Abheben mit führender Inspektion
MTU Aero Engines setzt auf PolyWorks|Inspector™ zur Optimierung ihrer Prüfprozesse
Wenn man in 30.000 Fuß Höhe mit einer Geschwindigkeit von 550 mph fliegt, versteht man mehr denn je, wie wichtig ein zuverlässiges Triebwerk ist. Die MTU Aero Engines, Deutschlands führender Triebwerkshersteller, nimmt sich Ihre Sicherheit zu Herzen. Die Daimler/Chrysler-Tochter hat strenge Prüfverfahren für jede Phase des Produktentwicklungs-/Herstellungszyklus eingeführt, um die Gesamtqualität ihrer Produkte zu gewährleisten. Um den Umfang ihrer Inspektionsverfahren zu optimieren und zu erweitern, hat sich MTU für PolyWorks|Inspector entschieden, die weltweit führende Softwarelösung für Punktwolkeninspektionen. Entdecken Sie, wie PolyWorks|Inspector die Prüfzeit für Turbinenschaufeln bei MTU um mehr als 85 % reduziert hat und gleichzeitig den Qualitätsingenieuren mehr Informationen über die Qualität der Teile liefert als je zuvor.
Die Herausforderung
MTU – Antrieb der Welt
Die MTU Aero Engines GmbH ist Deutschlands führender Entwickler, Hersteller und Instandhalter von zivilen und militärischen Triebwerksteilen und -baugruppen sowie von Industriegasturbinen.
Das Unternehmen arbeitet mit den weltweit führenden Systemintegratoren und Herstellern zusammen, darunter Pratt & Whitney, General Electric, Rolls-Royce, Snecma, Volvo und FiatAvio.
Die MTU ist bekannt für ihren Hightech-Ansatz rund um ihre Triebwerke. Bei der Entwicklung, Herstellung und Prüfung werden modernste Technologien eingesetzt. „So können wir unseren Kunden die fortschrittlichen Qualitätsprodukte liefern, die sie zu Recht erwarten“, sagt Dr. Karl-Heinz Dusel, Qualitätsingenieur bei MTU.
Die Komplexität eines Düsentriebwerks
Ein Düsentriebwerk besteht aus Hunderten von Komponenten, die alle vor dem Zusammenbau genau geprüft werden müssen. Die bisher bei MTU eingesetzten Prüfverfahren haben sich aufgrund ihrer Langsamkeit und Komplexität als Engpässe im Produktionszyklus erwiesen. Abgesehen von der Geschwindigkeitsbegrenzung haben Prüfgeräte wie Koordinatenmessgeräte (KMG) einen begrenzten Anwendungsbereich und zwingen die Qualitätsingenieure, sich auf bestimmte Merkmale eines Teils zu konzentrieren, wodurch ihnen wertvolle Informationen vorenthalten werden.
Ein Düsentriebwerk wird verwendet, um Flugzeuge vorwärts zu treiben. Um zu starten und durch den Himmel zu fliegen, produziert das Düsentriebwerk eines Flugzeugs Abgase, die aus dem hinteren Teil des Triebwerks herausschießen. Um diese enorme Energie (Schub) zu erzeugen, saugt das Triebwerk mit Hilfe seines Ventilators an der Vorderseite Luft zur Verbrennung an. Der Kompressor verdichtet die Luft und drückt sie in die Verbrennungsanlage. Der Kraftstoff wird eingespritzt und mit der einströmenden Druckluft vermischt, und das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird kontinuierlich verbrannt. Durch die entstehende Hitze dehnt sich das Gas auf ein Vielfaches seines Volumens aus und entweicht in einem energiereichen Strom aus der Brennkammer. Das Gas strömt dann durch die Turbinenschaufeln und versetzt diese in Rotation, wodurch die für den Antrieb des Verdichters und des Gebläses erforderliche Energie erzeugt wird.
Turbinen bestehen aus mehreren Stufen, die jeweils eine Reihe stationärer Leitschaufeln und eine Reihe beweglicher Schaufeln aufweisen. Die rotglühenden Schaufeln müssen stark genug sein, um die Zentrifugalkräfte zu tragen, die durch die Rotation bei hohen Geschwindigkeiten entstehen. Unter solchen Bedingungen sind keine Unvollkommenheiten erlaubt! Jedes Teil muss den strengsten Konstruktionsspezifikationen entsprechen.
Herkömmliche Inspektionsprojekte
Die MTU hat traditionell KMG-basierte Prüfverfahren zur Vermessung der Schaufeln eingesetzt. Dieses Verfahren verlängert die Vorlaufzeit des Herstellungsprozesses erheblich:
- Die Erfassung der KMG-Daten dauert bis zu 80 Minuten pro Schaufel.
- Das Scannen der Schaufel vor Ort ist während des Fertigungsprozesses nicht möglich, so dass MTU die Teile zur Digitalisierungsstation bringen muss.
- Die Anzahl der gemessenen Punkte ist begrenzt (hundert Punkte), was eine globale Oberflächenprüfung unmöglich macht.
- Das Bedienen eines KMG ist eine zeitaufwändige Aufgabe, die eine ständige Überwachung durch hochqualifizierte Techniker erfordert.
- Datenverarbeitung, Messungen, Vergleiche und Berichterstellung sind langwierige Prozesse, für die mehrere Softwarepakete erforderlich sind.
Die Lösung
Die Schallmauer durchbrechen mit PolyWorks|Inspector
Um die Qualität aller Produkte zu gewährleisten, arbeitete MTU eng mit Duwe-3d, einem führenden Anbieter von 3D-Digitalisierungslösungen und Distributor von PolyWorks® in Deutschland, zusammen, um eine maßgeschneiderte Inspektionslösung zu entwickeln, die den strengsten Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie entspricht.
MTU profitiert nun von den zahlreichen Vorteilen, die der Einsatz eines 3D-Laserscannersystems in Verbindung mit PolyWorks im Rahmen der Qualitätskontrolle bietet. Für die Inspektion von Turbinenschaufeln verwendet MTU einen Laserscanner, der an Gelenkarmen montiert ist (FARO GoldArm & ModelMaker von 3DScanners), um die Teile direkt vor Ort zu scannen und alle Merkmale zu erfassen, auch die, die sich in verborgenen Bereichen befinden.
Mit dieser neuen Inspektionstechnik konnte die MTU die Zeit für die Erfassung und Verarbeitung von Punktwolken ihrer Turbinenschaufeln drastisch reduzieren: „Ein großer Vorteil von PolyWorks ist seine Flexibilität, sich an jede Art von Digitalisierungssystem anzupassen“, erklärt Dr. Dusel. „Das gibt uns die Freiheit, zu experimentieren und die Lösung zu finden, die unseren Anforderungen am besten entspricht. Zusätzlich zu dieser großen Zeitersparnis gibt uns die hochdichte Punktwolkeninspektion mit PolyWorks die Möglichkeit, viele neue Messanwendungen zu nutzen.“
Globale Oberflächenprüfung
Vor der Analyse bestimmter Bereiche der Turbinenschaufeln bewertet die MTU weltweit die Qualität des gefertigten Teils, indem sie jeden digitalisierten Punkt mit dem zugrunde liegenden Referenzpunkt (CAD-Objekt) vergleicht. Die Qualitätsingenieure legen die entsprechenden Toleranzen fest, und es wird eine Farbansicht erstellt, die das Ausmaß der Abweichungen veranschaulicht. Diese Technik bietet einen schnellen Überblick über die Gesamtqualität des Teils und ermöglicht es den Fachleuten, sich auf Bereiche außerhalb der vorgegebenen Toleranzen zu konzentrieren, um sie weiter zu analysieren. Herkömmliche KMG-basierte Inspektionsverfahren können den Qualitätsingenieuren keine derart wertvollen Informationen liefern. Die leistungsstarken Vergleichsfunktionen von PolyWorks identifizieren nicht nur die Verformungen eines Teils, sondern helfen den Qualitätsingenieuren auch, die Ursache des Problems während des Fertigungsprozesses zu ermitteln und zu korrigieren.
Die Punkt-zu-CAD-Vergleichstechniken von PolyWorks sind vollständig anpassbar und genauer als jede andere Softwarelösung zur Verarbeitung von Punktwolken auf dem Markt.
Profilanalyse
Die Profile sind die wichtigste Geometrie einer Schaufel, da sie einen direkten Einfluss auf den Gasfluss haben. Die Querschnitte werden zur Berechnung der Aerodynamik der einzelnen Blätter verwendet.
Die Profilanalyse wird mit Hilfe der hochentwickelten Schnittsanalysefunktionen von PolyWorks durchgeführt. Ein Schnitt durch ein Teil ist ein 2D-Profil, das durch Schneiden einer Ebene mit der Oberfläche des Objekts erhalten wird; es ist eine „Scheibe“ des Objekts. Für jede Schicht werden sowohl ein Datenprofil als auch ein Referenzprofil (CAD) erstellt. Um eine genaue Analyse jedes Profils zu erhalten, bietet PolyWorks die Möglichkeit der lokalen Ausrichtung (local best-fit).
Die Farbansichten für Schnitte werden unter Einhaltung der vom Benutzer definierten Toleranzen erstellt. PolyWorks zeigt auch Toleranzbänder zusammen mit den CAD- und Datenprofilen an.
Ein wichtiger Vorteil von PolyWorks ist die Fähigkeit, die „echten“ Abweichungen zu liefern, unabhängig vom Winkel zwischen den Schnitten und der Normalen einer Fläche.
Inspektion an vorderster Front: Virtuelle Messung
PolyWorks bietet einzigartige virtuelle Messmöglichkeiten durch 3D-Messschieber. Bei diesen Werkzeugen handelt es sich um solide Zylinder, die im 3D-Raum positioniert und ausgefahren werden, bis sie auf einen Punkt, ein Dreieck oder eine NURBS-Fläche treffen. In diesem Fall werden Messschieber verwendet, um die genaue Position strategischer Punkte an der „Vorderkante“ der Schaufeln zu bestimmen. Die Eintrittskante ist ein entscheidender Faktor, der die Aerodynamik des Gasstroms beeinflusst.
„PolyWorks bildet typische Prüfverfahren für physikalische Messgeräte virtuell nach“, so Dr. Dusel. „Die Messfunktionen von PolyWorks bieten uns wertvolle Spitzeninformationen in einem Bruchteil der Zeit, die wir für unsere traditionellen physikalischen Messverfahren benötigen, und das bei gleicher Genauigkeit und Präzision.“
Lassen Sie den Autopiloten die Kontrolle übernehmen
„Mit PolyWorks sitzen wir auf dem Pilotensitz“, sagt Dr. Dusel. „Mit PolyWorks können Sie Ihre eigenen Toleranzen definieren und erhalten ein ständiges Feedback zur Überwachung Ihrer Arbeitsabläufe. Mit den fortschrittlichen Makro-Programmiersprachen von PolyWorks können wir komplette Prüfabläufe, vom ersten Abgleich bis zum Abschlussbericht, in wenigen Minuten programmieren. Dann schalten wir den Fahrtenschreiber ein und lassen PolyWorks mit nur einem Mausklick einen kompletten Prüfprozess nach unseren eigenen Vorgaben durchführen.“
Die Vorteile
Die Vorteile der Verwendung von PolyWorks sind:
- Bietet den Qualitätsingenieuren mehr Informationen und reduziert den Zeitaufwand für Datenanalyse, Berechnung usw.
- Erhöht die Anzahl der zu prüfenden Teile, wodurch die Gesamtqualität und Zuverlässigkeit des Produkts noch weiter verbessert wird
- Ermöglicht die Durchführung von Messungen auf globaler Ebene (gesamtes Teil) und nicht nur in bestimmten Bereichen wie bei einem KMG
- Verringerung von Engpässen in den zentralen Prüfzentren und dadurch geringere Ausfallzeiten in der Produktionslinie
„Wir haben die Zeit für die Inspektion unserer Turbinenschaufeln mit PolyWorks|Inspector um mehr als 85 % reduziert, während wir die Genauigkeit und Präzision unserer traditionellen KMG-basierten Inspektionsverfahren beibehalten haben“, sagte Dr. Karl-Heinz Dusel, Qualitätsingenieur bei MTU Aero Space
PolyWorks|Inspector™
PolyWorks|Modeler™