WO 002018100144 A1

Beschreibung

PCT/EP2017/081165

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.

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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.

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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 Al grundsätzlich bekannt, zur Rissprüfung eine Sensoreinrichtung mit einer Weißlichtinterferometrie 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

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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 Hohlrauraes 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 Weukontur entspricht. Die Innenkontur kann damit als Referenzkontur zur

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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 µ&igr;&eegr; in Tiefenrichtung und +/- 7 bis 8 µ&tgr;&eegr; 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 Umfangsrichtung und insbesondere die Dicke im Bereich der Schadensstellen 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.

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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-

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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 Ansteuerung 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.

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Ferner wird ein Verfahren zur Schadensvermessung eines hohlen Flugzeug- oder Gasturbinen-Bauteils mit einem Koordinatenmessarm, 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 Weißlichtinterferometer 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 Koordinatenmessarms, 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

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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

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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 Messwertaufnahme 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 Außenkontursensor und einer zweiten Sensoreinrichtung mit einem Ultraschallsensor wird in einem Schritt die Innenkontur des Hohlraumes durch den Ultraschallsensor als Referenzkontur detektiert 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 Koordinatenmessarms, 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-

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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

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Fig. &igr;

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 Koordinatenmessarm 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 Koordinatenmessarm 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.

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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 in der Spanneinrichtung 5 detektiert, wobei alternativ die Lage oder auch Referenzposition des Bauteils mit dem Koordinatenmessarm 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-

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tursensor 7 der ersten Sensoreinrichtung 11 an die Eintrittskante der Schaufel geführt. Anschließend fährt die handhabende Person die Eintrittskante der Schaufel mit dem Außenkontursensor 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

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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 Messwertaufnahme 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 Messkopf 3 angeordnet sein, dass die dritte Sensoreinrichtung 13 während der Bewegung des Koordinatenmessarmes 2 und der Messwertaufnahme 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 Weißlichtinterferometer 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 detektiert 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.

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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 Inspektionsprozess 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 Weißlichtinterferometer 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 µ&tgr;&eegr; in Tiefenrichtung und 7 bis 8 /im (Punktabstand) in Breitenrichtung.

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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 Koordinatenmessarm 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

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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-Messwertaufnahme in einem Flugzeugtriebwerk möglich ist.

Patentansprüche

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Ansprüche :

1. 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,
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

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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 Außenkontursensor (7) und

-einer zweiten Sensoreinrichtung (12) mit einem Ultraschallsensor (8) ,
dadurch gekennzeichnet, dass

-eine dritte Sensoreinrichtung (13) mit einem Weißlichtinterferometer (9) und/oder einem Laser-Triangulationssensor vorgesehen ist, und -die Schadensvermessung durch eine Kombination der Mess-

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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 Außenkontursensor (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 Sollverlauf 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-

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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.