WO2022189236A1 - Additives reparatursystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein additives Reparatursystem (1), sowie ein Verfahren zur Ermittlung von Korrekturparametern eines entsprechenden Systems (1). Das additive Reparatursystem (1) umfasst eine Bauplattform (2) mit einem darüber liegenden Bauvolumen (3) und einem von einer Steuerungsvorrichtung (5) gesteuerten Laser-Scanner (4) zum selektiven Laserschmelzen von sukzessive in Schichten in das Bauvolumen (3) eingebrachten pulverförmigem Werkstoff an vorgegebenen Koordinaten. Die Bauplattform (2) weist eine Mehrzahl von Reparaturpositionen (6) mit positions- und lagegenauen Aufnahmen (7) für durch Aufbringen von Material zu reparierende Bauteile (10) auf. Weiterhin ist ein Korrekturmodul (8) zur Transformation von vorgegebenen Reparaturgeometrien (20) für an einzelnen Reparaturpositionen (6) angeordneten Bauteilen (10) anhand für die jeweilige Reparaturposition (6) ermittelte Korrekturparameter, bevor die Reparaturgeometrien (20) an die Steuerungsvorrichtung (5) zur Steuerung des Laser-Scanners (4) übermittelt werden, vorgesehen. Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Ermittlung der Korrekturparameter, wie sie von dem erfindungsgemäßen additiven Reparatursystem (1) verwendet werden.

Description

Additives Reparatur System

Die Erfindung betrifft ein additives Reparatursystem sowie ein Verfahren zur Ermittlung von Korrekturparametern eines ent sprechenden Systems. Im Stand der Technik sind Verfahren und Systeme für die addi tive Fertigung bekannt, bei denen sukzessive aufgebrachte Me tallpulverschichten durch einen gesteuerten Laserstrahl gemäß einem vorgegebenen CAD-Modell selektiv zu einem nach Erstar rung festen Material umgeschmolzen wird („Selektives Laser- schmelzen"; SLM). Nach entsprechender Bearbeitung sämtlicher

Schichten kann das nicht-umgeschmolzene Pulver entfernt werden und es verbleibt ein Metallbauteil, welches nach Bedarf noch nachbearbeitet werden muss oder direkt verwendet werden kann.

Die Technologie des additiven Fertigungsverfahrens mit selek- tivem Laserschmelzen wird auch für Additiv-Reparatur von Bau teilen eingesetzt. Dazu wird mithilfe des beschriebenen Ver fahrens zusätzliches Material auf bereits bestehende Bauteile aufgetragen, um bspw. Fehl- oder Abnutzungsstellen an einem Bauteil auszugleichen. Um entsprechende Reparaturen durchführen zu können, ist die exakte Positionierung oder zumindest exakte Bestimmung der Po sition des zu reparierenden Bauteils auf der Bauplattform des Fertigungssystems zwingend. Gleichzeitig ist eine exakte Ka librierung des Lasersystems gegenüber dem Bauteil bzw. der Bauplattform erforderlich. Nur so kann sichergestellt werden, dass auch tatsächlich das direkt an das zu reparierende Bau teil anliegendes Materialpulver durch einen Laserstrahl umge schmolzen und so mit dem zu reparierenden Bauteil fest verbun den wird. Die Systeme für additive Fertigung müssen insbesondere für die beschrieben Reparaturverfahren aufwendig kalibriert werden. Dazu wird im Stand der Technik u.a. vorschlagen, auf einer Bauplattform des Fertigungssystems an einer vorgegebenen Posi tion einen vorgegebenen Kalibrierungskörper in additiver Fer tigung herzustellen. Nach Fertigstellung wird der so herge stellte und noch auf der Bauplattform befindliche Kalibrie rungskörper unmittelbar vermessen, bspw. durch taktile Mess verfahren. Aus evtl. Abweichung des Kalibrierungskörpers bzw. dessen Lage auf der Bauplattform und den Vorgaben können dann Korrekturwerte für eine evtl. Verschiebung oder Verdrehung der Koordinaten parallel zur Bauplattform ermittelt werden, die unmittelbar von der Steuerungseinheit des Lasers berücksich tigt werden können. Die Korrekturwerte können durch die wie derholte Herstellung des Kalibrierungskörpers unter Berück sichtigung der zuvor ermittelten Korrekturwerte überprüft wer den.

Es hat sich gezeigt, dass bei diesem Verfahren evtl. Verzer rungen im Koordinatensystem des Lasersystems über die Bau plattform häufig nicht festgestellt werden können. Darüber hinaus ist das Kalibrierungsverfahren aufgrund der erforderli chen Herstellung von Kalibrierungskörpern und deren anschlie ßender Vermessung sehr aufwendig und erfordert häufig bis zu zehn Werktage zur Durchführung. Auch sind Ungenauigkeiten bei der Vermessung, die letztendlich zu einer ungenauen Kalibrie rung führen, häufig nicht vollständig zu vermeiden.

Bei gemäß dem Stand der Technik kalibrierten Systemen für ad ditive Fertigungsverfahren ist eine entsprechende additive Re paratur aufgrund der nicht vollständig zu vermeidenden Verzer rungen bei der Ansteuerung des Laserstrahls - wenn überhaupt - regelmäßig nur für ein einzelnes, zentral auf der Bauplattform angeordnetes Bauteil möglich. Eine zeitgleiche Reparatur meh- rerer kleinerer Bauteile, die gemeinsam und voneinander beab- standet auf der Bauplattform angeordnet werden können, ist trotz des hohen Aufwands für die Kalibrierung regelmäßig nicht möglich .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein additives Repa ratursystem sowie ein Verfahren zu dessen Kalibrierung zu schaffen, bei dem die Nachteile aus dem Stand der Technik nicht mehr oder nur noch in vermindertem Umfang auftreten.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein additives Reparatursystem gemäß dem Hauptanspruch sowie ein Verfahren zur Ermittlung von Korrekturparameter eines solchen Reparatursystems gemäß dem nebengeordneten Anspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Demnach betrifft die Erfindung ein additives Reparatursystem umfassend eine Bauplattform mit einem darüber liegenden Bauvo lumen und einem von einer Steuerungsvorrichtung gesteuerten Laser-Scanner zum selektiven Laserschmelzen von sukzessive in Schichten in das Bauvolumen eingebrachten pulverförmigem Werk stoff an vorgegebenen Koordinaten, wobei die Bauplattform eine Mehrzahl von Reparaturpositionen mit positions- und lagege nauen Aufnahmen für durch Aufbringen von Material zu reparie rende Bauteile aufweist und ein Korrekturmodul zur Transforma tion von vorgegebenen Reparaturgeometrien für an einzelnen Re paraturpositionen angeordneten Bauteilen anhand für die jewei lige Reparaturposition ermittelte Korrekturparameter, bevor die Reparaturgeometrien an die Steuerungsvorrichtung zur Steu erung des Laser-Scanners übermittelt werden, vorgesehen ist.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung der Korrekturparameter eines erfindungsgemäßen additiven Repa ratursystems, mit den Schritten: a) Anordnen von einem oder mehreren Messsystemen an einer oder mehreren Reparaturpositionen des Reparatursystems zur Erfassung der an der jeweiligen Reparaturposition einfallenden Laserstrahlen; b) Ansteuerung des Laser-Scanners zum gleichzeitigen oder sukzessiven Anstrahlen jeweils eines oder mehrerer vor gegebenen Punkte der Reparaturposition (en), an denen ein Messsystem angeordnet ist; c) Ermittlung der jeweils lokalen Korrekturparameter über das oder die Messsysteme anhand der erfassten einfal lenden Laserstrahlen; d) Wiederholung der Schritte (a) bis (c) mit veränderter Anordnung des oder der Messsysteme, bis lokale Korrek turparameter für jede Reparaturposition ermittelt sind; und e) Ablegen der Korrekturparameter im Korrekturmodul.

Für eine additive Reparatur eines Bauteils wird aus der Diffe renz von der tatsächlichen Geometrie des beschädigten Bauteils sowie der gewünschten Geometrie nach erfolgtem Materialauftrag eine sog. „Reparaturgeometrie" ermittelt, welche die Geometrie des aufzutragenden Materials widerspiegelt.

Diese Reparaturgeometrie wird bei dem erfindungsgemäßen addi tiven Reparatursystem, welches grundsätzlich nach dem Prinzip der additiven Fertigungsverfahren mit selektivem Laserschmel zen beruht, und folglich einen über eine Steuerungsvorrichtung steuerbaren Laser-Scanner zum selektiven Laserschmelzen von sukzessive in Schichten in ein oberhalb einer Bauplattform be findliches Bauvolumen eingebrachten pulverförmigem Werkstoff an vorgegebenen Koordinaten umfasst, verwendet, um den pulver förmigen Werkstoff an den geeigneten Stellen umzuschmelzen, sodass sich aus dem beschädigten Bauteil und dem hinzugefügten Material nach und nach die gewünschte Geometrie ergibt und das hinzugefügte Material fest mit dem Bauteil verbunden ist. Hierfür ist zwingend erforderlich, dass der Laser-Scanner die Reparaturgeometrie in der korrekten Position und Lage gegen über dem zu reparierenden Bauteil umsetzt.

Bei dem erfindungsgemäßen additiven Reparatursystem weist die Bauplattform eine Mehrzahl von Reparaturpositionen auf, an de nen jeweils eine positions- und lagegenaue Aufnahme für ein zu reparierendes Bauteil vorgesehen ist. Eine Aufnahme ist „posi tions- und lagegenau", wenn durch die Aufnahmen die Position und die Lage bzw. Ausrichtung des an einer Reparaturposition zu Reparaturzwecken anzuordnenden Bauteils vorgegeben ist. Da bei kann eine Aufnahme so ausgebildet sein, dass sich die Po sition und Lage eines darin eingesetzten Bauteils unmittelbar und eindeutig ergibt. Handelt es sich bei einem zu reparieren den Bauteil bspw. um die Turbinenschaufel eines Flugzeugtrieb werks, kann die Aufnahme ein Profil zum passgenauen Umfassen des Schaufelfußes aufweisen, über das die Position und Aus richtung der - in diesem Beispiel - Turbinenschaufel eindeutig und genau festgelegt ist. Alternativ ist es möglich, dass die Aufnahme eine Justierung der Position und Lage eines darin eingesetzten Bauteils zulässt, wobei die Justierung entweder zum Erreichen einer vorgegebenen Position und Lage - deren Einhaltung vorzugsweise durch geeignete Messvorrichtungen überprüft wird - oder aber die tatsächlich eingestellte Jus tierung dem später beschriebenen Korrekturmodul zugeführt und dort bei der Transformation der Reparaturgeometrie entspre chend berücksichtigt wird.

Um bei der additiven Reparatur von Bauteilen an jeder der Re paraturpositionen sicherzustellen, dass das hinzugefügte Mate rial auch tatsächlich passgenau und fest mit dem jeweils zu reparierenden Bauteil an den gewünschten Stellen verbunden wird, sind erfindungsgemäß Korrekturparameter für jede der Re paraturpositionen bestimmt. Zu deren letztendlicher Berück sichtigung werden erfindungsgemäß die vorgegebenen Reparatur geometrien für die einzelnen, an der verschiedenen Reparatur positionen angeordneten Bauteile anhand der für die jeweiligen Reparaturpositionen ermittelten Korrekturparameter transfor miert, bevor dann diese transformierten Reparaturgeometrien an die Steuerungsvorrichtung des Laser-Scanners zur letztendli chen Durchführung der Reparatur übermittelt werden.

Durch die Transformation wird letztendlich das Koordinatensys tem der an dem tatsächlichen zu reparierenden Bauteil an einer Reparaturposition orientierten Reparaturgeometrie in ein Koor dinatensystem überführt, welches mit dem für diese Reparatur position lokalen Koordinatensystem des Laser-Scanners überein stimmt. In anderen Worten wird durch die Transformation si chergestellt, dass eine einen Punkt auf der Oberfläche des re alen Bauteils bezeichnende Koordinate nach erfolgter Transfor mation und Übermittlung an den Laser-Scanner zu einem auf eben diesen Punkt gerichteten Laserstrahl zur Folge hat.

Das Korrekturmodul kann dazu ausgebildet sein, zur Transforma tion die Reparaturgeometrien entsprechend der Korrekturparame ter zu drehen, zu verschieben und/oder zu verzerren. Dabei ist es häufig ausreichend, wenn die Transformation allein in der Ebene parallel zur Bauplattform erfolgt. Da der Materialauf trag auf ein zu reparierendes Bauteil in Richtung senkrecht zur Bauplattform maßgeblich durch die Dicke der einzelnen Pul verschichten bestimmt ist, ergibt sich in eben diese Richtung in der Regel nur äußerst geringe Korrekturmöglichkeiten. Gleichzeitig besteht in eben dieser Richtung aber praktisch nie Korrekturbedarf. Auch hat sich gezeigt, dass es in der Regel ausreicht, für jede Reparaturposition einen Satz an Korrekturparameter zu er mitteln, der dann auf die gesamte Reparaturgeometrie des Bau teils an der entsprechenden Reparaturposition angewendet wird. Indem mehr als eine Reparaturposition auf der Bauplattform vorgesehen sind, ist die maximale Größe für zu reparierende Bauteile regelmäßig so begrenzt, dass ein Satz an Korrekturpa rameter eine ausreichende Genauigkeit für die jeweilige Repa raturposition über das gesamte dort angeordnete Bauteil auf weist. Je nach Größe und Abstand der einzelnen Reparaturposi tionen kann es ausreichend sein, nur für einen Teil der Repa raturpositionen einen Satz an Korrekturparameter zu ermitteln, der dann auch für die jeweils unmittelbar umliegenden Repara turpositionen als Korrekturparameter angewendet wird. In die sem Fall werden also weiterhin für eine Mehrzahl an Reparatur positionen Korrekturparameter ermittelt, die dann aber auch auf weitere Reparaturpositionen angewendet werden, sodass im Ergebnis für sämtliche Reparaturpositionen Korrekturparameter ermittelt sind.

Es ist auch möglich, dass das Korrekturmodul zur räumlichen Interpolation der Korrekturparameter zwischen zwei oder mehr Reparaturpositionen und zur Transformation der Reparaturgeo metrien unter Berücksichtigung der interpolierten Korrekturpa rameter ausgebildet ist. Es können dann für jeden Punkt im Bauvolumen individuelle Korrekturparameter bestimmt werden. Da weiterhin nur die Korrekturparameter an den Reparaturpositio nen ermittelt werden müssen, steigt der Aufwand für die Er mittlung von Korrekturparametern nicht. Durch entsprechende Interpolation zwischen den für die Reparaturposition ermittel ten Korrekturparameter ist es aber dennoch möglich, evtl. Ver zerrungen im Koordinatensystem des Laser-Scanners näherungs weise und regelmäßig mit ausreichender Genauigkeit auszuglei chen. Zu Ermittlung der einzelnen Reparaturparameter kann ein frei an den einzelnen Reparaturpositionen anzuordnendes Messsystem vorgesehen sein, welches bei Anstrahlung eines vorgegebenen Punktes der Reparaturposition durch den Laser-Scanner Korrek turparameter für die jeweilige Reparaturposition ermittelt. Dabei ist bevorzugt, wenn sich das Messsystem positions- und lagegenaue an der Aufnahme der fraglichen Reparaturposition befestigen lässt. Ist das Messsystem an einer Reparaturposi tion angeordnet, kann der Laser-Scanner angesteuert werden, einen oder mehrere vorgegebene Punkte an der Reparaturposition anzustrahlen. Durch Vermessung des tatsächlichen Auftreffpunk- tes und/oder des Einfallswinkels des Laserstrahls für jeden der vorgegebenen Punkte durch das Messsystem können Abweichun gen zwischen vom Laser-Scanner gemäß vorgegebenen Koordinaten angestrahlten Punkt und dem tatsächlichen Punkt, dessen Koor dinaten dem Laser-Scanner übermittelt wurden, ermittelt und daraus geeignete Korrekturparameter abgeleitet werden. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis für sämtliche Reparatur positionen Korrekturparameter vorliegen. Sämtliche Korrektur parameter werden dann im Korrekturmodul abgelegt, wie oben be schrieben, zur Transformation der Reparaturgeometrie verwen det.

Indem für jede Reparaturposition eigene Korrekturparameter er mittelt werden, ist eine für die additive Reparatur von Bau teilen ausreichende Genauigkeit an jeder der Reparaturpositio nen sichergestellt. Da die Transformation der einzelnen Repa raturgeometrien für jede Reparaturposition individuell in ei nem Korrekturmodul durchgeführt wird, welche nicht in der Steuerungsvorrichtung des Laser-Scanners integriert sein muss, ist es möglich, ein bereits bestehendes Systeme für additive Fertigungsverfahren, welches lediglich eine einheitliche Ka librierung für das gesamte Bauvolumen vorsieht, durch Hinzufü- gen eines Korrekturmoduls und der Definition mehrere Repara turpositionen auf der Bauplattform zu einem erfindungsgemäßen System weiterzubilden.

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermitt lung der Korrekturparameter wird auf die vorstehenden Ausfüh rungen verwiesen.

Die Erfindung wird nun anhand einer vorteilhaften Ausführungs form unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bei spielhaft beschrieben. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung eines erfindungsge mäßen additiven Reparatursystems;

Figur 2: eine schematische Darstellung eines erfindungsge mäßen additiven Reparatursystems mit darin einge setzten Turbinenschaufeln;

Figur 3a-d: schematische Darstellungen zur Ermittlung einer Reparaturgeometrie für eine Turbinenschaufel;

Figur 4: schematische Darstellung zur Transformation der Reparaturgeometrie aus Figur 3 gemäß ermittelter Korrekturparameter;

Figur 5: schematische Darstellung zur Ermittlung von Kor rekturparametern; und

Figur 6 schematische Darstellung der Korrekturparameter sämtlicher Reparaturpositionen des Reparatursys tems aus Figuren 1 und 2.

In Figuren 1 und 2 ist ein Beispiel eines erfindungsgemäßen additiven Reparatursystems 1 schematisch dargestellt. Das Re paratursystem 1 ist in diesem Beispiel zur Reparatur von durch Fremdpartikel beschädigte und auf den unbeschädigten Grundbe reich reduzierte Triebwerksschaufeln 10 (vgl. Figur 2) vorge sehen.

Das Reparatursystem 1 umfasst eine Bauplattform 2 als untere Begrenzung eines Bauvolumens 3. Oberhalb der Bauplattform 2 und des Bauvolumens 3 ist ein Laser-Scanner 4 angeordnet, mit dem jeder Punkt im Bauvolumen 3 gezielt angestrahlt werden kann. Zur Steuerung des Laser-Scanners 4 ist eine damit über eine Datenleitung 9 verbundene Steuerungsvorrichtung 5 vorge sehen.

In das Bauvolumen 3 werden nacheinander Schichten von pulver förmigen Werkstoff (nicht dargestellt) eingebracht, die mit hilfe des Laser-Scanners 4 selektiv an für die jeweilige Schicht vorgegebenen Koordinaten umgeschmolzen zu werden.

Insoweit entspricht das System 1 einem aus dem Stand der Tech nik bekannten System für additive Fertigung per selektivem La serschmelzen .

Auf der Bauplattform 2 sind in diesem Ausführungsbeispiel ins gesamt neun Reparaturpositionen 6 vorgesehen. An jeder der Re paraturposition 6 ist jeweils eine Aufnahme 7 vorgesehen, an welchen Triebwerksschaufeln 10 positions- und lagegenau befes tigt werden können (vgl. Figur 2). Dazu weisen die Aufnahmen 7 ein zu den Schaufelfüßen 11 der Triebwerksschaufeln 10 passge naues Profil auf, in welches die Triebwerksschaufeln 10 einge schoben werden können.

Ebenfalls vorgesehen ist ein Korrekturmodul 8, auf dessen Funktionsweise nachfolgend noch näher eingegangen wird. Das Korrekturmodul 8 ist getrennt von der Steuerungsvorrichtung 5 ausgeführt und mit dieser über eine Datenleitung 9 verbunden. Dadurch lässt sich auch ein System für additive Fertigung per selektivem Laserschmelzen gemäß dem Stand der Technik durch Vorsehen von Aufnahmen 7 auf der Bauplattform 2 sowie eines Korrekturmoduls 8 zu einem erfindungsgemäßen additiven Repara tursystem 1, wie es in Figuren 1 und 2 dargestellt ist, wei terbilden .

Die in Figur 2 dargestellten Triebwerksschaufeln 10 sind - wie nachfolgend erläutert - bereits auf ihren jeweiligen nicht-be- schädigten Grundbereich 13 reduziert und mit ihrer Anschluss fläche 14 dem Laser-Scanner 4 zugewandt Mithilfe des erfin dungsgemäßen additiven Reparatursystems 1 werden die Trieb werksschaufeln 10 aufgehend von den Anschlussflächen 14 wieder zu ihrer ursprünglichen Form aufgebaut. Je nach Ausgestaltung des Reparatursystems 1 ist es möglich, dass die einzelnen Triebwerksschaufeln 10 - wie dargestellt - unterschiedlich ausgestaltete Grundbereiche 13 aufweisen. Es kann aber auch vorteilhaft oder je nach Ausgestaltung des Reparatursystems 1 ggf. sogar erforderlich sein, dass die Anschlussflächen 14 sämtlicher Triebwerksschaufeln 10 in einer gemeinsamen Ebene liegen. Unabhängig davon ist für jede der Triebwerksschaufeln 10 eine Reparaturgeometrie 20 zu ermitteln.

Wie in Figur 3 skizziert, wird in einem ersten Schritt eine Triebwerksschaufel 10 mit einer Beschädigung 12 (Figur 3a), die bspw. durch ein im Betrieb auf die Triebwerkschaufel 10 aufgeschlagenes Partikel entstanden sein kann, durch spanende Bearbeitung auf einen unbeschädigten Grundbereich 13 reduziert (Figur 3b), womit sich auch die Anschlussfläche 14 ergibt.

Die so entstandene Formgebung der auf den unbeschädigten Grundbereich 13 reduzierten Schaufel 10, die bspw. durch einen 3D-Scanner erfasst wird, mit einem digitalen Modell 10' der Soll-Form der Triebwerksschaufel 10 (Figur 3c) abgeglichen.

Aus der Differenz der beiden Datensätze ergibt sich dann die Reparaturgeometrie 20 (Figur 3d). Bei dem beschriebenen Abgleich werden sowohl die durch den 3D- Scanner-Daten erfassten Daten als auch die Daten des Modells 10' auf ein gemeinsames vorgegebenes Koordinatensystem 21 be zogen, in dem dann auch die Reparaturgeometrie 20 abgebildet ist. Die Reparaturgeometrie 20 gibt zusammen mit dem Koordina tensystem 21 also nicht nur die Formgebung des hinzuzufügenden Materialteils vor, sondern auch die exakte Position und Aus richtung, an welcher Stelle Material der Triebwerksschaufel 10 hinzuzufügen ist.

Die so für eine Triebwerksschaufel 10 an einer bestimmten Re paraturposition 6 ermittelte Reparaturgeometrie 20 kann an schließend dazu verwendet werden, Material auf die Triebwerks schaufel 10 aufzubringen, um die jeweilige Beschädigung 12 auszugleichen. Allerdings ist durch die einfache Anwendung der Reparaturgeometrie 20 auf eine Reparaturposition 6 durch die Steuerungsvorrichtung 5 nicht sichergestellt, dass der Materi alauftrag tatsächlich passgenau für die Beschädigung 12 er folgt.

Insbesondere da eine Mehrzahl von Reparaturposition 6 über die Bauplattform 2 verteilt sind, ist nicht sichergestellt, dass eine bspw. für einen zentralen Punkt der Bauplattform 2 gemäß dem Stand der Technik durchgeführte Kalibrierung des Laser- Scanners 4 eine ausreichende Genauigkeit auf für die von die sem zentralen Punkt entfernt liegenden Reparaturposition 6 bietet.

In Figur 4 ist beispielhaft schematisch dargestellt, wie die gestrichelt dargestellte Reparaturgeometrie 20 mit dem dazuge hörigen Koordinatensystem 21 bei unmittelbarer Umsetzung durch die Steuerungsvorrichtung 5 selbst bei kalibriertem Laser- Scanner 6 Abweichungen unterliegen kann, die letztendlich in einer fehlerhaften Reparatur münden würden. Auch wenn die Ab weichungen in Figur 4 aus Illustrationszwecken besonders groß sind, können auch bereits kleine Abweichungen zu einer mangel haften Verbindung des zusätzlich aufgebrachten Materials mit der Triebwerksschaufel 10 führen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die jeweiligen Reparaturgeo metrien 20 mit Hilfe von für die jeweilige Reparaturposition 6 ermittelte Korrekturparameter so zu transformieren, dass bei Umsetzung durch die Steuerungsvorrichtung 5 das zur jeweiligen Reparaturgeometrie 20 gehörende Koordinatensystem 21 in die tatsächlich gewünschte Position und Ausrichtung, wie sie durch das Koordinatensystem 21' angedeutet und die letztendlich durch die Aufnahme 7 vorgegeben ist, transformiert wird, womit dann auch die Reparaturgeometrie 20 passgenau zur Beschädigung 12 einer in die Aufnahme 7 eingesetzten Triebwerksschaufel 10 ausgerichtet ist und der Materialauftrag passgenau an der An schlussfläche 14 erfolgt. Die Transformation kann dabei eine Verschiebung, Drehung und/oder Verzerrung des Koordinatensys tems 21 umfassen.

Zur Ermittlung, welche Transformation an einer Reparaturposi tion 6 erforderlich sind - also zur Ermittlung der Korrektur parameter für die entsprechende Reparaturposition 6 - kann ein Messsystem 30, wie es beispielhaft in Figur 5 dargestellt ist. Das Messsystem 30 umfasst einen Fuß 31, mit dem es positions- und lagegenau in die Aufnahme 7 derjenigen Reparaturposition 6 eingesetzt werden kann, für welche die Korrekturparameter zu ermitteln sind. Das Messsystem 30 umfasst im in eine Aufnahme 7 eingesetzten Zustand dem Laser-Scanner 4 zugewandte Licht- Einfallsflächen 32, an denen die Position des Auftreffens ein zelner Laserstrahlen ermittelt werden kann. Die Licht-Ein fallsflächen 32 können bspw. eine Vielzahl an Lichtdetektoren in Matrixanordnung oder aber aus einem Bilderfassungschip (CCD oder CMOS), ggf. mit davor angeordneter Optik, umfassen, um die Position einfallender Laser-Strahlen auf der Licht-Ein fallsfläche 32 zu bestimmen. Für das Messsystem 30 ist ein Muster an Lichtpunkten 33 in demjenigen Koordinatensystem 21 vorgegeben, welches auch den Reparaturgeometrien 20 zugrunde liegt (vgl. Figuren 3 und 4). Zur Ermittlung der Korrekturparameter wird über die Steue rungsvorrichtung 5 der Laser-Scanner angewiesen, eben dieses Muster an Lichtpunkten 33 an der Reparaturposition 6, an der das Messsystem 30 angeordnet ist, abzubilden. Die dabei tat sächlich auf der Lichteintrittsfläche 32 erzeugten Lichtpunkte 33 '' weichen in ihrer Position von den vorgegebenen Positionen der Lichtpunkte 33, erlauben aber die Ermittlung eines zu den tatsächlich erfassten Lichtpunkten 33'' zugehöriges Koordina tensystem 21''. Aus einem Vergleich der Koordinatensysteme 21' und 21'' gemäß Figur 5 lassen sich dann Korrekturparameter ab leiten, die letztendlich eine Transformation des Koordinaten systems 21 aus Figur 4 in das durch die Aufnahme 7 vorgegebene Koordinatensystem 21' gestatten.

Die Ermittlung der Korrekturparameter kann unmittelbar durch das Messsystem 30 durchgeführt werden. Es ist aber auch mög lich, dass die Ermittlung auf Basis der von dem Messsystem 30 zu Verfügung gestellten Information zu den Positionsabweichun gen der tatsächlich erfassten Lichtpunkte 33'' von den ent sprechenden Vorgaben 33 durch eine beliebe anderen Einheit, bspw. auch das Korrekturmodul 8 durchgeführt werden. Wesent lich ist lediglich, dass die ermittelten Korrekturparameter dem Korrekturmodul 8 für Transformationen, wie sie in Zusam menhang mit Figur 4 erläutert wurden, zur Verfügung stehen.

Die in Zusammenhang mit Figur 5 beschriebene Ermittlung von Korrekturparametern kann nacheinander für jede Reparaturposi tion 6 - oder bei ausreichend vorhandenen Messsystemen 30 auch gleichzeitig für alle - Reparaturpositionen 6 durchgeführt werden, wobei sich regelmäßig für jede Reparaturposition 6 an dere Korrekturparameter ergeben, wie dies in Figur 6 angedeu- tet ist, wo die über ein oder mehrere Messsysteme 30 ermittel ten Koordinatensysteme 21'' (gestrichelt) sowie die durch die Aufnahmen 7 an den jeweiligen Reparaturpositionen vorgegebenen Koordinatensysteme 21' schematisch in Draufsicht auf die Bau- plattform 2 dargestellt sind. Die gestrichelt dargestellten

Koordinatensysteme 21'' entsprechen gleichzeitig den Koordina tensystemen 21 der Reparaturgeometrien 20, wenn diese ohne vorherige Transformation durch den Laser-Scanner 4 umgesetzt würden. Die Transformation der Reparaturgeometrien 20 wird für jede Reparaturposition 6 einzeln von dem Korrekturmodul 5 anhand der für die jeweilige Reparaturposition ermittelten Korrektur parameter durchgeführt. Indem diese Transformation getrennt von der eigentlichen Steuerungsvorrichtung 5 des Laser-Scan- ners 4 durchgeführt wird, lassen sich bereits vorhandene Ma schinen für die additive Fertigung oder Reparatur mithilfe von selektiven Laserschmelzen problemlos zu einem erfindungsgemä ßen System weiterbilden. Es ist aber selbstverständlich auch möglich, dass das Korrekturmodul 5 in die Steuerungsvorrich- tung integriert ist.

Claims

Patentansprüche

1. Additives Reparatursystem (1) umfassend eine Bauplattform

(2) mit einem darüber liegenden Bauvolumen (3) und einem von einer Steuerungsvorrichtung (5) gesteuerten Laser-Scan ner (4) zum selektiven Laserschmelzen von sukzessive in Schichten in das Bauvolumen (3) eingebrachten pulverförmi- gem Werkstoff an vorgegebenen Koordinaten, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauplattform (2) eine Mehrzahl von Reparaturpositionen (6) mit positions- und lagegenauen Aufnahmen (7) für durch Aufbringen von Material zu reparierende Bauteile (10) auf weist und ein Korrekturmodul (8) zur Transformation von vorgegebenen Reparaturgeometrien (20) für an einzelnen Re paraturpositionen (6) angeordneten Bauteilen (10) anhand für die jeweilige Reparaturposition (6) ermittelte Korrek turparameter, bevor die Reparaturgeometrien (20) an die Steuerungsvorrichtung (5) zur Steuerung des Laser-Scanners (4) übermittelt werden, vorgesehen ist.

2. Reparatursystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturmodul (8) dazu ausgebildet ist, zur Transfor mation die Reparaturgeometrien (20) entsprechend der Kor rekturparameter zu drehen, zu verschieben und/oder zu ver zerren.

3. Reparatursystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformation auf die Ebene parallel zur Bauplattform (2) beschränkt ist.

4. Reparatursystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturmodul (8) zur räumlichen Interpolation der Korrekturparameter zwischen zwei oder mehr Reparaturpositi onen (6) und zur Transformation der Reparaturgeometrien (20) unter Berücksichtigung der interpolierten Korrekturpa rameter ausgebildet ist.

5. Reparatursystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Aufnahme (7) derart ausgebildet ist, dass sich die Position und Lage eines darin eingesetzten Bau teils (10) unmittelbar und eindeutig ergibt.

6. Reparatursystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Aufnahme (7) derart ausgebildet ist, die Aufnahme eine Justierung der Position und Lage eines darin eingesetzten Bauteils (10) zulässt.

7. Reparatursystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein frei an den einzelnen Reparaturpositionen anzuordnendes Messsystem (30) vorgesehen ist, welches bei Anstrahlung eines vorgegebenen Punktes der Reparaturposi tion (6) durch den Laser-Scanner (4) Korrekturparameter für die jeweilige Reparaturposition (6) ermittelt.

8. Reparatursystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Messsystem (30) positions- und lagegenau mit der Aufnahme (7) an einer Reparaturposition (6) verbindbar ist.

9. Verfahren zur Ermittlung der Korrekturparameter eines addi tiven Reparatursystems (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: a) Anordnen von einem oder mehreren Messsystemen (30) an einer oder mehreren Reparaturpositionen (6) des Repara tursystems (1); b) Ansteuerung des Laser-Scanners (4) zum gleichzeitigen oder sukzessiven Anstrahlen jeweils eines oder mehrerer vorgegebenen Punkte (33) an den Reparaturposition (en) (6), an denen ein Messsystem (30) angeordnet ist; c) Ermittlung der jeweils lokalen Korrekturparameter über das oder die Messsysteme (30) anhand der erfassten ein fallenden Laserstrahlen (33'); d) Wiederholung der Schritte (a) bis (c) mit veränderter Anordnung des oder der Messsysteme (30), bis lokale Korrekturparameter für jede Reparaturposition (6) er mittelt sind; und e) Ablegen der Korrekturparameter im Korrekturmodul (8).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anordnen eines Messsystems (30) an einer Reparaturposi tion (6) die positions- und lagegenaue Anbringung an der Aufnahme (7) der Reparaturposition (6) umfasst.