EP3548839A1 - Verfahren und einrichtung zur schadensvermessung eines hohlen flugzeug- oder gasturbinen-bauteils - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur schadensvermessung eines hohlen flugzeug- oder gasturbinen-bauteils

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EP3548839A1
EP3548839A1 EP17808072.7A EP17808072A EP3548839A1 EP 3548839 A1 EP3548839 A1 EP 3548839A1 EP 17808072 A EP17808072 A EP 17808072A EP 3548839 A1 EP3548839 A1 EP 3548839A1
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EP
European Patent Office
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sensor
component
contour
outer contour
damage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17808072.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Schlosser
Felix JAHN
Michael Ernst
David KÜSTNER
Christoph Hess
Daniel ERDELMEIER
Thorsten SCHÜPPSTUHL
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Lufthansa Technik AG
Original Assignee
Lufthansa Technik AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a device for damage measurement of a hollow aircraft or gas turbine component with the features of the preamble of claim 1 and a method for damage measurement of a hollow aircraft or gas turbine component with the features of the preamble of claim 7.
  • Aircraft components are exposed to high stress during operation. In addition to components made of composite materials, such as structural components or metallic components, such as suspension components, this can lead to a defective cracking, especially in the components of the aircraft engine. Similar damage patterns are also present in other gas turbines, such as stationary gas turbines. Combustor components are particularly affected by the formation of cracks in gas turbines. For reasons of weight, hollow components are used wherever possible, provided that the strength of the components permits this.
  • Cracks are local material separations within a structure or within a component. Cracking is typically a local event in the microstructure of the surface, which is usually caused by lattice defects in the microstructure or by cyclical operating loads. As a rule, cracks spread perpendicular to the normal stress. This spread is referred to as normal voltage controlled. In the case of gas turbine parts cracks caused by high thermal and mechanical stress. On the one hand, the cracking is caused by the prevailing high temperatures, and on the other hand, the vibrations from the high-pressure compressor and the high-pressure turbine promote crack growth and cracking. In addition, short-term thermal material stresses during starting of the gas turbine and possibly during the starting phase of the aircraft favor the formation of cracks.
  • Solid particles sucked into the gas turbine contribute greatly to the erosion of gas turbine components.
  • the permanent thermal stresses during the operating phase of the gas turbine cause the geometric shape of the gas turbine components to undergo a change. It is often problematic to accurately determine the shape deviation with respect to the original contour after erosion or deformation.
  • the main problem is to detect cracks and changes in geometry (such as erosion) during operation and to repair the components by appropriate measures. Due to the individually different crack or damage characteristics, this is often difficult.
  • Known damage assessment methods include a number of nondestructive testing methods.
  • Presently used methods include, for example, the dye penetration method, the ultrasonic inspection, the eddy current inspection, the X-ray inspection and the magnetic particle inspection. If the damage measurement is carried out manually with the corresponding sensors, the quality of the damage measurement depends very much on the experience and the conscientiousness of the person testing. Furthermore, the results must be logged, which has a very high outlay, particularly in the case of paper-based documentation. Thus, damage measurement requires a high level of training and a very high level of qualification of the examiner.
  • No. 7,921,575 B2 discloses arranging a sensor for measuring the outer contour and an ultrasonic sensor for measuring possible internal damage points of a turbine blade on a measuring head.
  • the determined measurement data are fed to a processing device for further processing and storage of the measured values.
  • a display device connected to the processing device is provided, on which the determined measured values are displayed.
  • a device for damage measurement of a hollow aircraft or gas turbine component with a coordinate measuring arm on which a first sensor device with an outer contour sensor for detecting the outer contour of the component and a second sensor device with an ultrasonic sensor for detecting the contour of Cavity is provided in the component proposed, wherein the basic idea of the invention is to be seen in that a third sensor device with a white light interferometer and / or a laser triangulation sensor is provided on the coordinate measuring arm.
  • the proposed device thus comprises a coordinate measuring arm with three different sensor types.
  • an external contour sensor is provided, for example, in the form of a probe or a contactless contour scanner, by means of which the outer contour of the component is detected.
  • the position of the component in relation to a reference coordinate system can be detected, which is defined by the coordinate measuring arm.
  • the detection of the position and the shape of the leading edge is of particular importance.
  • larger damage locations in the outer surface can already be localized by the outer contour sensor.
  • a second sensor device with an ultrasonic sensor is provided on the coordinate measuring arm, with which the inner contour of the cavity of the component is detected.
  • the inner contour of the cavity of the component is the contour, which is independent of the operating time subject to any wear and thus always corresponds to the contour of the component after production so the new contour.
  • the inner contour can thus be used as reference contour for Evaluation of the wear of the outer contour can be used.
  • a third sensor device with a white light interferometer is provided, which allows a very accurate measurement of the wear points in the range of +/- 10 nanometers.
  • a laser triangulation sensor which likewise permits a very accurate measurement of the wear points with an accuracy of +/- 1 ⁇ m in the depth direction and +/- 7 to 8 ⁇ m in the width.
  • the location of damage localized with the first sensor device can be measured with a very high accuracy.
  • the Koordinatenmessarm can thus be understood as a kind of sensor system with multiple sensor devices, with the location of the damage points to the cavity so the reference contour can be detected in addition to the location of the damaged areas. Furthermore, the geometry of the damaged areas can be measured with a very high accuracy. By knowing the reference contour and the measured outer contour, the thickness profile of the component wall in the circumferential direction, and in particular the thickness in the region of the points of damage, can be measured with a very high degree of accuracy.
  • all sensor devices have a defined position on the coordinate measuring arm.
  • a precisely detectable orientation and position of the sensor devices, in particular the second and third sensor device can be determined at the time of the measurement.
  • This allows a more accurate assignment of measured values of the second and / or third sensor device to a position and orientation on the outer contour, which has a positive effect on the accuracy of the damage measurement.
  • the second and / or third sensor device has a defined position relative to the outer contour sensor of the first sensor device, as a result of which a higher accuracy can be achieved in damage measurement.
  • a processing device for processing the determined measured values and an assistance system with a display device for displaying the further processed measured values can be provided.
  • the determined measured values can be processed further directly and displayed on the display device of the assistance system for assisting the person handling it.
  • the processing device and / or the assistance system may in particular have a memory unit for storing the determined and further processed measured values.
  • the logging can be omitted and the measured values are stored in digital form, so that they can be further used as needed in a processing device for processing the component and in particular for controlling appropriate order and processing machines for re-contouring of the component.
  • component-related parameters and / or repair specifications may be stored in the memory unit according to a further preferred embodiment, wherein on the display device further in dependence on the determined measured values and taking into account the component-related characteristics
  • the component-related parameters and repair specifications can be used to additionally simplify the measurement recording by using the operating parameter son corresponding instructions are communicated via the display device. For example, it may be necessary to require further measurement of the same site of damage when detecting specific damage locations, which requires special measurements that are only performed in this case.
  • the first and / or second and / or third sensor device can be controlled by the processing device and / or the assistance system.
  • the measurement of the component with the third sensor device with the white light interferometer and / or the laser triangulation sensor can be controlled by the measured values determined by the first sensor device.
  • a clamping device in which the component can be fixed, and a fourth sensor device can be provided which detects the position of the component relative to the clamping device or with respect to a reference point or reference coordinate system.
  • the clamping device fixes the component, and the fourth sensor device detects the basic orientation of the component.
  • the fourth sensor device is assigned to the clamping device, so that it is independent of the coordinate measuring arm.
  • the measured values of the fourth sensor device can then be used to actuate the coordinate measuring arm during the movement into a component-individualized initial position of the measured value recording in the direction of the component.
  • the position or reference position of the component can be determined with the coordinate measuring arm, and a coordinate system are placed in the determined reference position.
  • a method for damage measurement of a hollow aircraft or gas turbine component with a coordinate measuring arm, with a first sensor device with an outer contour sensor and a second sensor device with an ultrasonic sensor is proposed, wherein in particular it is proposed that a third sensor device with a white light interferometer and / or a laser triangulation sensor is provided, and the damage measurement is carried out by a combination of the measured values of the first, second and third sensor device.
  • the damage measurement is accordingly carried out by a combination of the measured values of the three sensor devices, with the individual advantages of the respective sensor devices in particular being used by the combination of the measured values of the sensor devices to improve the measured value recording as a whole.
  • the outer contour can be precisely detected with the outer contour sensor. This can be advantageous for increasing the accuracy in the assignment of measured values of the second and / or third Sensor means are exploited to a position on the outer contour, that the second and / or third sensor means to the outer contour sensor of the first sensor means on the coordinate measuring a defined, ie known and constant, distance or vector with respect to the Koordinatenmessarm have.
  • the position of the sensor devices relative to one another with respect to the coordinate measuring arm is defined in advantageous embodiments and is used to increase the accuracy.
  • the inner contour of the cavity is detected by the ultrasonic sensor as a reference contour, and detects the outer contour of the component by the outer contour sensor, and detects the damage by comparing the detected outer contour to the reference contour.
  • the inner contour of the hollow component is subject to any wear, since the surface of the inner contour is not exposed to any mechanical stress.
  • the inner contour forms an ideal reference surface for measuring the wear of the outer contour.
  • the relative nominal course of the outer contour to the reference contour is preferably stored in a memory unit, and the damage is determined by a comparison of the determined actual course of the outer contour to the reference contour with the relative desired course of the outer contour to the reference contour.
  • the damage is determined according to absolute values.
  • an assistance system with a display device and a memory unit is provided, and in the memory unit a predetermined test sequence is stored, in which the detected measured values are predetermined Limits are compared, the assistance system depending on the falling below or exceeding the predetermined limits by the measured values posersanweisun conditions on the display device to support the test procedure for display brings.
  • the assistance system serves to guide the handling person, so that the measured value can also be carried out by a less experienced person. Furthermore, this can reduce the likelihood of errors due to forgetting test steps.
  • the inner contour of the cavity by the ultrasonic sensor as reference contour de tektiert and detected in a further step, the outer contour of the component by the outer contour sensor, and the Scha detected by a comparison of the detected outer contour to the reference contour.
  • the outer contour is also detected precisely with the outer contour sensor.
  • the ultrasonic sensor and the outer contour sensor on the coordinate measuring arm have a defined, ie. known and constant, distance or vector with respect to the measuring arm, have.
  • a third sensor device with a white light interferometer and / or a laser triangulation sensor wherein the damage measurement is performed by a combination of the measured values of the first, second and third sensor device.
  • the damage measurement is accordingly carried out by a combination of the measured values of the three sensor devices, with the individual advantages of the respective sensor devices in particular being used by the combination of the measured values of the sensor devices to improve the measured value recording as a whole.
  • Fig. 2 shows a device according to the invention with a processing device and an assistance system.
  • FIG. 1 shows an enlarged measuring head 3 of a coordinate measuring arm 2, which can be seen schematically in FIG. 2 as an assembly of a superordinate device.
  • the device shown in FIG. 2 additionally comprises, in addition to the coordinate measuring arm 2, a tensioning device 5, a processing device 1, a memory unit 15 and a display device 4.
  • the memory unit 15 is arranged here in the housing of the processing device 1.
  • the processing device 1 is signal-technically connected to the coordinate measuring arm 2, the display device 4 and the memory unit 15.
  • a plurality of data are stored, such as data. the desired course of the outer contour of a component 6 to be measured, manufacturer-side test specifications and / or limit values, as well as explicit instructions on how to perform certain test steps.
  • the coordinate measuring arm 2 has a base or a corresponding holder, by means of which the coordinate measuring arm 2 is arranged or held in a defined position relative to the clamping device 5 and the component 6 held therein.
  • the coordinate measuring arm 2 as such is known and comprises a device (not shown) for determining the position of the measuring head 3 to be recognized in FIG. 1 in space. In this case, the coordinate measuring arm 2 is calibrated in relation to the clamping device 5 in an initial position.
  • a first sensor device 11 with an outer contour sensor 7 in the form of a probe a second sensor device 12 with an ultrasonic sensor 8 and a third sensor device 13 with a white light interferometer 9 and / or a laser triangulation sensor or a laser line triangulation sensor intended .
  • the measurement of the hollow component 6 takes place according to the following steps.
  • the component 6 is clamped in the clamping device 5 by means of suitable clamping tools 17.
  • a fourth sensor device 14 is provided in the clamping device 5, which detects the basic orientation of the component 6 in the clamping device 5, wherein alternatively the position or reference position of the component can be determined with the Koordina- tenmessarm 2, and a coordinate system in the determined reference position can be placed. If the component 6 can be held exclusively in a single orientation in the clamping tool 17 of the clamping device 5, it would also be conceivable to detect the orientation of the clamping tool 17 relative to the clamping device 5 by the fourth sensor device 14 and thereby indirectly also the orientation of the component. 6 to investigate.
  • the orientation of the component 6 is referenced in a first step.
  • the component 6 is referred to in the concrete application hereinafter as a hollow blade of an aircraft engine or a gas turbine on.
  • the measuring head 3 is then connected to the outside
  • the sensor 7 of the first sensor device 11 is guided to the entry edge of the blade.
  • the operator moves the leading edge of the blade with the outer contour sensor 7, whereby the contour and the position of possible damage points at the leading edge of the blade are detected.
  • the position of the leading edge of the blade can be detected.
  • the data determined by the first sensor device 11 are then supplied to the processing device 1, in which they are processed accordingly for further use.
  • the operator marks potential points of damage with the outer contour sensor 7 in order to make the position known to the system.
  • the operator changes to the second sensor device 12 with the ultrasonic sensor 8 and detects, for example, the transition region from solid material to the hollow region of the blade.
  • the inner contour of the cavity 16 in the blade is measured by the ultrasonic sensor 8, which is then used as a reference contour.
  • an actual thickness profile of the wall thickness of the hollow blade is then calculated from the measured values determined by the first and the second sensor devices 11 and 12, which is compared with a desired thickness profile stored in the memory unit 15. From the difference formation, the existing damage locations can then be localized and also calculated quantitatively. After the measured value recording of the first and the second sensor devices 11 and 12 and the processing of the determined measured values in the processing device 1, a complete damage pattern is available.
  • the guidance of the movement of the measuring head 3 also in dependence on the first and / or second sensor device 11 and 12 measured values can be controlled or simplified by action instructions of the assistance system to the operator.
  • the measured value recording by the third sensor device 13, but also immediately after the measured value recording by the first and second sensor device 11 and 12 during a single movement of the measuring head 3 can be made.
  • the third sensor device 13 can preferably be arranged on the measuring head 3 in such a way that the third sensor device 13 always tracks the respective position of the surface of the sensor during the movement of the coordinate measuring arm 2 and the measured value recording after the first and second sensor devices 11 and 12 Part 6 passes over.
  • the laser line triangulation sensor is activated, and the determined positions of the damaged areas are run over by the measuring head 3 , scanned and measured.
  • the assistance system can suggest and visualize a sequence of the areas to be scanned. This can be achieved both by means of a screen and, for example, by means of a targeted illumination or optical marking of the area to be scanned.
  • the processing device 1 with the memory unit 15 and the display device 4 is formed into an assistance system, which conveys to the handling person instructions on the display device which make it easier to carry out the measurement.
  • the central processing device 1 all process data required for evaluation and calculation are stored.
  • the instructions are generated taking into account the individually determined measured values, the data stored in the memory unit 15, such as the desired thickness profile stored there, or the desired outer contour of the component 6 or manufacturer-specified instructions on how the measurement is to be performed.
  • the processing device 1 can serve as a central data administration and data processing of the inspection process as an interface for data exchange with connected IT systems, while the assistance system for user-friendly and process-reliable control of the overall system and the guidance of the operator through the workflow.
  • the assistance system digitally depicts the entire inspection process.
  • the device is controlled via the assistance system, and the assistance system provides opportunities for collaboration between the operator and additional networks, such as the development or quality department.
  • the measurement of the damaged areas or the outer contour of the component 6 with the third sensor device 13 with the white light interferometer 9 provides the advantage of a highly accurate measurement of the damage points in the range of +/- 10 manometers or when using a laser triangulation sensor with an accuracy of 1 ⁇ in the depth direction and 7 to 8 ⁇ (dot pitch) in the width direction.
  • the measurement of the component 6 can be realized by a semi-automated surveying process with a person assisting the handling assistance system.
  • the measurement and the surface inspection can be objectively reproduced on the basis of the determined measured values, so that the surface inspection can be detected and reconstructed in the event of subsequent damage.
  • the measuring device on the measuring head 3 consists of the three sensor devices 11, 12 and 13, which can perform all measuring functions of the component inspection.
  • the necessary parameters such as the depth of the damaged area and the diameter of the damaged area, are determined automatically or manually by means of the displayed measuring points and made available to the operator via the assistance system.
  • the determination of the residual wall thickness by the integrated ultrasonic sensor 8 as well as the position on the blade can be determined by the tactile outer contour sensor 7.
  • the spatial reference is achieved in all measurements via the coupling of the processing device 1 with the coordinate measuring arm 2.
  • leading-pocket edge is used for the hollow blade, which is also referred to as a fan blade.
  • the leading pocket edge marks the transition between the solid material and the thin-walled portion of the blade at the flow entrance side. Detection takes place by continuous measurement of the wall thickness in the region of the edge by means of the non-collision probe 8 and the outer contour sensor 7, wherein the edge is specifically recognized by the jump of the wall thickness and a consequent characteristic measured value change in the region of the transition from full to hollow region and then over a spline is interpolated along the entire length of the leading edge of the blade.
  • the assistance system prepares inspection decisions by indicating tolerance deviations to the operator and proposing possible repair measures. It also visualizes the operator any error conditions of the measuring device and proposes corrective measures.
  • the process responsibility remains in contrast to a fully automated device aware of the operator, which on the one hand the system complexity and the associated costs can be reduced and on the other hand, the cognitive abilities of the operator in the measurement process can be exploited.
  • the entire device can also be made transportable, so that an on-wing measured value recording in an aircraft engine is possible.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Schadensvermessung eines hohlen Flugzeug- oder Gasturbinen-Bauteils (6) mit einem Koordinatenmessarm (2), an dem eine erste Sensoreinrichtung (11) mit einem Außenkontursensor (7) zur Detektierung der Außenkontur des Bauteils (6) und/oder zur Positionsbestimmung eines beschädigten Bereichs und eine zweite Sensoreinrichtung (12) mit einem Ultraschallsensor (8) zur Detektierung der Kontur eines Hohlraumes (16) in dem Bauteil (6) und/oder zur Ermittlung einer Wandstärke des beschädigten Bereichs und/oder zur Ermittlung der Wandstärke nach einer Reparatur des beschädigten Bereichs vorgesehen ist, wobei an dem Koordinatenmessarm (2) eine dritte Sensoreinrichtung (13) mit einem Weißlichtinterferometer (9) und/oder einem Laser-Triangulationssensor vorgesehen ist.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Schadensvermessung eines hohlen Flugzeug- oder Gasturbinen-Bauteils
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Schadensvermessung eines hohlen Flugzeug- oder Gasturbinen-Bauteils mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Schadensvermessung eines hohlen Flugzeug- oder Gasturbinen- Bauteils mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 7.
Flugzeugbauteile sind im Betrieb einer hohen Beanspruchung ausgesetzt. Neben Bauteilen aus Verbundwerkstoffen, wie beispielsweise Strukturbauteile oder metallische Bauteile, wie beispielsweise Fahrwerksbauteile , kann dies insbesondere bei den Bauteilen des Flugzeugtriebwerks zu einer schadhaften Rissbildung führen. Ähnliche Schadensbilder sind auch bei anderen Gasturbinen, beispielsweise den stationären Gasturbinen vorhanden. Brennkammerbauteile sind bei Gasturbinen besonders stark von der Rissbildung betroffen. Dabei werden aus Gewichtsgründen nach Möglichkeit hohle Bauteile verwendet, soweit die Festigkeit der Bauteile dies zulässt .
Risse sind lokale Materialtrennungen innerhalb einer Struktur oder innerhalb eines Bauteils. Die Rissentstehung ist in der Regel ein lokales Ereignis in der Mikrostruktur der Oberfläche, das in der Regel durch Gitterfehler im Mikrogefüge oder durch zyklische Betriebsbelastungen verursacht wird. Risse breiten sich im Regelfall senkrecht zur wirkenden Normalspannung aus . Diese Ausbreitung wird als normalspannungsgesteuert bezeichnet . Im Falle von Gasturbinenteilen entstehen Risse durch hohe thermische und mechanische Belastung. Die Rissbildung wird zum einen durch die vorherrschenden hohen Temperaturen verursacht und zum anderen fördern die Schwingungen aus dem Hochdruckverdichter und der Hochdruckturbine das Risswachstum und die Rissbildung. Zudem begünstigen kurzzeitige thermische Materialspannungen während des Startens der Gasturbine und ggf. während der Startphase des Flugzeugs die Rissentstehung.
In die Gasturbine eingesaugte feste Partikel, wie beispielsweise Sand und Staub, tragen stark zur Erosion an Gasturbinenbauteilen bei. Des Weiteren führen die dauerhaften thermischen Belastungen während der Betriebsphase der Gasturbine dazu, dass die geometrische Form der Gasturbinenbauteile eine Veränderung erfährt. Es ist dabei häufig problematisch, die Formabweichung in Bezug auf die ursprüngliche Kontur nach einer Erosion oder Verformung exakt festzustellen.
In der Instandhaltung von Flugzeug- und/oder Gasturbinen- Bauteilen besteht das Hauptproblem darin, die im Betrieb entstandenen Risse und Geometrieveränderungen (z.B. durch Erosion) zu detektieren und die Bauteile durch geeignete Maßnahmen zu reparieren. Aufgrund der individuell unterschiedlichen Riss- bzw. Beschädigungsausprägung gestaltet sich dies oft schwierig .
Bekannte Verfahren zur Schadensvermessung umfassen eine Reihe von zerstörungsfreien Prüfverfahren. Derzeit eingesetzte Verfahren umfassen beispielsweise das Farbeindringverfahren, die Ultraschallprüfung, die Wirbelstromprüfung, die Röntgenprüfung und die Magnetpulverprüfung. Sofern die Schadensvermessung mit den entsprechenden Sensoren manuell durchgeführt wird, hängt die Qualität der Schadensvermessung sehr von der Erfahrung und der Gewissenhaftigkeit der prüfenden Person ab. Ferner müssen die Ergebnisse protokolliert werden, was insbesondere bei einer papiergebundenen Dokumentation einen sehr hohen Aufwand zur Folge hat. Damit erfordert die Schadensvermessung ein hohes Maß an Schulungen und eine sehr hohe Qualifikation der prüfenden Person.
Zur Vereinfachung der Vermessung der äußeren Geometrie und inneren Geometrie ist es ferner aus der Druckschrift US
7,921,575 B2 bekannt, einen Sensor zur Vermessung der äußeren Kontur und einen Ultraschallsensor zur Vermessung von möglichen internen Schadensstellen einer Turbinenschaufel auf einem Messkopf anzuordnen. Die ermittelten Messdaten werden einer Verarbeitungseinrichtung zur Weiterverarbeitung und Speicherung der Messwerte zugeführt. Ferner ist eine mit der Verarbeitungseinrichtung verbundene Anzeigeeinrichtung vorgesehen, auf der die ermittelten Messwerte angezeigt werden.
Weiter ist es aus der WO 2012/159721 AI grundsätzlich bekannt, zur Rissprüfung eine Sensoreinrichtung mit einer Weißlichtin- terferometrie zu verwenden, welche eine besonders hohe Auflösung der Geometrie der Risse ermöglicht.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung und ein Verfahren zu liefern, welche eine weiter verbesserte Schadensvermessung ermöglichen.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
Gemäß Anspruch 1 wird zur Lösung der Aufgabe eine Einrichtung zur Schadensvermessung eines hohlen Flugzeug- oder Gasturbinen-Bauteils mit einem Koordinatenmessarm, an dem eine erste Sensoreinrichtung mit einem Außenkontursensor zur Detektierung der Außenkontur des Bauteils und eine zweite Sensoreinrichtung mit einem Ultraschallsensor zur Detektierung der Kontur des Hohlraumes in dem Bauteil vorgesehen ist, vorgeschlagen, wobei der Grundgedanke der Erfindung darin zu sehen ist, dass an dem Koordinatenmessarm eine dritte Sensoreinrichtung mit einem Weißlichtinterferometer und/oder einem Laser-Triangulationssensor vorgesehen ist .
Die vorgeschlagene Einrichtung umfasst damit einen Koordinatenmessarm mit drei verschiedenen Sensortypen. Erstens ist ein Außenkontursensor z.B. in Form eines Messtasters oder eines berührungslosen Konturscanners vorgesehen, mittels dessen die Außenkontur des Bauteils detektiert wird. Dabei kann zum einen die Lage des Bauteils in Bezug zu einem Referenzkoordinatensystem detektiert werden, welches durch den Koordinatenmessarm definiert wird. Dabei ist die Erfassung der Lage und der Form der Eintrittskante von besonderer Bedeutung. Ferner können durch den Außenkontursensor bereits größere Schadensstellen in der Außenfläche lokalisiert werden. Ferner ist an dem Koordinatenmessarm eine zweite Sensoreinrichtung mit einem Ultraschallsensor vorgesehen, mit welchem die Innenkontur des Hohlraumes des Bauteils detektiert wird. Die Innenkontur des Hohlraumes des Bauteils ist die Kontur, welche unabhängig von der Betriebsdauer keinerlei Verschleiß unterliegt und damit immer der Kontur des Bauteils nach Herstellung also der Neukontur entspricht. Die Innenkontur kann damit als Referenzkontur zur Bewertung des Verschleißes der Außenkontur verwendet werden. Ferner ist erfindungsgemäß eine dritte Sensoreinrichtung mit einem Weißlichtinterferometer vorgesehen, welche eine sehr genaue Vermessung der Verschleißstellen bis in den Bereich von +/- 10 Nanometern ermöglicht. Alternativ kann auch ein Laser- Triangulationssensor verwendet werden, welcher ebenfalls eine sehr genaue Vermessung der Verschleißstellen mit einer Genauigkeit von +/- 1 μιη in Tiefenrichtung und +/- 7 bis 8 μτ in der Breite ermöglicht. Durch die dritte Sensoreinrichtung kann die mit der ersten Sensoreinrichtung lokalisierte Schadensstelle mit einer sehr hohen Genauigkeit vermessen werden. Der Koordinatenmessarm kann damit als eine Art Sensorsystem mit mehreren Sensoreinrichtungen verstanden werden, mit dem neben der Lokalisierung der Schadensstellen auch die Lage der Schadensstellen zu dem Hohlraum also der Referenzkontur detektiert werden kann. Ferner kann die Geometrie der Schadensstellen mit einer sehr hohen Genauigkeit vermessen werden kann. Durch die Kenntnis der Referenzkontur und die vermessene Außenkontur kann dabei der Dickenverlauf der Bauteilwandung in Umfangs- richtung und insbesondere die Dicke im Bereich der Schadens - stellen mit einer sehr hohen Genauigkeit vermessen werden.
Vorzugsweise weisen alle Sensoreinrichtungen eine definierte Position am Koordinatenmessarm auf. Auf diese Weise ist zum Zeitpunkt der Messung eine genau erfassbare Ausrichtung und Position der Sensoreinrichtungen, insbesondere der zweiten und dritten Sensoreinrichtung, ermittelbar. Dies ermöglicht eine genauere Zuordnung von Messwerten der zweiten und/oder dritten Sensoreinrichtung zu einer Position und Ausrichtung auf der Außenkontur, was sich positiv auf die Genauigkeit der Schadensvermessung auswirkt. Weiterhin weist die zweite und/oder dritte Sensoreinrichtung in einer vorteilhaften Ausführungsform eine definierte Position zum Außenkontursensor der ersten Sensoreinrichtung auf, wodurch bei der Schadensvermessung eine höhere Genauigkeit erreicht werden kann.
Weiter können eine Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung der ermittelten Messwerte und ein Assistenzsystem mit einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der weiterverarbeiteten Messwerte vorgesehen sein. In der Verarbeitungseinrichtung können die ermittelten Messwerte unmittelbar weiter verarbeitet und auf der Anzeigeeinrichtung des Assistenzsystems zur Unterstützung der handhabenden Person zur Anzeige gebracht werden.
Dabei können die Verarbeitungseinrichtung und/oder das Assistenzsystem insbesondere eine Speichereinheit zur Ablage der ermittelten und weiterverarbeiteten Messwerte aufweisen. Damit kann das Protokollieren entfallen und die Messwerte sind in digitaler Form gespeichert, so dass sie bedarfsweise nachfolgend in einer Bearbeitungseinrichtung zur Aufarbeitung des Bauteils und insbesondere zur Steuerung entsprechender Auftrags- und Bearbeitungsmaschinen zur Rekonturierung des Bauteils weiter verwendet werden können.
Dabei können in der Speichereinheit gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bauteilbezogene Kenngrößen und/oder Reparaturvorgaben abgelegt sein, wobei auf der Anzeigeeinrichtung ferner in Abhängigkeit von den ermittelten Messwerten und unter Berücksichtigung der bauteilbezogenen Kenngrößen
und/oder Reparaturvorgaben erzeugte Handlungsanweisungen anzeigbar sein können. Die bauteilbezogenen Kenngrößen und Reparaturvorgaben können dazu verwendet werden, die Messwertaufnahme zusätzlich zu vereinfachen, indem der handhabenden Per- son entsprechende Handlungsanweisungen über die Anzeigeeinrichtung vermittelt werden. So kann es z.B. erforderlich sein, dass bei der Detektierung spezieller Schadensstellen eine weitergehende Vermessung derselben Schadensstelle erforderlich wird, wofür besondere Messungen erforderlich sind, die nur in diesem Fall durchgeführt werden.
Dazu können die erste und/oder zweite und/oder dritte Sensoreinrichtung durch die Verarbeitungseinrichtung und/oder das Assistenzsystem ansteuerbar sein. Insbesondere kann die Vermessung des Bauteils mit der dritten Sensoreinrichtung mit dem Weißlichtinterferometer und/oder dem Laser-Triangulationssensor durch die von der ersten Sensoreinrichtung ermittelten Messwerte gesteuert werden.
Weiter kann eine Spanneinrichtung vorgesehen werden, in welcher das Bauteil festlegbar ist, und eine vierte Sensoreinrichtung vorgesehen werden, welche die Position des Bauteils gegenüber der Spanneinrichtung oder gegenüber einem Referenzpunkt oder Referenzkoordinatensystem detektiert. Die Spanneinrichtung fixiert das Bauteil, und die vierte Sensoreinrichtung detektiert die Grundausrichtung des Bauteils. Die vierte Sensoreinrichtung ist dabei der Spanneinrichtung zugeordnet, so dass sie unabhängig von dem Koordinatenmessarm ist. Die Messwerte der vierten Sensoreinrichtung können dann zur Ansteue- rung des Koordinatenmessarms während der Verfahrbewegung in eine bauteilindividualisierte Anfangsstellung der Messwertaufnahme in Richtung des Bauteils verwendet werden. Alternativ kann die Lage oder auch Referenzposition des Bauteils mit dem Koordinatenmessarm ermittelt werden, und ein Koordinatensystem in die ermittelte Referenzposition gelegt werden. Ferner wird ein Verfahren zur Schadensvermessung eines hohlen Flugzeug- oder Gasturbinen-Bauteils mit einem Koordinatenmess- arm, mit einer ersten Sensoreinrichtung mit einem Außenkontursensor und einer zweiten Sensoreinrichtung mit einem Ultraschallsensor vorgeschlagen, wobei insbesondere vorgeschlagen wird, dass eine dritte Sensoreinrichtung mit einem Weißlicht- interferometer und/oder einem Laser-Triangulationssensor vorgesehen ist, und die Schadensvermessung durch eine Kombination der Messwerte der ersten, zweiten und dritten Sensoreinrichtung erfolgt . Die Schadensvermessung wird demnach durch eine Kombination der Messwerte der drei Sensoreinrichtungen durchgeführt, wobei hier insbesondere die individuellen Vorteile der jeweiligen Sensoreinrichtungen durch die Kombination der Messwerte der Sensoreinrichtungen zu einer Verbesserung der Messwertaufnahme insgesamt genutzt werden.
Auf diese Weise kann unter Verwendung nur eines Koordinaten- messarms, was sich positiv auf die Prozessgeschwindigkeit und insbesondere auf die Genauigkeit auswirkt, ein Schaden sehr präzise im Hinblick auf die Referenzkontur bestimmt werden. Die positive Wirkung auf die Genauigkeit kann dadurch erreicht werden, dass die zweite und dritte Sensoreinrichtung durch den Koordinatenmessarm zum Zeitpunkt der Messung eine genau erfassbare Ausrichtung und Position aufweisen. Bei der ersten Sensoreinrichtung mit dem Außenkontursensor ist dies systembedingt vorgesehen. Hierdurch kann das Ergebnis einer Messung der zweiten und/oder dritten Sensoreinrichtung ausgehend von einem Punkt auf der Oberfläche der Außenkontur deutlich präziser bestimmt werden.
Die Außenkontur kann präzise mit dem Außenkontursensor erfasst werden. Hierbei kann vorteilhaft zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Zuordnung von Messwerten der zweiten und/oder dritten Sensoreinrichtung zu einer Position auf der Außenkontur ausgenutzt werden, dass die zweite und/oder dritte Sensoreinrichtung zu dem Außenkontursensor der ersten Sensoreinrichtung am Koordinatenmessarm einen definierten, d.h. bekannten und gleichbleibenden, Abstand bzw. Vektor in Bezug auf den Koordinatenmessarm, aufweisen. Die Position der Sensoreinrichtungen zueinander in Bezug auf den Koordinatenmessarm ist in vorteilhaften Ausführungsformen definiert und wird zur Erhöhung der Genauigkeit eingesetzt.
Dabei wird die Innenkontur des Hohlraumes durch den Ultraschallsensor als Referenzkontur detektiert, und die Außenkontur des Bauteils durch den Außenkontursensor detektiert, und der Schaden durch einen Vergleich der detektierten Außenkontur zu der Referenzkontur detektiert. Die Innenkontur des hohlen Bauteils unterliegt keinerlei Verschleiß, da die Oberfläche der Innenkontur keinerlei mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Damit bildet die Innenkontur eine ideale Referenzfläche zur Bemessung des Verschleißes der Außenkontur.
Dabei ist der relative Sollverlauf der Außenkontur zu der Referenzkontur bevorzugt in einer Speichereinheit abgelegt, und der Schaden wird durch einen Vergleich des ermittelten Istverlaufs der Außenkontur zu der Referenzkontur mit dem relativen Sollverlauf der Außenkontur zu der Referenzkontur ermittelt. Damit kann nicht nur die relative Lage der Schadensstelle sondern auch die Tiefe bzw. der Materialabtrag der Schadensstelle nach absoluten Werten ermittelt werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass ein Assistenzsystem mit einer Anzeigeeinrichtung und einer Speichereinheit vorgesehen ist, und in der Speichereinheit ein vorgegebener Prüfablauf gespeichert ist, in dem die detektierten Messwerte mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden, wobei das Assistenzsystem in Abhängigkeit von dem Unterschreiten oder Überschreiten der vorgegebenen Grenzwerte durch die Messwerte Handlungsanweisun gen auf der Anzeigeeinrichtung zur Unterstützung des Prüfablaufes zur Anzeige bringt. Das Assistenzsystem dient der Führung der handhabenden Person, so dass die Messwertauf ahme auch durch eine weniger erfahrene Person durchgeführt werden kann. Ferner kann dadurch die Wahrscheinlichkeit von Fehlern aufgrund des Vergessens von Prüfschritten verringert werden.
Weiterhin wird zur Lösung der Aufgabe der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, welches auch unabhängig erfinderisch sein kann.
Bei dem vorteilhaften Verfahren zur Schadensvermessung eines hohlen Flugzeug- oder Gasturbinen-Bauteils mit einem Koordina tenmessarm, mit einer ersten Sensoreinrichtung mit einem Au- ßenkontursensor und einer zweiten Sensoreinrichtung mit einem Ultraschallsensor wird in einem Schritt die Innenkontur des Hohlraumes durch den Ultraschallsensor als Referenzkontur de- tektiert und in einem weiteren Schritt die Außenkontur des Bauteils durch den Außenkontursensor detektiert, und der Scha den durch einen Vergleich der detektierten Außenkontur zu der Referenzkontur detektiert.
Auf diese Weise kann unter Verwendung nur eines Koordinaten- messarms, was sich positiv auf die Prozessgeschwindigkeit und insbesondere auf die Genauigkeit auswirkt, in zwei Prozessschritten ein Schaden sehr präzise im Hinblick auf die Referenzkontur bestimmt werden. Es wird dabei ausgenutzt, dass di Innenkontur eine ideale Referenzfläche zur Bemessung des Verschleißes der Außenkontur bildet, da sie keinerlei Verschleiß unterliegt . Die Reihenfolge der beiden Schritte vor dem Ver- gleich kann beliebig gewählt werden. Die positive Wirkung auf die Genauigkeit kann dadurch erreicht werden, dass der Ultraschallsensor mittels Koordinatenmessarm zum Zeitpunkt der Messung eine genau erfassbare Ausrichtung und Position aufweist. Hierdurch kann das Ergebnis einer Messung des Ultraschallsensors, d.h. beispielsweise die Tiefe der Innenkontur ausgehend von einem Punkt auf der Oberfläche der Außenkontur deutlich präziser zugeordnet werden.
Die Außenkontur wird zudem präzise mit dem Außenkontursensor erfasst. Hierbei kann vorteilhaft zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Zuordnung von Messwerten des Ultraschallsensors zu einer Position auf der Außenkontur ausgenutzt werden, dass der Ultraschallsensor und der Außenkontursensor am Koordinatenmessarm einen definierten, d.h. bekannten und gleichbleibenden, Abstand bzw. Vektor in Bezug auf den Messarm, aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine dritte Sensoreinrichtung mit einem Weißlichtinterferometer und/oder einem Laser-Triangulationssensor vorgesehen, wobei die Schadensvermessung durch eine Kombination der Messwerte der ersten, zweiten und dritten Sensoreinrichtung erfolgt. Die Schadensvermessung wird demnach durch eine Kombination der Messwerte der drei Sensoreinrichtungen durchgeführt, wobei hier insbesondere die individuellen Vorteile der jeweiligen Sensoreinrichtungen durch die Kombination der Messwerte der Sensoreinrichtungen zu einer Verbesserung der Messwertaufnahme insgesamt genutzt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt Fig. l einen Kopf eines Koordinatenmessarmes einer erfindungsgemäßen Einrichtung; und
Fig . 2 eine erfindungsgemäße Einrichtung mit einer Verarbeitungseinrichtung und einem Assistenzsystem.
In der Figur 1 ist ein vergrößerter Messkopf 3 eines Koordinatenmessarmes 2 zu erkennen, welcher in der Figur 2 als Baugruppe einer übergeordneten Einrichtung schematisch zu erkennen ist.
Die in der Figur 2 gezeigte Einrichtung umfasst neben dem Ko- ordinatenmessarm 2 zusätzlich eine Spanneinrichtung 5, eine Verarbeitungseinrichtung 1, eine Speichereinheit 15 und eine Anzeigeeinrichtung 4. Die Speichereinheit 15 ist hier in dem Gehäuse der Verarbeitungseinrichtung 1 angeordnet. Die Verarbeitungseinrichtung 1 ist signaltechnisch mit dem Koordinaten- messarm 2, der Anzeigeeinrichtung 4 und der Speichereinheit 15 verbunden. In der Speichereinheit 15 sind eine Vielzahl von Daten gespeichert, wie z.B. der Sollverlauf der Außenkontur eines zu vermessenden Bauteils 6, herstellerseitige Prüfvorgaben und/oder Grenzwerte sowie explizite Handlungsanweisungen, wie bestimmte Prüfschritte vorzunehmen sind.
Ferner weist der Koordinatenmessarm 2 einen Sockel oder eine entsprechende Halterung auf, mittels derer der Koordinatenmessarm 2 in einer definierten Position zu der Spanneinrichtung 5 und dem darin gehaltenen Bauteil 6 angeordnet bzw. gehalten ist. Der Koordinatenmessarm 2 als solches ist bekannt und umfasst eine nicht dargestellte Einrichtung zur Ermittlung der Position des in der Figur 1 zu erkennenden Messkopfes 3 im Raum. Dabei ist der Koordinatenmessarm 2 in Bezug zu der Spanneinrichtung 5 in einer Initialstellung kalibriert. An dem Messkopf 3 sind eine erste Sensoreinrichtung 11 mit einem Außenkontursensor 7 in Form eines Messtasters, eine zweite Sensoreinrichtung 12 mit einem Ultraschallsensor 8 und eine dritte Sensoreinrichtung 13 mit einem Weißlichtinterferometer 9 und/oder einem Laser-Triangulationssensor oder auch einem Laser-Linien-Triangulationssensor vorgesehen .
Die Vermessung des hohlen Bauteils 6 erfolgt nach den folgenden Schritten. Zunächst wird das Bauteil 6 in der Spanneinrichtung 5 mittels geeigneter Spannwerkzeuge 17 eingespannt. Dabei ist in der Spanneinrichtung 5 eine vierte Sensoreinrichtung 14 vorgesehen, welche die Grundausrichtung des Bauteils 6 in der Spanneinrichtung 5 detektiert, wobei alternativ die Lage oder auch Referenzposition des Bauteils mit dem Koordina- tenmessarm 2 ermittelt werden kann, und ein Koordinatensystem in die ermittelte Referenzposition gelegt werden kann. Sofern das Bauteil 6 ausschließlich in einer einzigen Ausrichtung in dem Spannwerkzeug 17 der Spanneinrichtung 5 gehalten werden kann, wäre es auch denkbar, die Ausrichtung des Spannwerkzeuges 17 gegenüber der Spanneinrichtung 5 durch die vierte Sensoreinrichtung 14 zu detektieren und dadurch mittelbar auch die Ausrichtung des Bauteils 6 zu ermitteln. Anschließend kalibriert die Bedienperson die Einrichtung mit dem eingespannten Bauteil 6. Die Bedienperson referenziert das Bauteil 6 dann in einem zweiten Schritt, indem sie mit dem Außenkontursensor 7 bestimmte Kanten und Flächen des Bauteils 6 wie z.B. die Eintrittskante abfährt. Damit wird die Ausrichtung des Bauteils 6 in einem ersten Schritt referenziert.
Das Bauteil 6 wird in der konkreten Anwendung nachfolgend als hohle Schaufel eines Flugzeugtriebwerkes oder einer Gasturbine weiter bezeichnet. Der Messkopf 3 wird dann mit dem Außenkon- tursensor 7 der ersten Sensoreinrichtung 11 an die Eintritts - kante der Schaufel geführt. Anschließend fährt die handhabende Person die Eintrittskante der Schaufel mit dem Außenkontur- sensor 7 ab, wobei die Kontur und die Position möglicher Schadensstellen an der Eintrittskante der Schaufel detektiert werden. Ferner kann dabei insbesondere die Lage der Eintrittskante der Schaufel detektiert werden. Die von der ersten Sensoreinrichtung 11 ermittelten Daten werden dann der Verarbeitungseinrichtung 1 zugeführt, in der sie entsprechend zur weiteren Nutzung verarbeitet werden. Der Bediener markiert dabei potenzielle Schadensstellen mit dem Außenkontursensor 7, um die Position dem System bekannt zu machen. Anschließend wechselt der Bediener zu der zweiten Sensoreinrichtung 12 mit dem Ultraschallsensor 8 und detektiert beispielsweise den Übergangsbereich von Vollmaterial zum Hohlbereich der Schaufel.
Außerdem wird die Innenkontur des Hohlraumes 16 in der Schaufel durch den Ultraschallsensor 8 vermessen, welche dann als Referenzkontur verwendet wird. In der Verarbeitungseinrichtung 1 wird dann aus den von der ersten und der zweiten Sensoreinrichtung 11 und 12 ermittelten Messwerten ein Ist-Dickenverlauf der Wandstärke der hohlen Schaufel errechnet, welcher mit einem in der Speichereinheit 15 abgelegten Soll-Dickenverlauf verglichen wird. Aus der Differenzbildung können dann die vorhandenen Schadensstellen lokalisiert und auch quantitativ berechnet werden. Nach der Messwertaufnahme der ersten und der zweiten Sensoreinrichtung 11 und 12 und der Verarbeitung der ermittelten Messwerte in der Verarbeitungseinrichtung 1 liegt ein vollständiges Schadensbild vor. Zur weiteren genaueren Vermessung der Schaufel wird der Messkopf 3 mit der dritten Sensoreinrichtung 13 wiederum entlang der Außenkontur der Schaufel geführt, wobei die Führung der Bewegung des Messkopfes 3 auch in Abhängigkeit von den durch die erste und/oder zweite Sensoreinrichtung 11 und 12 ermittelten Messwerten gesteuert oder durch Handlungsanweisungen des Assistenzsystems an den Bediener vereinfacht werden kann. Alternativ kann die Messwertaufnahme durch die dritte Sensoreinrichtung 13, aber auch unmittelbar nach der Messwertaufnähme durch die erste und zweite Sensoreinrichtung 11 und 12 während eines einzigen Bewegungsablaufes des Messkopfes 3 vorgenommen werden. Dabei kann die dritte Sensoreinrichtung 13 bevorzugt so an dem Mess- kopf 3 angeordnet sein, dass die dritte Sensoreinrichtung 13 während der Bewegung des Koordinatenmessarmes 2 und der Mess- wertaufnahme immer nach der ersten und der zweiten Sensoreinrichtung 11 und 12 die jeweilige Stelle der Oberfläche des Bauteils 6 überfährt. In diesem Fall ist es möglich, die Aktivierung der dritten Sensoreinrichtung 13 mit dem Weißlichtin- terferometer 9 und/oder dem Laser-Triangulationssensor
und/oder dem Laser-Linien-Triangulationssensor in Abhängigkeit von den ermittelten Messwerten der ersten und/oder zweiten Sensoreinrichtung 11 oder 12 zu steuern, d.h. immer nur dann zu aktivieren, wenn durch die Messwerte der ersten und/oder zweiten Sensoreinrichtung 11 und 12 eine Schadensstelle detek- tiert wurde. Nach dem Abschluss der Positionsbestimmungen aller beschädigten Bereiche des Bauteils 6 mit dem taktilen Messkopf 3, der speziell für die Geometrie des Bauteils 6 ausgelegt ist, wird der Laser-Linien-Triangulationssensor aktiviert, und die ermittelten Positionen der beschädigten Bereiche werden mit dem Messkopf 3 überfahren, gescannt und ausgemessen. Das Assistenzsystem kann dabei eine Abfolge der zu scannenden Bereiche vorschlagen und visualisieren . Dies kann sowohl mittels eines Bildschirmes als auch z.B. mittels einer gezielten Beleuchtung oder optischen Markierung des zu scannenden Bereiches verwirklicht werden. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung 1 mit der Speichereinheit 15 und der Anzeigeeinrichtung 4 zu einem Assistenzsystem ausgebildet, welches der handhabenden Person auf der Anzeigeeinrichtung Handlungsanweisungen vermittelt, die das Durchführen der Vermessung erleichtern. In der zentralen Verarbeitungseinrichtung 1 sind dabei alle zur Auswertung und Berechnung erforderlichen Prozessdaten abgelegt. Dabei werden die Handlungsanweisungen unter Berücksichtigung der individuell ermittelten Messwerte, der in der Speichereinheit 15 abgelegten Daten, wie z.B. des dort abgelegten Solldickenverlaufs, bzw. der Sollaußenkontur des Bauteils 6 oder herstellervorgegebene Anweisungen, wie die Vermessung durchzuführen ist, erzeugt. Ferner kann die Verarbeitungseinrichtung 1 als zentrale Datenverwaltung und Datenverarbeitung des Inspektionsprozesses als Schnittstelle zum Datenaustausch mit angeschlossenen IT- Systemen dienen, während das Assistenzsystem zur benutzerfreundlichen und prozesssicheren Steuerung des Gesamtsystems sowie der Führung des Bedieners durch den Arbeitsablauf dient. Das Assistenzsystem bildet dabei den kompletten Inspektions- prozess digital ab. Ferner erfolgt die Steuerung der Einrichtung über das Assistenzsystem, und das Assistenzsystem bietet Möglichkeiten zur Kollaboration zwischen dem Bediener und zusätzlichen Netzwerken wie z.B. der Entwicklungs- oder Qualitätsabteilung .
Die Vermessung der Schadensstellen bzw. der Außenkontur des Bauteils 6 mit der dritten Sensoreinrichtung 13 mit dem Weiß- lichtinterferometer 9 liefert den Vorteil einer hochgenauen Vermessung der Schadensstellen im Bereich von +/- 10 Manometern oder bei der Verwendung eines Laser-Triangulationssensors mit einer Genauigkeit von 1 μτη in Tiefenrichtung und 7 bis 8 μτη (Punktabstand) in Breitenrichtung. Durch die vorgeschlagene Lösung kann das Vermessen des Bauteils 6 durch einen teilautomatisierten VermessungsVorgang mit einem die handhabende Person unterstützenden Assistenzsystem verwirklicht werden. Ferner kann das Vermessen und die Oberflächeninspektion anhand der ermittelten Messwerte objektiv reproduziert werden, so dass die Oberflächeninspektion für den Fall eines nachfolgend auftretenden Schadens nachgewiesen und nachvollzogen werden kann. Die Messvorrichtung an dem Messkopf 3 besteht aus den drei Sensoreinrichtungen 11, 12 und 13, welche alle Messfunktionen der Bauteilinspektion wahrnehmen kann. Durch die zentrale Verarbeitungseinrichtung 1 werden die notwendigen Kenngrößen, wie Tiefe der Schadensstelle und Durchmesser der Schadensstelle automatisch oder manuell durch Zuhilfenahme der angezeigten Messpunkte ermittelt und der Bedienperson über das Assistenzsystem zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus kann auch die Bestimmung der Restwandstärke durch den integrierten Ultraschallsensor 8 sowie die Position an der Schaufel durch den taktilen Außenkontursensor 7 ermittelt werden. Der räumliche Bezug wird bei allen Messungen über die Kopplung der Verarbeitungseinrichtung 1 mit dem Koordinaten- messarm 2 erreicht .
Als Referenz für die Auswertung der aufgenommenen Schäden wird bei der hohlen Schaufel, welche auch als Fan-Blade bezeichnet wird, die sogenannte Leading-Pocket -Edge verwendet. Die Leading-Pocket -Edge kennzeichnet den Übergang zwischen dem massiven Material zu dem dünnwandigen Bereich der Schaufel an der Strömungseintrittsseite. Die Erkennung erfolgt durch kontinuierliche Messung der Wandstärke im Bereich der Kante mittels der Untraschallsonde 8 und dem Außenkontursensor 7, wobei die Kante konkret durch den Sprung der Wandstärke und eine dadurch bedingte charakteristische Messwertänderung im Bereich des Überganges vom vollen zum hohlen Bereich erkannt und dann über einen Spline entlang der gesamten Länge der Eintrittskante der Schaufel interpoliert wird.
Zur Reduktion der Komplexität der Messaufgabe und Sicherstellung einer gleichbleibend hohen Prozessqualität für die Bedienperson werden alle Schritte der Bedienung durch das Assistenzsystem geführt und unterstützt. Das Assistenzsystem bereitet Inspektionsentscheidungen vor, indem es dem Bediener Toleranzabweichungen aufzeigt und mögliche Reparaturmaßnahmen vorschlägt. Weiterhin visualisiert es dem Bediener etwaige Fehlerzustände der Messvorrichtung und schlägt Abstellmaßnahmen vor .
Aufgrund der bewusst teilautomatisierten Ausbildung der Messeinrichtung bleibt die Prozessverantwortung im Gegensatz zu einer vollautomatisierten Einrichtung bewusst bei der Bedienperson, wodurch zum einen der Systemaufwand und die damit verbundenen Kosten reduziert werden können und zum anderen die kognitiven Fähigkeiten der Bedienperson bei dem Messablauf mit ausgenutzt werden können.
Damit kann die gesamte Einrichtung auch transportabel ausgebildet sein, so dass auch eine On-Wing-Messwertaufnähme in einem Flugzeugtriebwerk möglich ist.

Claims

Ansprüche :
1. Einrichtung zur Schadensvermessung eines hohlen Flugzeug oder Gasturbinen-Bauteils (6) mit
-einem Koordinatenmessarm (2), an dem
-eine erste Sensoreinrichtung (11) mit einem Außenkon- tursensor (7) zur Detektierung der Außenkontur des Bauteils (6) und/oder zur Positionsbestimmung eines beschädigten Bereichs und
-eine zweite Sensoreinrichtung (12) mit einem Ultraschallsensor (8) zur Detektierung der Kontur eines Hohlraumes (16) in dem Bauteil (6) und/oder zur Ermittlung einer Wandstärke des beschädigten Bereichs und/oder zur Ermittlung der Wandstärke nach einer Reparatur des beschädigten Bereichs vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
-an dem Koordinatenmessarm (2) eine dritte Sensoreinrich tung (13) mit einem Weißlichtinterferometer (9) und/oder einem Laser-Triangulationssensor vorgesehen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das -eine Verarbeitungseinrichtung (1) zur Verarbeitung der ermittelten Messwerte und ein Assistenzsystem mit einer Anzeigeeinrichtung (4) zur Anzeige der weiterverarbeiteten Messwerte vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das -die Verarbeitungseinrichtung (1) und/oder das Assistenz System eine Speichereinheit (15) zur Ablage der ermittel ten und weiterverarbeiteten Messwerte aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, das -in der Speichereinheit (15) bauteilbezogene Kenngrößen und/oder Reparaturvorgaben abgelegt sind, und -auf der Anzeigeeinrichtung (4) in Abhängigkeit von den ermittelten Messwerten und unter Berücksichtigung der bauteilbezogenen Kenngrößen und/oder Reparaturvorgaben erzeugte Handlungsanweisungen anzeigbar sind.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass
-die erste und/oder zweite und/oder dritte Sensoreinrichtung (11,12,13) durch die Verarbeitungseinrichtung (1) und/oder das Assistenzsystem ansteuerbar sind.
6. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
-eine Spanneinrichtung (5) vorgesehen ist, in welcher das Bauteil (6) festlegbar ist, und
-eine vierte Sensoreinrichtung (14) vorgesehen ist, welche die Position des Bauteils (6) gegenüber der Spanneinrichtung (5) oder gegenüber einem Referenzpunkt oder Referenzkoordinatensystem detektiert .
7. Verfahren zur Schadensvermessung eines hohlen Flugzeugoder Gasturbinen-Bauteils (6) mit
-einem Koordinatenmessarm (2) mit
-einer ersten Sensoreinrichtung (11) mit einem Außenkon- tursensor (7) und
-einer zweiten Sensoreinrichtung (12) mit einem Ultraschallsensor (8) ,
dadurch gekennzeichnet, dass
-eine dritte Sensoreinrichtung (13) mit einem Weißlicht- interferometer (9) und/oder einem Laser- Triangulationssensor vorgesehen ist, und
-die Schadensvermessung durch eine Kombination der Mess- werte der ersten, zweiten und dritten Sensoreinrichtung (11,12,13) erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass -die Innenkontur eines Hohlraumes (16) des Bauteils durch den Ultraschallsensor (8) als Referenzkontur detektiert wird, und
-die Außenkontur des Bauteils (6) durch den Außenkon- tursensor (7) detektiert wird, und
-der Schaden durch einen Bezug der detektierten Außenkontur zu der Referenzkontur detektiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass -der relative Sollverlauf der Außenkontur zu der Referenzkontur in einer Speichereinheit (15) abgelegt ist, und
-der Schaden durch einen Vergleich des Istverlaufs der Außenkontur zu der Referenzkontur mit dem relativen Soll- verlauf der Außenkontur zu der Referenzkontur ermittelt wird .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
-ein Assistenzsystem mit einer Anzeigeeinrichtung (4) und einer Speichereinheit (15) vorgesehen ist, und
-in der Speichereinheit (15) ein vorgegebener Prüfablauf gespeichert ist, in dem die detektierten Messwerte mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden, wobei
-das Assistenzsystem in Abhängigkeit von dem Unterschreiten oder Überschreiten der vorgegebenen Grenzwerte durch die Messwerte Handlungsanweisungen auf der Anzeigeeinrichtung (4) zur Unterstützung des Prüfablaufes zur An- zeige bringt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
-die Bauteillage und die Lage von Schäden an dem Bauteil (6) mit der ersten Sensoreinrichtung (11) detektiert wer den, und
-die dritte Sensoreinrichtung (13) durch die von der ers ten Sensoreinrichtung (11) detektierten Messwerte angesteuert wird.
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