DE4223483A1 - Verfahren zur Bestimmung der Form- und Lageabweichungen von Fertigungsteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Form bzw. der Form- und Lageabweichungen von Fertigungs­ teilen, vorzugsweise von im Feingußverfahren hergestellten Triebwerksschaufeln, in einem Aufnahme- und Bearbeitungssy­ stem, wobei die Fertigungsteile über Aufnahmepunkte in eine definierte Lage gebracht werden.

Das durch die Erfindung zu verbessernde technische Problem ist darin zu sehen, daß oft geringfügige Formabweichungen der Fertigungsteile bzw. Turbinenschaufeln in der Aufnahme­ vorrichtung zu großen Lageabweichungen führen, die durch die Meßeinrichtung registriert werden und das Gußteil Ausschuß werden lassen oder nachträgliche Formveränderungen am Teil notwendig machen. Derartige Formveränderungen, die z. B. beim Richten mit erheblichen mechanischen Beanspruchungen verbun­ den sind, sind bei rißempfindlichen Werkstoffen, wie z. B. den gegossenen Turbinenschaufeln nicht möglich. Durch Lage­ abweichungen des Gußstückes in der Aufnahmevorrichtung kommt es im Schaufelblatt oft ebenfalls zu Lageveränderungen, die den Gasdurchsatz im Triebwerk negativ beeinflussen können.

In der Zeitschrift Qualitätstechnik Nr. 30, 1985, Seiten 279 ff sind Anwendungsmöglichkeiten von dreidimensionalen Koordinaten-Meßgeräten zur Fertigungsüberwachung beschrie­ ben. Bei diesen Meßgeräten werden in einer Aufnahmevorrich­ tung die wichtigsten Maße durch punktförmiges Abtasten er­ mittelt. Problematisch ist dabei die genaue Positionierung der Teile, da Positionierungsungenauigkeiten zu scheinbaren Formabweichungen führen können. Nach dem dort beschriebenen Best-Fit-Verfahren soll dieses Problem dadurch gelöst wer­ den, daß man mit Hilfe eines Rechnerprogrammes die für die Funktion des Werkstücks wichtigen Maße wählt und bestimmt, in welchen Achsen und durch welche Drehung das Werkstück rechnerisch neu auszurichten ist. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig und kann nur bei einzelnen Werkstücken und nicht bei der Serienproduktion eingesetzt werden.

Im Tagungsband der Opto-7-Messe Nürnberg 1990 hat Klaus Fricke optische Meßtechniken zum flächenhaften Messen und Prüfen beschrieben. Dabei ist angegeben, daß die Gestalt von räumlich kompliziert geformten Bauteilen, wie Zylinderbrenn­ räumen oder Turbinenschaufeln mit flächenhaften Licht­ schnittverfahren (lichtoptische Konturmeßverfahren) ermit­ telt werden können. Damit ist zwar eine berührungslose Prü­ fung von einzelnen Bauteilen auf die Einhaltung ihrer Form­ toleranz möglich, über die Verwendung der Meßergebnisse bei der weiteren Verarbeitung der Werkstücke ist dabei aber nichts ausgesagt.

Aufgabe der Erfindung ist es ein gattungsgemäßes Verfahren vorzuschlagen, das auch in der Serienfertigung verwendet werden kann und Vorteile für die weitere Bearbeitung bietet.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruches 1 wiedergegeben. In den Unteransprüchen 2 bis 4 sind ergän­ zende Erfindungsvorschläge gemacht worden.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß erfindungsgemäß unter Verwendung eines lichtoptischen Konturmeßverfahrens Lage- und Formabweichungen gegenüber der Nominallage- bzw. -form in dem Aufnahme- und Bearbeitungssystem festgestellt werden können und dadurch eine Lageoptimierung der Schaufel möglich ist. Die sich darstellenden Maßabweichungen sind dabei erheblich geringer als bei der bisherigen Lehrentech­ nik. Hierdurch wird oft notwendiger oder auch kritischer Richtaufwand minimiert oder ganz vermieden. Anschließend werden erfindungsgemäß die festgestellten Meßdaten einem nachgeschalteten Bearbeitungssystem zur weiteren Verwendung übergeben. Dieses Bearbeitungssystem kann eine CNC-gesteu­ erte Bearbeitungsmaschine oder ein Schleifroboter sein. Dieses Bearbeitungssystem kann direkt mit dem Aufnahmesystem verbunden sein. Es kann aber auch räumlich getrennt sein, so daß die gespeicherten Daten gemeinsam mit der Seriennummer des Fertigungsteiles an die nachfolgende Bearbeitungsmaschi­ ne weitergegeben werden muß.

Das Prinzip des erfindungsgemäßen Meßverfahrens wird anhand der beigefügten Fig. 1 bis 3 beispielsweise näher erläu­ tert.

Fig. 1 zeigt das Verfahren der flächenhaften Kontur-Mes­ sung mit Formvergleich in einem CAD-System,

Fig. 2 zeigt das Verfahren der Kontur-Messung mit Refe­ renz-Generierung in einem CAD-System,

Fig. 3 zeigt das Verfahren der Kontur-Messung zur Erfas­ sung der Form- und Lageabweichung im Aufnahmesy­ stem.

In den Figuren ist die Schaufel in dem Aufnahmesystem darge­ stellt. Dabei werden auf die Schaufel Streifen projiziert, welche über die CCD-Meßkamera und ein Rechnerprogramm ausge­ wertet werden, um die Tiefeninformationen bzw. die Informa­ tionen über die Lage und Form der Schaufel zu erhalten.

Gemäß Fig. 1 wird die Schaufel bezüglich einer Referenzebe­ ne ausgerichtet und die Kontur der Schaufel erneut bestimmt. Diese Kontur wird über eine Freiform-Flächenschnittstelle an ein CAD-System übergeben. Hier wird nun die Verformungsana­ lyse durchgeführt.

Nach der Darstellung in Fig. 2 liegt in einem CAD-System das 3 D-Flächenmodell der nominalen Schaufel vor, mit dessen Hilfe ein Referenzdatensatz erzeugt wird. Dieser wird über eine Freiform-Flächenschnittstelle (VDA-FS) an den Kontur- Rechner übergeben. Hier kann nun bezüglich dieser Daten eine Best-Fit-Einpassung der zu messenden Schaufel vorgenommen werden. Danach wird die Verformung der Schaufel bestimmt.

Nach Fig. 3 wird am Kontur-Meßplatz über die Kontur-Erfas­ sung mit den Meßdaten P (X, Y, Z,)Y⟂(X, Z) die Abweichung der Profillage der Schaufel gegenüber der nominalen Profillage bestimmt. Diese Lageänderung wird auf das Bearbeitungskoordinatensystem transformiert und an die CNC-Bearbeitungsmaschine oder einen Schleifroboter überge­ ben.

Claims (4)

1. Verfahren zur Bestimmung der Form bzw. der Form- und Lageabweichungen von Fertigungsteilen, vorzugsweise von im Feingußverfahren hergestellten Triebwerksschaufeln, in einem Aufnahme- und Bearbeitungssystem, wobei die Fertigungsteile über Aufnahmepunkte in eine definierte Lage gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung eines lichtoptischen Konturmeßverfahrens flächenhaft die Lageänderungen gegenüber der Nominalla­ ge und/oder die Formabweichungen gegenüber der Nominal­ form bestimmt werden und die Meßdaten über die Lage- und/oder Formabweichungen der Fertigungsteile von den Nominalwerten einem CNC-gesteuerten Bearbeitungssystem oder einem Schleifroboter mitgeteilt und bei der wei­ teren Bearbeitung der Fertigungsteile entsprechend be­ rücksichtigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der festgestellte Maßzustand des Fertigungsteiles da­ durch optimiert wird, daß die Position des Fertigungs­ teiles rechnergesteuert in ein oder mehreren Schritten in mehreren Achsen zusammen mit dem Aufnahmesystem in­ nerhalb des starren Meßfühler/Bearbeitungssystemes ver­ ändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage- und/oder Formänderungen im Aufnahme- und Be­ arbeitungssystem im Vergleich zu einem maßgenauen Mu­ sterfertigungsteil bestimmt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage- und/oder Formänderungen im Aufnahme- und Be­ arbeitungssystem unter Verwendung eines dreidimensio­ nalen Flächenmodells in einem CAD-System bestimmt wer­ den.