Pratt & Whitney

Replikation eines KMG-basierten Inspektionsprozesses

InnovMetric Software bildet einen KMG-basierten Prüfprozess mit einem 3D-Digitalisiersystem und PolyWorks^® nach

Heute verwenden Hersteller in der Automobil- sowie Luft- und Raumfahrtindustrie eine Tastsystem-KMG-Technologie für die Inspektion von Teilen, Gussteilen, Formen usw. Dieses Prüfverfahren hat sich im Laufe der Zeit als bemerkenswert genau und zuverlässig erwiesen. Es hat sich jedoch auch als zeitaufwendig und relativ teuer erwiesen.

Das Aufkommen und die Entwicklung der 3D-Digitalisierungstechnologie hat in letzter Zeit die Tür zu vielen neuen Anwendungen in der Automobil-  sowie Luft- und Raumfahrtindustrie geöffnet. Die neueste bahnbrechende Innovation in der Welt der Inspektion und Qualitätskontrolle ist die Möglichkeit, eine Reihe von Messungen, die traditionell mit verschiedenen Werkzeugen wie physikalischen Messgeräten und KMGs durchgeführt wurden, mit einem 3D-Digitalisierer und einer hochdichten Punktwolken-Inspektionssoftware zu reproduzieren.

Seit dem Jahr 2000 bietet InnovMetric Software PolyWorks|Inspector™ an, eine leistungsstarke Softwarelösung, die Punktwolken mit hoher Dichte zur Qualitätskontrolle von Gussteilen/Kokillen/Formen und zur Freigabe von Fertigungsprozessen durch die Prüfung von Prototypen, Erstmustern, gefertigten und montierten Teilen verwendet. PolyWorks|Inspector bietet ein komplettes Toolset für den Vergleich von Formen und Profilen (Teil-zu-Teil und Teil-zu-CAD) und umfasst vollständige F&LT-Analysefunktionen sowie eine breite Palette von Soft-Messwerkzeugen (Abstandsmessungen, Radius, Spalt- & Bündigkeitsmessung, Wandstärke, etc.).

Die Herausforderung

InnovMetric wurde vom weltweit führenden Triebwerkshersteller Pratt & Whitney Canada gebeten, eine herkömmliche Teileprüfung mit PolyWorks und einem 3D-Digitalisiersystem anstelle einer herkömmlichen Koordinatenmessmaschine (KMG) nachzubilden. Die Anwendungsingenieure von InnovMetric führten zusammen mit dem Entwicklungsteam von Pratt & Whitney Canada eine typische Inspektion eines Diffusorrohrs durch, um die Qualität der mit PolyWorks erzielten Ergebnisse zu bewerten und sie mit denen eines KMGs zu vergleichen. Das Experiment zeigte erfolgreich, dass PolyWorks exakte Ergebnisse in einem Bruchteil der Zeit eines regulären taktilen Prozesses liefern kann.

Die Lösung

Für diesen speziellen Test wurde eine typische Inspektion mit der Softwarelösung PolyWorks|Inspector an einem Diffusorrohr durchgeführt (ein Teil in einem Düsentriebwerk, das Druckluft vom Kompressionssystem in die Brennkammer leitet). „PolyWorks fungiert als virtuelles KMG, das Punkte auf der Punktwolke statt auf dem physischen Teil misst. Mit diesem Ansatz können Qualitätskontrollspezialisten Zehntausende von Punkten sammeln und ihre Analyse auf eine reichhaltigere und vollständigere Informationsquelle stützen“, erklärt Marc Soucy, Präsident von InnovMetric Software Inc.

Der Test wurde in den folgenden fünf Schritten durchgeführt:

A) Datenerfassung:

Schritt 1 Erfassung der Daten

Das Diffusorrohr wurde mit einem 3D-Digitalisiersystem digitalisiert. Es wurde eine Punktwolke mit hoher Dichte erstellt, die den Spezialisten für die Qualitätskontrolle eine reichhaltige Informationsquelle bietet.

B) Bearbeitung der Punktwolke mit PolyWorks:

Schritt 2 Erste Ausrichtung und globaler Vergleich

• Die vom Digitalisiersystem erhaltene Punktwolke wird mit einer globalen Best-Fit-Ausrichtungsmethode am CAD-Modell ausgerichtet
• Die Punktwolke und das CAD-Modell werden verglichen, um die Abweichungen zwischen den Punkten und dem CAD-Modell zu ermitteln und einen Pass/Fail-Bericht zu erstellen

Schritt 3 Zweite Ausrichtung

Um die KMG-Ausrichtung zu replizieren, wird eine 3-2-1-Ausrichtung mit spezifischen Merkmalen (Ebene, Vektor und Nullpunkt) durchgeführt, die aus drei Schnitten extrahiert werden.

Schritt 4 Messung und Vergleich

F&LT-Programmiertechniken und Schnittsanalysen werden verwendet, um vierdimensionale Messungen an 16 Schnitten zu erhalten:

• Flächenmessung (aus Schnitten)
• Bugverdrängung (F&LT)
• N-Winkel (F&LT)
• Max. Abweichung (aus Schnitten)

Schritt 5 Erstellung von Berichten

Es wird ein vollständiger Bericht mit Farbansichten, Tabellen und kommentierten Schnappschüssen erstellt. Der Bericht wird dann in verschiedenen Dateiformaten exportiert, darunter ASCII, AVI, Excel, HTML, VRML und Word.

PolyWorks|Inspector reduzierte die Inspektionszeit eines Diffusorrohrs um mehr als 75 %, wobei die Genauigkeit und Präzision eines herkömmlichen KMGs beibehalten wurde!

Die Vorteile

Die wichtigsten Merkmale von PolyWorks für dieses Experiment:

• Schnittanalyse
  
  Der globale Vergleich zwischen digitalisierten Punkten und einer CAD-Oberfläche ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur Visualisierung komplexer Verformungen, die durch Fertigungsprozesse entstehen. In den meisten Fällen reicht eine globale Farbansicht jedoch nicht aus, um ein Teil zu akzeptieren oder abzulehnen, da die Funktion eines Teils im Allgemeinen von einer Liste spezifischer Abmessungen abhängt. Im Fall des Diffusorrohrs ist die Entwicklung der Schnittfläche entlang der Mittellinie des Rohrs die wichtigste Eigenschaft, die darüber entscheidet, ob das Teil akzeptabel ist oder nicht. Viele akzeptable Durchlassrohre könnten unnötigerweise zurückgewiesen werden, wenn eine globale Punkt-zu-CAD-Abweichung das einzige Kriterium wäre, das im Inspektionsprozess berücksichtigt wird.
   
• Form- und Lageanalyse
  
  Ein einzigartiger Aspekt von PolyWorks|Inspector ist sein merkmalsbasierter Messprozess, bei dem jede programmierte Messung ihre eigenen benutzerdefinierten Toleranzen hat. In diesem Projekt werden die F&LT-Werkzeuge von PolyWorks|Inspector verwendet, um Beziehungen zwischen nominalen CAD-Features, den durchzuführenden Messungen und den spezifischen Toleranzen für jede Messung zu definieren. F&LT-Objekte berechnen automatisch die realen Maße der Punktwolke, und es werden intelligente toleranzbasierte Pass/Fail-Berichte erstellt.
   
• Leistungsstarke Makro-Programmiersprache
  
  Die Analyse der mit dem KMG gewonnenen Daten ist in der Regel eine zeitaufwändige Aufgabe. Um die verschiedenen Messungen zu erhalten, werden die Daten in verschiedene Software geladen und andere Vorgänge müssen manuell durchgeführt werden. Jeder Vorgang muss für jedes neue Teil wiederholt werden.
  
  Mit PolyWorks kann eine Reihe von Messungen automatisch mit Hilfe der fortschrittlichen Makro-Programmiersprache durchgeführt werden. Für dieses spezielle Experiment benötigte einer der Anwendungsingenieure von InnovMetric weniger als zwei Tage, um Makros zu entwickeln, die den gesamten Prüfprozess automatisieren. Dadurch konnten die Ingenieure eine komplette Punktwolkeninspektion, von der ersten Ausrichtung bis zur Erstellung vollständiger Berichte, in weniger als 3 Minuten mit nur einem Mausklick durchführen.

Conclusion

Auf der Grundlage der 10 %-Regel sind die vorläufigen Ergebnisse akzeptabel, da die Differenz zwischen den Scannerergebnissen und den KMG-Ergebnissen unter 10 % des Werkstücktoleranzwertes liegt. Zur weiteren Validierung dieser Ergebnisse kann nun ein R&R (Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit) Test durchgeführt werden.