EP2860277A1 - Beschichtungsverfahren - Google Patents
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- EP2860277A1 EP2860277A1 EP20130188493 EP13188493A EP2860277A1 EP 2860277 A1 EP2860277 A1 EP 2860277A1 EP 20130188493 EP20130188493 EP 20130188493 EP 13188493 A EP13188493 A EP 13188493A EP 2860277 A1 EP2860277 A1 EP 2860277A1
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- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
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Definitions
- the present invention relates to a coating method in which a component, in particular a gas turbine component, is coated by, in particular thermal spraying.
- thermal spraying is known as a coating method in various embodiments.
- methods for monitoring the result of thermal spraying are known in the art. That's how it shows US 20120269958 A1 a method for simulating the layer thickness of a coating disposed on a substrate surface. The layer thickness is determined in particular via the mass of the applied coating material.
- the present invention has for its object to provide a coating process with improved process control.
- a test splash spot is produced on a surface by means of a sample spraying with a coating system operated in a first process parameter setting.
- at least one geometric actual value is determined by the sample spray spot in a spot determination.
- the at least one geometric actual value is calibrated in an actual value check with a predefined setpoint value.
- the actual value check results in a deviation of the geometric actual value from the nominal value, in a parameter change the first method parameter setting is changed to a second method parameter setting or, if the Actual value test results in no deviation of the geometric actual value from the nominal value, coated by spraying with the operated in the first process parameter setting coating system, a component.
- the coating method according to the invention it is advantageously possible to more easily and accurately determine and set the process parameters of the coating system for the desired coating result. As a result, the coating produced has a more accurately predictable quality.
- the sample spray spot is produced on a sample workpiece.
- the Probewerk GmbH is in particular a flat plate.
- the spot determination is carried out with a coordinate measuring machine with optical measuring instruments or with tactile measuring instruments.
- a maximum layer thickness of the sample spray spot is determined in the spot determination in a maximum layer thickness determination.
- the sample spray spot can thus be assigned a center.
- a distribution of the layer thickness of the sample spray spot along at least one axis running on the surface can be determined in the spot determination in a layer thickness distribution determination.
- the layer thickness distribution is determined in particular by a definition of a normal distribution.
- the layer thickness distribution can be described by a mathematical model that allows further analysis and also process simulations.
- the at least one axis, along which the layer thickness distribution is determined is in particular a main axis of the sample spray spot.
- the skin axis is an axis along the longest extent.
- a layer thickness distribution is determined along several axes. The other axes are arranged in particular at an angle to the main axis.
- an extension of the sample spray spot on the surface can be determined.
- the extent is quantified in particular by a definition of a standard deviation of a normal distribution.
- a position of the sample spray spot on the surface is determined in the spot determination in a position determination.
- the position determination can be determined by measuring the displacement of the maximum layer thickness, ie the center of the sample spray spot, to form a spray jet axis.
- a rotation angle about the spray jet axis can also be determined.
- a volume of the sample spray spot is determined in a volume determination.
- sample spray spot characteristics are determined by means of a plurality of sample spray formulations or also by means of a process simulation. It can thus be defined process parameter settings that are required to obtain a coating in, for example, desired layer thickness, porosity and roughness.
- the spot determination in particular, the maximum layer thickness, the standard deviation along two axes, the position and the angle of rotation are determined.
- the volume determination can be made.
- the spraying is a thermal spraying.
- the process parameters for thermal spraying in which contacting measuring methods can not be used due to the high process temperatures, can be determined.
- a part of a gas turbine is coated by spraying.
- the component is in particular a turbine blade.
- the coating method according to the invention fulfills the associated requirements.
- the coating method according to the invention is preferably carried out by a coating system according to the invention.
- the coating system according to the invention for coating surfaces has for this purpose a robot-guided spray gun, a control unit and a coordinate measuring machine.
- the coordinate measuring machine is designed to detect geometric measured values.
- the control unit is designed to operate the coating system according to the coating method according to the invention according to predetermined process parameters.
- the coating method according to the invention can be applied with the coating system according to the invention and the advantages of the coating method according to the invention can be utilized.
- FIG. 1 the coating method according to the invention 10 is shown in an exemplary embodiment in a flow chart from its start 11 to its end 17.
- a pilot spray 12 is carried out in a first step.
- the sample spraying 12 is carried out according to the invention with a coating system which is operated in a first process parameter setting.
- the sample spray 12 results in a sample spray spot.
- the sample spray spot can be produced on a surface of a component to be coated itself or on the surface of a sample sample.
- the sample spray spot is preferably produced on a flat surface.
- the sample workpiece preferably has a planar surface and is made of the same material or a comparable material as the component. If the sample spray spot is produced on the component, this is done, in particular, at a planar location of the surface of the component.
- the coating system designed to carry out the method according to the invention comprises a robot-guided spray gun, from which, as is customary in spray systems, a coating material is sprayed onto the surface to be coated.
- the coating system is operated in a process parameter setting.
- the process parameters are variable.
- the coating system is controlled by a control unit.
- the spray gun preferably remains in a certain Probespritz ein.
- the test syringes 12 according to the invention for the duration of a predefined Probespritzzeit.
- the plane design of the surface on which the sample spray spot is produced facilitates a second step of the method according to the invention, in which a spot determination 13 takes place.
- At least one geometric actual value is determined by the sample spray spot.
- the spot determination 13 can be carried out in particular with the aid of a coordinate measuring machine with optical measuring instruments and / or with tactile measuring instruments.
- the measured values of the coordinate measuring machine can be used in the spot determination 13, in particular by means of numerical methods for determining the at least one geometric actual value.
- an actual value check 14 takes place.
- the at least one geometric actual value is compared with a predetermined, stored setpoint value.
- the desired value can also be a desired value range according to the invention. If the at least one geometric actual value does not correspond to the desired value, a parameter change 15 follows in a fourth method step of the coating method 10 according to the invention. If the at least one geometric actual value coincides with the desired value, spraying 16 follows in a fifth method step of the coating method 10 according to the invention.
- parameter change 15 an adjustment of the process parameters of the coating system is carried out.
- the first process parameter setting is changed to a second process parameter setting.
- sample spraying 12 can be carried out again and the spot determination 13 and the actual value check 14 are carried out as long as until no deviation of the geometric actual value from the desired value is determined.
- a coating with the coating composition in the current process parameter setting is applied to the component to be coated.
- the sample spraying 12 and the spraying 16 are identical types of processes which are carried out with the same coating equipment.
- syringes 16 and sample syringes 12 are thermal spraying. Thermal spraying is known in the prior art in various embodiments and will not be explained in detail here.
- the component to be coated in the coating method 10 according to the invention is in particular a component of a gas turbine, in particular the component to be coated is a turbine blade.
- the spot determination 13 of the coating method 10 according to the invention is shown in an exemplary embodiment in a flow chart.
- geometrical actual values are determined by way of example in five determinations.
- a maximum layer thickness of the sample spray spot is determined as the actual value.
- the maximum layer thickness is determined in relation to the surface on which the sample spray spot was produced in a normal to the surface.
- the location of the maximum layer thickness represents a center of the sample spray spot.
- a distribution of the layer thickness of the sample spray spot along a straight line is determined as the actual value.
- the straight line is an axis running on the surface on which the sample spray spot was produced.
- the layer thickness distribution determination 19 can also determine the distribution of the layer thickness on different axes running on the surface which point in different directions.
- the layer thickness distribution as an actual value can in particular as Normal distribution are displayed. In particular, a normal distribution for two axes is defined.
- an expansion of the sample spray spot on the surface is determined as the actual value.
- the standard deviation of the normal distributions defined in the layer thickness distribution determination 19 is determined for this purpose.
- a surface area covered by the sample spray spot in a plan view of the surface is determined; in particular, a surface covered by the sample spray spot is determined.
- a volume is determined as the actual value of the sample spray spot.
- the volume of the sample spray spot is determined in particular by the extent and the layer thickness of the sample spray spot.
- a position of the sample spray spot on the surface is determined.
- the orientation 22 comprises in particular a displacement of the center of the sample spray spot from a spray jet axis and a rotation about the spray jet axis.
- the actual value check 14 of the coating method 10 according to the invention is shown in an exemplary embodiment in a flow chart.
- five actual values are each aligned with a setpoint.
- a maximum layer thickness compensation 23 the maximum layer thickness of the sample spray spot determined in the maximum layer thickness determination 18 is compared as the actual value with a predefined layer thickness or a predefined layer thickness range as the desired value.
- the predefined layer thickness or the predefined layer thickness range is dependent in particular on the sample spray time. If a deviation of the maximum layer thickness ascertained in the maximum layer thickness determination 18 from the predefined layer thickness or from the predefined layer thickness region is determined, a maximum layer thickness deviation registration 24 can be carried out in which the maximum layer thickness deviation is detected in its extent.
- a layer thickness distribution adjustment 25 the distribution of the layer thickness of the sample spot determined in the layer thickness distribution determination 19 is compared as the actual value with a predefined distribution or a predefined distribution area as the desired value.
- the predefined distribution or the predefined distribution range is dependent in particular on the sample injection time. If a deviation of the distribution of the layer thickness determined in the layer thickness distribution determination 19 from the predefined distribution or a predefined distribution range is established, a layer thickness distribution deviation registration 26 can be carried out in which the layer thickness distribution deviation is detected in its extent.
- an expansion compensation 27 the expansion of the sample spray spot determined on the surface as the actual value in the expansion determination 20 is compared with a predefined expansion or a predefined expansion range as the desired value.
- the predefined expansion or the predefined expansion area is dependent, in particular, on the test injection time. If a deviation of the expansion determined in the expansion determination 20 from the predefined expansion or the predefined expansion range is detected, an expansion deviation registration 28 can be carried out in which the expansion deviation is detected in terms of its type and extent.
- the volume of the sample spray spot determined in the volume determination 21 is also referred to as the actual value adjusted to a predefined volume or a predefined volume range as a setpoint.
- the predefined volume or the predefined volume range is dependent in particular on the sample injection time. If a deviation of the volume determined in the volume determination 21 from the predefined volume or the predefined volume range is determined, a volume deviation registration 30 can be carried out in which the volume deviation is detected in its extent.
- a positional comparison 31 the position determined in the position determination 22 of the specimen spray spot on the surface is compared as the actual value with a predefined position or a predefined position range as desired value.
- the predefined position or the predefined position range is dependent, in particular, on the test spray position of the spray gun. If a deviation of the position determined in the position determination 22 from the predefined position or the predefined position range is detected, a positional deviation registration 32 can take place, in which the positional deviation in its direction and its angle of rotation and its extent is detected.
- spray gun performance In particular, spray gun performance, spray powder delivery rate, flow rates of process and carrier gases, spray gun angles to the component, and spray gun clearance from the component are to be mentioned as process parameters that influence the spray spot characteristics. These process parameters also affect porosity and roughness of the applied coating. As process parameters that influence the position, in particular spray gun position, spray gun position, Spray gun twist angle and spray gun angle to name the component.
- method parameter settings can be determined which lead to the desired coating result. Areas can be defined for the individual process parameters in which the coating result obtained does not deviate from the desired coating result. A correlation between the various process parameters can also be determined and a process window can be determined for all process parameters.
- the setting of the individual process parameter ranges can be carried out according to the invention, in particular in an offline programming.
- the coating method 10 according to the invention can be applied several times to coat the one component. Thereby, the correctness of the injection 16 can be checked several times during a coating operation. And thereby a higher quality of the coating can be ensured.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren, in dem ein Bauteil, insbesondere ein Gasturbinenbauteil, durch, insbesondere Thermisches Spritzen beschichtet wird.
- Im Stand der Technik ist das Thermische Spritzen als Beschichtungsmethode in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt. Auch Verfahren zur Überwachung des Ergebnisses des Thermischen Spritzens sind im Stand der Technik bekannt. So zeigt die
US 20120269958 A1 ein Verfahren zum Simulieren der Schichtdicke einer Beschichtung, die auf einer Substratoberfläche angeordnet ist. Die Schichtdicke wird dabei insbesondere über die Masse des aufgebrachten Beschichtungsstoffs ermittelt. - Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungsverfahren mit verbesserter Prozesskontrolle bereitzustellen.
- Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Beschichtungsverfahren nach Anspruch 1 sowie einer Beschichtungsanlage nach Anspruch 13. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
- Bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren wird durch ein Probespritzen mit einer in einer ersten Verfahrensparametereinstellung betriebenen Beschichtungsanlage ein Probespritzfleck auf einer Oberfläche erzeugt. Anschließend wird von dem Probespritzfleck in einer Fleckbestimmung zumindest ein geometrischer Istwert ermittelt. Anschließend wird der zumindest eine geometrische Istwert in einer Istwertprüfung mit einem vordefinierten Sollwert abgeglichen. Anschließend wird, wenn die Istwertprüfung eine Abweichung des geometrischen Istwerts vom Sollwert ergibt, in einer Parameteränderung die erste Verfahrensparametereinstellung in eine zweite Verfahrensparametereinstellung geändert oder, wenn die Istwertprüfung keine Abweichung des geometrischen Istwerts vom Sollwert ergibt, durch Spritzen mit der in der ersten Verfahrensparametereinstellung betriebenen Beschichtungsanlage ein Bauteil beschichtet.
- Mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren ist es vorteilhaft möglich die Verfahrensparameter der Beschichtungsanlage für das gewünschte Beschichtungsergebnis leichter und genauer zu bestimmen und einzustellen. Die erzeugte Beschichtung weist dadurch eine genauer vorhersehbare Güte auf.
- In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens wird der Probespritzfleck auf einem Probewerkstück erzeugt. Das Probewerkstück ist insbesondere eine plane Platte.
- Damit können die Bedingungen zur Fleckbestimmung vereinfacht werden. Auch sind Ergebnisse verschiedener Probespritzungen auf einheitlichen Probewerkstücken leichter zu vergleichen.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens wird die Fleckbestimmung mit einer Koordinatenmessmaschine mit optischen Messinstrumenten oder mit taktilen Messinstrumenten vorgenommen.
- Damit ist eine sehr genaue Ausmessung geometrischer Messdaten des Probespritzflecks möglich. Die erhaltenen Daten können leicht beispielsweise für eine Offline-Programmierung und Schichtdickensimulation, wie beispielsweise in der Offenlegungsschrift
US 20120269958 A1 beschrieben, verwendet werden. - In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens wird in der Fleckbestimmung in einer Maximalschichtdickenbestimmung eine Maximalschichtdicke des Probespritzflecks ermittelt.
- Damit ist die Schichtdicke des Probespritzflecks an seiner normal zur Oberfläche höchsten Stelle quantifiziert. Dem Probespritzfleck kann damit ein Zentrum zugeordnet werden.
- Zudem kann erfindungsgemäß in der Fleckbestimmung in einer Schichtdickenverteilungsbestimmung eine Verteilung der Schichtdicke des Probespritzflecks entlang zumindest einer auf der Oberfläche verlaufenden Achse ermittelt werden. In der Schichtdickenverteilungsbestimmung wird die Schichtdickenverteilung insbesondere durch eine Definition einer Normalverteilung bestimmt.
- Damit kann die Schichtdickenverteilung durch ein mathematisches Modell beschrieben werden, dass weitere Analysen und auch Prozesssimulationen zulässt.
- Die zumindest eine Achse, entlang der die Schichtdickenverteilung bestimmt wird, ist insbesondere eine Hauptachse des Probespritzflecks. Die Hautachse ist bei einer elliptischen Form beispielsweise eine Achse entlang der längsten Ausdehnung. Bevorzugt wird entlang mehrerer Achsen jeweils eine Schichtdickenverteilung bestimmt. Die weiteren Achsen sind dabei insbesondere in einem Winkel zur Hauptachse angeordnet.
- Weiterhin kann erfindungsgemäß in der Fleckbestimmung in einer Ausdehnungsbestimmung eine Ausdehnung des Probespritzflecks auf der Oberfläche ermittelt werden. In der Ausdehnungsbestimmung wird die Ausdehnung insbesondere durch eine Definition einer Standardabweichung einer Normalverteilung quantifiziert.
- Damit erhält man Informationen über die Ausdehnung des Probespritzflecks. Auch diese Daten können für weitere analytische Verfahren und zur Prozesssimulation verwendet werden. Wobei mit der Prozesssimulation die Anzahl der Probespritzungen reduziert werden kann.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens wird in der Fleckbestimmung in einer Lagebestimmung eine Lage des Probespritzflecks auf der Oberfläche ermittelt. Insbesondere kann die Lagebestimmung durch die Messung der Verschiebung der Maximalschichtdicke, also des Zentrums des Probespritzflecks, zu einer Spritzstrahlachse bestimmt werden. Auch ein Drehwinkel um die Spritzstrahlachse kann ermittelt werden.
- Damit kann geprüft werden, ob die Ausrichtung der Spritzpistole sowohl in ihrer Richtung als auch in ihrem Drehwinkel um die Spritzstrahlachse herum entsprechend dem gewünschten Ergebnis eingestellt ist.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens wird in einer Volumenbestimmung ein Volumen des Probespritzflecks ermittelt werden.
- Damit ist ein weiterer geometrischer Messwert vorhanden. Beispielsweise kann durch das Volumen auf die Porosität des Probespritzflecks geschlossen werden.
- Insbesondere werden die Probespritzfleckcharakteristika mittels mehrerer Probespritzfleckerzeugungen oder auch mittels einer Prozesssimulation bestimmt. Es können damit Verfahrensparametereinstellungen definiert werden, die erforderlich sind um eine Beschichtung in beispielsweise gewünschter Schichtdicke, Porosität und Rauheit zu erhalten.
- In der Fleckbestimmung werden insbesondere die Maximalschichtdicke, die Standardabweichung entlang zweier Achsen, die Lage und der Drehwinkel bestimmt. Zusätzlich kann die Volumenbestimmung vorgenommen werden.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens ist das Spritzen ein thermisches Spritzen.
- Insbesondere, dank der Möglichkeit geometrische Messdaten im erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren über optische Messinstrumente gewinnen zu können, können die Verfahrensparameter für das Thermische Spritzen, bei dem berührende Messmethoden aufgrund der hohen Verfahrenstemperaturen nicht anzuwenden sind, bestimmt werden.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens wird als Bauteil ein Teil einer Gasturbine durch das Spritzen beschichtet. Das Bauteil ist insbesondere eine Turbinenschaufel.
- Besonders bei Gasturbinenbauteilen ist eine hohe Güte der Beschichtung erforderlich. Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren erfüllt die damit verbundenen Anforderungen.
- Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren wird bevorzugt von einer erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage ausgeführt. Die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Oberflächen weist dazu eine robotergeführte Spritzpistole, eine Kontrolleinheit und eine Koordinatenmessmaschine auf. Die Koordinatenmessmaschine ist dabei zum Erfassen geometrischer Messwerte ausgebildet. Die Kontrolleinheit ist zum Betreiben der Beschichtungsanlage gemäß dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren nach vorgegebenen Verfahrensparametern ausgebildet.
- Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren kann mit der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage zur Anwendung gebracht werden und die Vorteile des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens werden nutzbar.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- ein erfindungsgemäßes Beschichtungsverfahren,
- Figur 2
- eine Fleckbestimmung des Beschichtungsverfahrens und
- Figur 3
- eine Istwertprüfung des Beschichtungsverfahrens.
- In der
Figur 1 ist das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren 10 in einer beispielhaften Ausführungsvariante in einem Flussdiagramm von seinem Start 11 bis zu seinem Ende 17 dargestellt. - In dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren 10 wird in einem ersten Schritt ein Probespritzen 12 durchgeführt. Das Probespritzen 12 erfolgt erfindungsgemäß mit einer Beschichtungsanlage, die in einer ersten Verfahrensparametereinstellung betrieben wird. Durch das Probespritzen 12 entsteht ein Probespritzfleck. Durch das Probespritzen 12 kann auf einer Oberfläche eines zu beschichtenden Bauteils selbst oder auf der Oberfläche eines Probewerkstucks der Probespritzfleck erzeugt werden. Der Probespritzfleck wird bevorzugt auf einer planen Oberfläche erzeugt. Das Probewerkstück weist bevorzugt eine plane Oberfläche auf und ist aus dem gleichen Material oder einem vergleichbaren Material wie das Bauteil geschaffen. Wird der Probespritzfleck auf dem Bauteil erzeugt, geschieht dies insbesondere an einer planen Stelle der Oberfläche des Bauteils.
- Die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Beschichtungsanlage umfasst eine robotergeführte Spritzpistole, aus der, wie es bei Spritzanlagen üblich ist, ein Beschichtungsstoff auf die zu beschichtende Oberfläche gespritzt wird. Die Beschichtungsanlage wird in einer Verfahrensparametereinstellung betrieben. Die Verfahrensparameter sind variabel. Gesteuert wird die Beschichtungsanlage von einer Kontrolleinheit. Während des Probespritzens 12 verharrt die Spritzpistole bevorzugt in einer bestimmten Probespritzstellung. Zudem erfolgt das Probespritzen 12 erfindungsgemäß für die Dauer einer vordefinierten Probespritzzeit.
- Die plane Ausgestaltung der Oberfläche, auf der der Probespritzfleck erzeugt wird, erleichtert einen zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem eine Fleckbestimmung 13 erfolgt. Dabei wird von dem Probespritzfleck wenigstens ein geometrischer Istwert ermittelt. Die Fleckbestimmung 13 kann insbesondere mit Hilfe einer Koordinatenmessmaschine mit optischen Messinstrumenten und/oder mit taktilen Messinstrumenten erfolgen. Die Messwerte der Koordinatenmessmaschine können in der Fleckbestimmung 13 insbesondere mittels nummerischer Verfahren zur Bestimmung des zumindest einen geometrischen Istwerts dienen.
- In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens 10 erfolgt eine Istwertprüfung 14. In der Istwertprüfung 14 wird der zumindest eine geometrische Istwert mit einem vorgegebenen, hinterlegten Sollwert abgeglichen. Der Sollwert kann erfindungsgemäß auch ein Sollwertbereich sein. Stimmt der zumindest eine geometrische Istwert nicht mit dem Sollwert überein, schließt sich in einem vierten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens 10 eine Parameteränderung 15 an. Stimmt der zumindest eine geometrische Istwert mit dem Sollwert überein, schließt sich in einem fünften Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens 10 ein Spritzen 16 an.
- In der Parameteränderung 15 wird eine Verstellung der Verfahrensparameter der Beschichtungsanlage vorgenommen. Die erste Verfahrensparametereinstellung wird in eine zweite Verfahrensparametereinstellung geändert.
- Anschließend kann das Probespritzen 12 erneut vorgenommen und die Fleckbestimmung 13 und die Istwertprüfung 14 durchgeführt werden, solange bis keine Abweichung des geometrischen Istwerts vom Sollwert mehr ermittelt wird.
- Bei dem Spritzen 16 wird auf das zu beschichtende Bauteil eine Beschichtung mit der Beschichtungsanalage in der aktuellen Verfahrensparametereinstellung aufgebracht.
- In dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren 10 sind das Probespritzen 12 und das Spritzen 16 identische Verfahrensarten, die mit derselben Beschichtungsanlage durchgeführt werden. Insbesondere sind das Spritzen 16 und das Probespritzen 12 Thermisches Spritzen. Thermisches Spritzen ist im Stand der Technik in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt und soll hier nicht näher erläutert werden.
- Das in dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren 10 zu beschichtende Bauteil ist insbesondere ein Bauteil einer Gasturbine, insbesondere ist das zu beschichtende Bauteil eine Turbinenschaufel.
- In der
Figur 2 ist die Fleckbestimmung 13 des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens 10 in einer beispielhaften Ausführungsvariante in einem Flussdiagramm dargestellt. In der gezeigten Fleckbestimmung 13 werden beispielhaft in fünf Bestimmungen geometrische Istwerte bestimmt. - In einer Maximalschichtdickenbestimmung 18 wird als Istwert eine Maximalschichtdicke des Probespritzflecks ermittelt. Die Maximalschichtdicke wird in Bezug auf die Oberfläche, auf der der Probespritzfleck erzeugt wurde, in einer Normalen zur Oberfläche bestimmt. Die Stelle der Maximalschichtdicke stellt ein Zentrum des Probespritzflecks dar.
- In einer Schichtdickenverteilungsbestimmung 19 wird als Istwert eine Verteilung der Schichtdicke des Probespritzflecks entlang einer Geraden ermittelt. Die Gerade ist dabei eine auf der Oberfläche, auf der der Probespritzfleck erzeugt wurde, verlaufende Achse. Die Schichtdickenverteilungsbestimmung 19 kann die Verteilung der Schichtdicke erfindungsgemäß auch auf verschiedenen auf der Oberfläche verlaufenden Achsen, die in verschiedene Richtungen weisen, ermittelt werden. Die Schichtdickenverteilung als Istwert kann insbesondere als Normalverteilung dargestellt werden. Insbesondere wird eine Normalverteilung für zwei Achsen definiert.
- In einer Ausdehnungsbestimmung 20 wird als Istwert eine Ausdehnung des Probespritzflecks auf der Oberfläche ermittelt. Insbesondere wird dazu die Standardabweichung der in der Schichtdickenverteilungsbestimmung 19 definierten Normalverteilungen ermittelt.
- Alternativ wird bei der Ausdehnungsbestimmung 20 eine in einer Draufsicht auf die Oberfläche durch den Probespritzfleck bedeckte Fläche der Oberfläche ermittelt, insbesondere wird dabei eine durch den Probespritzfleck zusammenhängend bedeckte Fläche ermittelt.
- In einer Volumenbestimmung 21 wird ein Volumen als Istwert des Probespritzflecks ermittelt. Das Volumen des Probespritzflecks ergibt sich insbesondere aus der Ausdehnung und der Schichtdicke des Probespritzflecks.
- In einer Lagebestimmung 22 wird eine Lage des Probespritzflecks auf der Oberfläche ermittelt. Die Lagebestimmung 22 umfasst insbesondere eine Verschiebung des Zentrums des Probespritzflecks von einer Spritzstrahlachse sowie eine Verdrehung um die Spritzstrahlachse.
- In der
Figur 3 ist die Istwertprüfung 14 des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens 10 in einer beispielhaften Ausführungsvariante in einem Flussdiagramm dargestellt. In der gezeigten Istwertprüfung 14 werden entsprechend der Ausführung gemäß derFigur 3 fünf Istwerte jeweils mit einem Sollwert abgeglichen. - In einem Maximalschichtdickenabgleich 23 wird als Istwert die in der Maximalschichtdickenbestimmung 18 ermittelte Maximalschichtdicke des Probespritzflecks mit einer vordefinierten Schichtdicke oder einem vordefinierten Schichtdickenbereich als Sollwert abgeglichen. Die vordefinierte Schichtdicke oder der vordefinierte Schichtdickenbereich ist dabei insbesondere von der Probespritzzeit abhängig. Wird eine Abweichung der in der Maximalschichtdickenbestimmung 18 ermittelten maximalen Schichtdicke von der vordefinierten Schichtdicke oder von dem vordefinierten Schichtdickenbereich festgestellt, kann eine Maximalschichtdickenabweichungsregistrierung 24 erfolgen, in der die Maximalschichtdickenabweichung in ihrem Ausmaß erfasst wird.
- In einem Schichtdickenverteilungsabgleich 25 wird als Istwert die in der Schichtdickenverteilungsbestimmung 19 ermittelte Verteilung der Schichtdicke des Probeflecks mit einer vordefinierten Verteilung oder einem vordefinierten Verteilungsbereich als Sollwert abgeglichen. Die vordefinierte Verteilung oder der vordefinierte Verteilungsbereich ist dabei insbesondere von der Probespritzzeit abhängig. Wird eine Abweichung der in der Schichtdickenverteilungsbestimmung 19 ermittelten Verteilung der Schichtdicke von der vordefinierten Verteilung oder einem vordefinierten Verteilungsbereich festgestellt, kann eine Schichtdickenverteilungsabweichungsregistrierung 26 erfolgen, in der die Schichtdickenverteilungsabweichung in ihrem Ausmaß erfasst wird.
- In einem Ausdehnungsabgleich 27 wird die als Istwert in der Ausdehnungsbestimmung 20 ermittelte Ausdehnung des Probespritzflecks auf der Oberfläche mit einer vordefinierten Ausdehnung oder einem vordefinierten Ausdehnungsbereich als Sollwert abgeglichen. Die vordefinierte Ausdehnung oder der vordefinierte Ausdehnungsbereich ist dabei insbesondere von der Probespritzzeit abhängig. Wird eine Abweichung der in der Ausdehnungsbestimmung 20 ermittelten Ausdehnung von der vordefinierten Ausdehnung oder dem vordefinierten Ausdehnungsbereich festgestellt, kann eine Ausdehnungsabweichungsregistrierung 28 erfolgen, in der die Ausdehnungsabweichung in ihrer Art und ihrem Ausmaß erfasst wird.
- In einem Volumenabgleich 29 wird als Istwert das in der Volumenbestimmung 21 ermittelte Volumen des Probespritzflecks mit einem vordefinierten Volumen oder einem vordefinierten Volumenbereich als Sollwert abgeglichen. Das vordefinierte Volumen oder der vordefinierte Volumenbereich ist dabei insbesondere von der Probespritzzeit abhängig. Wird eine Abweichung des in der Volumenbestimmung 21 ermittelten Volumens von dem vordefinierten Volumen oder dem vordefinierten Volumenbereich festgestellt, kann eine Volumenabweichungsregistrierung 30 erfolgen, in der die Volumenabweichung in ihrem Ausmaß erfasst wird.
- In einem Lageabgleich 31 wird als Istwert die in der Lagebestimmung 22 ermittelte Lage des Probespritzflecks auf der Oberfläche mit einer vordefinierten Lage oder einem vordefinierten Lagebereich als Sollwert abgeglichen. Die vordefinierte Lage oder der vordefinierte Lagebereich ist dabei insbesondere von der Probespritzstellung der Spritzpistole abhängig. Wird eine Abweichung der in der Lagebestimmung 22 ermittelten Lage von der vordefinierten Lage oder dem vordefinierten Lagebereich festgestellt, kann eine Lageabweichungsregistrierung 32 erfolgen, in der die Lageabweichung in ihrer Richtung und ihrem Drehwinkel und ihrem Ausmaß erfasst wird.
- Insbesondere wenn alle Abgleiche 23, 25, 27, 29, 31 vorgenommen wurden, kann in einer Registrierungsprüfung 33 ermittelt werden, welche Abweichungen in den Registrierungen 24, 26, 28, 30, 32 erfasst wurden. Anschließend kann die Anpassung der Verfahrensparameter in der Parameteränderung 15 in Abhängigkeit von Art und Umfang der ermittelten Abweichungen erfolgen.
- Als Verfahrensparameter, die die Spritzfleckcharakteristika beeinflussen, sind insbesondere Spritzpistolenleistung, Spritzpulverförderrate, Flussraten von Prozess- und Trägergasen, Spritzpistolenwinkel zum Bauteil und Spritzpistolenabstand vom Bauteil zu nennen. Diese Verfahrensparameter beeinflussen zudem eine Porosität und eine Rauheit der aufgebrachten Beschichtung. Als Verfahrensparameter, die die Lage beeinflussen, sind insbesondere Spritzpistolenposition, Spritzpistolenstellung, Spritzpistolenverdrehwinkel und Spritzpistolenwinkel zum Bauteil zu nennen.
- Mithilfe des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens 10 können so Verfahrensparametereinstellungen bestimmt werden, die zum gewünschten Beschichtungsergebnis führen. Für die einzelnen Verfahrensparameter können Bereiche festgelegt werden, in denen das erhaltene Beschichtungsergebnis nicht vom gewünschten Beschichtungsergebnis abweicht. Auch eine Korrelation zwischen den verschiedenen Verfahrensparametern kann festgestellt und ein Prozessfenster für alle Verfahrensparameter bestimmt werden. Das Festlegen der einzelnen Verfahrensparameterbereiche kann erfindungsgemäß insbesondere in einer Offline-Programmierung erfolgen.
- Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren 10 kann zur Beschichtung des einen Bauteils mehrmals angewandt werden. Dadurch kann die Korrektheit des Spritzens 16 mehrmals während eines Beschichtungsvorgangs überprüft werden. Und dadurch kann eine höhere Güte der Beschichtung gewährleistet werden.
- Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Claims (13)
- Beschichtungsverfahren (10), bei dem durch ein Probespritzen (12) mit einer in einer ersten Verfahrensparametereinstellung betriebenen Beschichtungsanlage ein Probespritzfleck auf einer Oberfläche erzeugt wird, von dem Probespritzfleck anschließend in einer Fleckbestimmung (13) zumindest ein geometrischer Istwert ermittelt wird, anschließend der zumindest eine geometrische Istwert in einer Istwertprüfung (14) mit einem vordefinierten Sollwert abgeglichen wird und anschließend, wenn die Istwertprüfung (14) eine Abweichung des geometrischen Istwerts vom Sollwert ergibt, in einer Parameteränderung (15) die erste Verfahrensparametereinstellung in eine zweite Verfahrensparametereinstellung geändert wird oder, wenn die Istwertprüfung (14) keine Abweichung des geometrischen Istwerts vom Sollwert ergibt, durch Spritzen (16) mit der in der ersten Verfahrensparametereinstellung betriebenen Beschichtungsanlage ein Bauteil beschichtet wird.
- Beschichtungsverfahren (10) nach Anspruch 1,
wobei der Probespritzfleck auf einem Probewerkstück erzeugt wird. - Beschichtungsverfahren (10) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Fleckbestimmung (13) mit einer Koordinatenmessmaschine mit optischen Messinstrumenten oder mit taktilen Messinstrumenten vorgenommen wird. - Beschichtungsverfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei in der Fleckbestimmung (13) in einer Maximalschichtdickenbestimmung (18) eine Maximalschichtdicke des Probespritzflecks ermittelt wird. - Beschichtungsverfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei in der Fleckbestimmung (13) in einer Schichtdickenverteilungsbestimmung (19) eine Verteilung der Schichtdicke des Probespritzflecks entlang zumindest einer auf der Oberfläche verlaufenden Achse ermittelt wird. - Beschichtungsverfahren (10) nach Anspruch 5,
wobei in der Schichtdickenverteilungsbestimmung (19) die Schichtdickenverteilung durch eine Definition einer Normalverteilung bestimmt wird. - Beschichtungsverfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei in der Fleckbestimmung (13) in einer Ausdehnungsbestimmung (20) eine Ausdehnung des Probespritzflecks auf der Oberfläche ermittelt wird. - Beschichtungsverfahren (10) nach Anspruch 7,
wobei in der Ausdehnungsbestimmung (20) die Ausdehnung durch eine Definition einer Standardabweichung einer Normalverteilung quantifiziert wird. - Beschichtungsverfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei in der Fleckbestimmung (13) in einer Lagebestimmung (22) eine Lage des Probespritzflecks auf der Oberfläche ermittelt wird. - Beschichtungsverfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei in der Fleckbestimmung (13) in einer Volumenbestimmung (21) ein Volumen des Probespritzflecks ermittelt wird. - Beschichtungsverfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei das Spritzen (16) ein thermisches Spritzen ist. - Beschichtungsverfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
wobei als Bauteil ein Teil einer Gasturbine durch das Spritzen (16) beschichtet wird. - Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Oberflächen, wobei die Beschichtungsanlage
eine robotergeführte Spritzpistole,
eine Kontrolleinheit zum Betreiben der Beschichtungsanlage nach vorgegebenen Verfahrensparametern
und eine Koordinatenmessmaschine zum Erfassen geometrischer Messwerte aufweist, wobei die Kontrolleinheit ausgebildet ist, die Beschichtungsanlage in einem Beschichtungsverfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zu betreiben.
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