactured item represents kels, and
- (iii) die jeweiligen Streifenmuster verglichen werden, um Ab weichungen der Form des hergestellten Artikels von sei ner theoretischen Konstruktion zu bestimmen.(iii) the respective stripe patterns are compared to Ab deviations in the shape of the manufactured article from to determine a theoretical construction.
Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei derartige Ausführungsformen rein beispielhaft für ver schiedene Wege sind, auf welchen die Erfindung in Kraft ge setzt werden kann.Embodiments of the invention will now be described such embodiments are purely exemplary of ver are different ways in which the invention is in force can be set.
Zur Annehmlichkeit betrifft der Rest der Beschreibung insbe sondere ein Verfahren zum Detektieren von Produktionsfehlern in einer Gasturbinenschaufel, aber dies sollte als rein bei spielhaft für die Gegenstände, Artikel und Komponenten genom men werden, auf welche das Verfahren der Erfindung anwendbar ist.For convenience, the rest of the description relates in particular in particular a method for detecting production errors in a gas turbine blade, but this should be considered pure playful for the items, articles and components genom to which the method of the invention is applicable is.
Der Konstruktionsprozeß von Komponenten, wie Gasturbinen schaufeln wird mathematische Berechnungen, Experimente und in der abschließenden Analyse das Schließen von Kompromissen zwischen in Konflikt geratenden Kriterien beinhalten.The design process of components such as gas turbines will shovel mathematical calculations, experiments and in the final analysis the compromise between conflicting criteria.
Heutzutage wird der Konstruktionsvorgang beinahe sicher in einem größeren oder kleineren Ausmaß die Verwendung eines rechnerunterstützten Entwurfssystems (nachstehend als CAD-System bezeichnet) beinhalten, und die Erfindung verwendet ein derartiges System als eines ihrer Merkmale. Wenn jedoch die abschließende theoretische Konstruktion des Artikels ge schaffen wird, werden Details dieser abschließenden Konstruk tion, d. h. Form, Winkel, Abmessungen, Oberflächenkonturen, Krümmungen, etc. in dem Speicher des CAD-Systems definiert sein. Des weiteren wird der Maschinenpark, der zur Herstel lung der Komponente verwendet wird, oft auf die Daten des CAD-Systems zur Anweisung und Steuerung des Maschinenparks angewiesen sein.Nowadays, the design process is almost certainly in to a greater or lesser extent the use of a computer-aided design system (hereinafter referred to as CAD system) include, and uses the invention such a system as one of its features. But when the final theoretical construction of the article ge will create details of this final construct tion, d. H. Shape, angle, dimensions, surface contours, Curvatures, etc. defined in the memory of the CAD system be. Furthermore, the machine park, which becomes the manufacturer component is often used on the data of the component CAD system for the instruction and control of the machine park be dependant on.
Aufgrund der gehaltenen Daten wird ein dreidimensionales Mo dell in dem CAD-System erzeugt und gehalten, das die voll ständigen Details der theoretischen Konstruktion zeigt, und dieses dreidimensionale Modell wird zum Vergleich mit der tatsächlich hergestellten Komponente verwendet. Es ist zu verstehen, daß das dreidimensionale Modell in der Form von in einem Rechner gehaltenen Daten vorhanden ist, aber es auf ei ner VDU (visuellen Darstellungseinheit) oder als ein Druck von der VDU sichtbar ist, wobei es natürlich auf der VDU aus jedem Winkel oder jeder Position betrachtet und wie erforder lich skaliert werden kann. Als Teil des Detektionsvorgangs ist ein Streifenmuster an dem Bild der theoretischen Kon struktion zu bilden und es wird, weil dies die idealisierte Konstruktion ist, das Streifenmuster ebenfalls idealisiert sein. Um ein Streifenmuster an dem Modell zu bilden, wird zu sätzliche, mit der CAD-Software verbundene Software verwen det. Die zusätzliche Software wirkt tatsächlich, um eine La serinterferometrietechnik an dem Modell nachzubilden und legt das idealisierte Streifenmuster auf das Modell. Diese Überla gerung kann auf der VDU (oder einem Druck davon) sichtbar sein, aber dies ist nicht wesentlich, solange der Rechner die Streifenkoordinaten zum Vergleich mit dem Streifenmuster hat, das auf der realen Turbinenschaufel gebildet wird (siehe un ten).A three-dimensional Mo dell is created and maintained in the CAD system, which is the full shows constant details of the theoretical construction, and this three-dimensional model is used for comparison with the actually manufactured component used. It's closed understand that the three-dimensional model in the form of in data held on a computer exists, but it is on egg ner VDU (visual display unit) or as a print is visible from the VDU, although of course it is from the VDU considered at any angle or position and as required can be scaled. As part of the detection process is a stripe pattern on the image of the theoretical con structure and it becomes because this is the idealized Construction is ideal, the stripe pattern is also idealized be. To form a stripe pattern on the model, go to use additional software associated with the CAD software det. The additional software actually works to run a La reproduce serinterferometry technology on the model and submit the idealized stripe pattern on the model. This overload can be visible on the VDU (or a print of it) be, but this is not essential as long as the calculator has the Has stripe coordinates for comparison with the stripe pattern, that is formed on the real turbine blade (see un ten).
Die Details der tatsächlichen Produktion der Komponente sind für die Erfindung nicht relevant, aber es wird beispielhaft ins Auge gefaßt, daß die Schaufel unter Verwendung z. B. einer Investmentgußtechnik gegossen werden würde.The details of the actual production of the component are not relevant to the invention, but it will be an example envisaged that the blade using z. B. one Investment casting technology would be cast.
Die Komponente wird in ihrer abschließend hergestellten Form gehaltert und dann unter Verwendung einer geeigneten Technik beleuchtet, wodurch ein Streifenmuster auf der Oberfläche der Komponente erzeugt wird. Es sind verschiedene Verfahren für die Bildung eines derartigen Streifenmusters erhältlich, ob wohl es im allgemeinen geeignet sein wird, irgendeine Form von Laserinterferometrietechnik zu verwenden.The component is in its final form held and then using an appropriate technique illuminated, creating a stripe pattern on the surface of the Component is generated. There are different procedures for the formation of such a stripe pattern available whether however, it will generally be any form of laser interferometry technology.
Beispielsweise kann der hergestellte Artikel von einer Laser quelle und dann von einer zweiten Laserquelle beleuchtet wer den, wobei die zwei Quellen in einem kleinen Ausmaß voneinan der beabstandet sind. Tatsächlich ist dieser Effekt erreich bar, indem der Strahl von einer Quelle auf den Artikel unter Verwendung eines kippbaren Spiegels reflektiert wird, welcher zwischen Belichtungen gekippt wird, so daß es scheint, daß sich die Quelle bewegt. For example, the article produced can be from a laser source and then illuminated by a second laser source the, with the two sources to a small extent from each other which are spaced. This effect is actually achieved bar by taking the beam from a source to the article below Reflected using a tiltable mirror, which is tilted between exposures so that it appears that the source is moving.
In einer alternativen Anordnung ist der Artikel innerhalb ei ner Zelle mit einem Fluid da herum gehaltert, dessen Bre chungsindex sich zwischen Belichtungen ändert.In an alternative arrangement, the article is within an egg ner cell with a fluid around it, the bre index changes between exposures.
Das Streifenmuster ermittelt Änderungen des Gradienten auf der Oberfläche der Komponente und daher von dessen Form.The stripe pattern detects changes in the gradient the surface of the component and therefore its shape.
Die beleuchtete Form wird über eine optische Einrichtung, z. B. eine Kamera betrachtet, und das zusehene Bild ein schließlich des zugeordneten Streifenmusters wird in irgend einer geeigneten Form, z. B. als ein Hologramm, als eine Pho tographie, als ein Videobild oder elektronisch aufgezeichnet.The illuminated form is over an optical device, e.g. B. viewed a camera, and the watched image finally the assigned stripe pattern is in any a suitable form, e.g. B. as a hologram, as a pho tography, recorded as a video image or electronically.
Damit der Vergleich zwischen den Streifenmustern des CAD-Modells und der realen Komponente richtig vorgenommen wird, ist es wesentlich, daß beide genau auf die gleiche Abmes sungskalierung gebracht und beide genau in die gleiche Stel lung, Orientierung und Perspektive gesetzt werden. Um dies zu erreichen, werden äquivalente Bezugspunkte sowohl auf das Computermodell der theoretischen Konstruktion als auch auf das Bild der realen Komponente angewendet (ausgewählte Be zugspunkte können beispielsweise Punkte sein, die durch den Schnitt von zwei oder mehr Oberflächen gebildet werden). Das CAD-Modell wird dann skaliert und gedreht, bis ein genaues Zusammenpassen der Bezugspunkte des CAD-Modells und der äqui valenten Bezugspunkte auf dem Bild der realen Komponente er halten wird.So that the comparison between the stripe patterns of the CAD model and the real component is made correctly, it is essential that both are of exactly the same dimension solution scaling and both in exactly the same position orientation, orientation and perspective. To do this equivalent reference points to both Computer model of the theoretical construction as well the image of the real component applied (selected Be traction points can, for example, be points that are marked by the Intersection of two or more surfaces). The CAD model is then scaled and rotated to an exact one Matching the reference points of the CAD model and the equi valent reference points on the image of the real component will hold.
Wenn das CAD-Modell und das Bild der realen Komponente derart übereinander gelegt worden sind, werden die Streifenmuster verglichen. Jegliche Unterschiede zwischen den Streifenmu stern zeigen einen Fehler bei der Produktion der realen Kom ponente an, und der Fehler kann aufgrund der bekannten Wel lenlänge des verwendeten Laserlichts berechnet werden. If the CAD model and the image of the real component like this have been placed on top of each other, the stripe pattern compared. Any differences between the stripes asterisks indicate an error in the production of the real comm component, and the error can be due to the known wel lenlength of the laser light used can be calculated.
Nachdem jegliche Unterschiede zwischen den zwei Darstellungen detektiert worden sind, können die verschiedenen Abweichungen der tatsächlichen Form von der idealisierten Form in einer sichtbaren oder numerischen Form unter Verwendung geeigneter Software wiedergegeben werden.Having any differences between the two representations The different deviations can be detected the actual form from the idealized form in one visible or numerical form using appropriate Software can be played.
Es kann dann die Entscheidung getroffen werden, ob die tat sächliche Komponente innerhalb der Konstruktionstoleranzen liegt, oder ob die Konstruktionstoleranzen in dem Ausmaß überschritten werden, daß die Komponente zurückgewiesen wer den oder zur Nachbearbeitung geschickt werden muß.A decision can then be made as to whether that did neutral component within the design tolerances lies, or whether the design tolerances to the extent exceeded that the component is rejected which or must be sent for postprocessing.
Zusammengefaßt umfaßt ein Verfahren zum Detektieren von Pro duktionsfehlern in einem Artikel, worin der Artikel mit sei ner theoretischen Konstruktion verglichen wird, folgende Schritte, daßIn summary, includes a method for detecting Pro production errors in an article in which the article is included ner theoretical construction is compared, the following Steps that
- (i) ein erstes Bild gebildet wird, das ein Bild des herge stellten Artikels ist,(i) a first image is formed which is an image of the herge the article,
- (ii) ein rechnerunterstütztes Entwurfssystem verwendet wird, um ein zweites Bild zu liefern, das ein Bild der theo retischen Konstruktion des Artikels ist,(ii) a computer-aided design system is used, to provide a second picture that is a picture of theo reticulous construction of the article is
- (iii) das erste Bild und das zweite Bild verglichen werden und(iii) the first image and the second image are compared and
- (iv) jegliche Unterschiede zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild ermittelt werden.(iv) any differences between the first image and the second image can be determined.
Das erste Bild kann ein Videobild oder ein fotographisches Bild oder ein Hologramm sein oder kann durch elektronisch ge haltene Daten gebildet sein, und das zweite Bild kann ein Vi deobild oder ein fotographisches Bild oder ein Hologramm sein oder kann durch elektronisch gehaltene Daten gebildet sein.The first image can be a video image or a photographic image Image or a hologram or can be electronically ge held data may be formed, and the second image may be a Vi deo image or a photographic image or a hologram or can be formed by electronically held data.
Claims (13)
- (i) ein erstes Bild gebildet wird, das ein Bild des hergestellten Artikels ist,
- (ii) ein rechnerunterstütztes Entwurfssystem verwendet wird, um ein zweites Bild zu liefern, das ein Bild der theoretischen Konstruktion des Artikels ist,
- (iii) das erste Bild und das zweite Bild verglichen wer den und
- (iv) jegliche Unterschiede zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild ermittelt werden.
- (i) forming a first image which is an image of the article being manufactured,
- (ii) a computer aided design system is used to provide a second image which is an image of the theoretical construction of the article,
- (iii) who compared the first image and the second image and
- (iv) any differences between the first image and the second image are determined.
- (i) ein Laserinterferometrie-Streifenmuster gebildet wird, das die theoretische dreidimensionale Form eines Teils des Artikels darstellt, wobei die Form von einem rechnerunterstützten Entwurfssy stem geliefert wird, und
- (ii) ein entsprechendes Laserinterferometrie-Streifen muster gebildet wird, das die tatsächliche drei dimensionale Form des entsprechenden Teils des hergestellten Artikels darstellt, und
- (iii) die jeweiligen Streifenmuster verglichen werden, um Abweichungen der Form des hergestellten Arti kels von seiner theoretischen Konstruktion zu be stimmen.
- (i) a laser interferometry stripe pattern is formed which represents the theoretical three-dimensional shape of a part of the article, the shape being provided by a computer aided design system, and
- (ii) a corresponding laser interferometry stripe pattern is formed which represents the actual three dimensional shape of the corresponding part of the article being manufactured, and
- (iii) the respective stripe patterns are compared to determine deviations in the shape of the manufactured article from its theoretical construction.
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| JPH09189539A (en) | 1997-07-22 |
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| GB9523860D0 (en) | 1996-01-24 |
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