In volo con ispezioni all'avanguardia
MTU Aero Engines si affida a PolyWorks|Inspector™ per ottimizzare i suoi processi di ispezione
Quando si vola a 30.000 piedi ad una velocità di 900 Km/h, va da sé quanto è importante poter contare su un motore a reazione affidabile. MTU Aero Engines, il principale produttore tedesco di motori a reazione, ha a cuore la vostra sicurezza. L'affiliata di Daimler/Chrysler ha stabilito rigorosi processi di ispezione in ciascuna fase del ciclo di sviluppo/produzione per garantire la qualità totale dei suoi prodotti. Per ottimizzare e aumentare la portata delle sue tecniche di ispezione, MTU si è affidata a PolyWorks|Inspector, la soluzione software leader a livello mondiale per l'ispezione con nuvole di punti. Scopri come PolyWorks|Inspector ha ridotto significativamente il tempo di ispezione delle pale delle turbine prodotte da MTU di oltre l'85%, fornendo ai tecnici addetti alla qualità una quantità di informazioni sulla qualità dei pezzi mai vista prima.
La sfida
MTU – Mette il motore al mondo
MTU Aero Engines GmbH è il principale sviluppatore, produttore e fornitore tedesco di servizi di sviluppo per la riparazione di componenti di motori aeronautici civili e militari, gruppi e turbine a gas industriali.
L'azienda è impegnata in collaborazioni costanti con i principali integratori di sistemi e produttori mondiali, tra cui Pratt & Whitney, General Electric, Rolls-Royce, Snecma, Volvo e FiatAvio.
MTU è nota per il suo approccio high-tech a tutto ciò che riguarda i suoi motori. Utilizza tecnologie all'avanguardia in fase di sviluppo, produzione e ispezione. "Questo ci permette di fornire ai nostri clienti i prodotti avanzati di alta qualità che meritano di aspettarsi", spiega Karl-Heinz Dusel, ingegnere addetto alla qualità presso MTU.
La complessità di un motore a reazione
Un motore a reazione è composto da centinaia di elementi che devono essere ispezionati attentamente prima del montaggio. I processi di ispezione che MTU ha tradizionalmente utilizzato hanno dimostrato di causare colli di bottiglia nel ciclo di produzione a causa della lentezza e della complessità delle tecniche utilizzate. Oltre alla limitazione della velocità, le apparecchiature di ispezione, come le macchine di misura a coordinate (CMM), presentano una portata limitata, costringendo così gli ingegneri addetti alla qualità a concentrarsi solo su alcune caratteristiche limitate di un pezzo, privandoli di informazioni preziose.
I motori a reazione vengono utilizzati per la propulsione degli aerei. Per decollare e volare, il motore a reazione di un aereo produce gas di scarico che fuoriescono dalla parte posteriore del motore. Per creare questa enorme energia (spinta), il motore richiama aria per la combustione utilizzando la ventola nella parte anteriore. Il compressore comprime l'aria e la veicola nel combustore. Il carburante viene iniettato e miscelato con l'aria compressa in entrata, e la miscela carburante-aria viene bruciata continuamente. Il calore risultante espande il gas ad un multiplo del suo volume, facendolo fuoriuscire dal combustore in un flusso ad alta energia. Il gas scorre quindi attraverso le pale della turbina, facendole ruotare e producendo l'energia necessaria per azionare il compressore e la ventola.
Le turbine sono costituite da diversi stadi, ciascuno dei quali impiega una fila di palette fisse e una fila di pale mobili. Pur essendo incandescenti, le pale devono essere abbastanza robuste da sopportare i carichi centrifughi dovuti alla rotazione ad alta velocità. In queste condizioni, non sono ammesse imperfezioni! Ogni pezzo deve soddisfare le più severe specifiche di progettazione.
Le turbine sono costituite da diversi stadi, ciascuno dei quali impiega una fila di palette fisse e una fila di pale mobili. Pur essendo incandescenti, le pale devono essere abbastanza robuste da sopportare i carichi centrifughi dovuti alla rotazione ad alta velocità. In queste condizioni, non sono ammesse imperfezioni! Ogni pezzo deve soddisfare le più severe specifiche di progettazione.
Processi di ispezione tradizionali
Per misurare le pale, MTU utilizzava da sempre processi di ispezione con CMM. Questo processo aumenta in modo significativo il tempo di attraversamento del processo di produzione:
- Il processo di acquisizione dei dati della CMM richiede fino a 80 minuti per ciascuna lama.
- La scansione in loco della lama non è possibile durante il processo di produzione e comporta l'obbligo per MTU di portare i pezzi alla stazione di digitalizzazione.
- Il numero di punti misurati è limitato (cento punti), il che rende impossibile l'ispezione globale della superficie.
- L'utilizzo di una CMM è un compito che richiede molto tempo oltre alla supervisione continua di tecnici altamente qualificati.
- L'elaborazione dei dati, le misurazioni, i confronti e la creazione di report sono processi lunghi e richiedono diversi pacchetti software.
La soluzione
Rompere la barriera del suono con PolyWorks|Inspector
Per garantire la qualità di tutti i suoi prodotti, MTU ha lavorato a stretto contatto con Duwe 3d, un fornitore all'avanguardia di soluzioni di digitalizzazione 3D nonché distributore di PolyWorks in Germania, per sviluppare una soluzione di ispezione personalizzata adattata ai più severi requisiti dell'industria aerospaziale.
Ora MTU beneficia dei numerosi vantaggi dell'uso di un sistema laser scanner 3D in combinazione con PolyWorks come parte integrante dei suoi processi di controllo qualità. Per l'ispezione delle pale delle turbine, MTU utilizza uno scanner laser montato su bracci articolati (FARO GoldArm e 3DScanners ModelMaker) per scansionare i pezzi direttamente sul posto e per acquisire tutte le entità geometriche, anche quelle che si trovano in aree nascoste.
Questa nuova tecnica di ispezione ha permesso a MTU di ridurre drasticamente i tempi di acquisizione e di elaborazione delle nuvole di punti delle sue pale di turbina: "Un grande vantaggio di PolyWorks è la sua flessibilità per adattarsi a qualsiasi tipo di sistema di digitalizzazione", spiega Dusel. "Questo ci dà la libertà di sperimentare e di individuare la soluzione che meglio risponde alle nostre esigenze. Oltre a questo notevole risparmio di tempo, l'ispezione delle nuvole di punti ad alta densità con PolyWorks ci dà la possibilità di attuare molte nuove applicazioni di misura".
Ispezione globale delle superfici
Prima di analizzare aree specifiche delle pale della turbina, MTU valuta globalmente la qualità del pezzo prodotto confrontando ogni punto digitalizzato con il suo punto di riferimento sottostante (l'oggetto CAD). I tecnici addetti alla qualità impostano le tolleranze corrispondenti e viene generata una mappa a colori per evidenziare l'entità delle deviazioni. Questa tecnica fornisce una rapida panoramica della qualità complessiva del pezzo e consente agli specialisti di concentrarsi su aree al di fuori delle tolleranze prestabilite per ulteriori analisi. Le tradizionali tecniche di ispezione con CMM non possono fornire informazioni così preziose ai tecnici addetti alla qualità. Oltre a individuare le deformazioni di un pezzo, le potenti capacità di confronto di PolyWorks aiutano anche i tecnici addetti alla qualità ad individuare l'origine del problema lungo il processo di produzione e a correggerlo.
Le tecniche di confronto punto a punto di PolyWorks sono completamente personalizzabili e più accurate di qualsiasi altro software di elaborazione di nuvole di punti presente sul mercato.
Analisi del profilo
I profili sono la geometria più importante di una paletta, dal momento che hanno un impatto diretto sul flusso di gas. Le sezioni trasversali vengono utilizzate per calcolare l'aerodinamica di ogni paletta.
L'analisi del profilo viene eseguita usando le sofisticate capacità di analisi trasversale di PolyWorks. Una sezione trasversale su un pezzo è un profilo 2D ottenuto intersecando un piano con la superficie dell'oggetto; praticamente è una "fetta" dell'oggetto. Per ciascuna fetta vengono creati sia un profilo di dati che un profilo di riferimento (CAD). Per ottenere un'analisi precisa di ciascun profilo, PolyWorks dispone di funzionalità di allineamento locale (best-fit locale).
A seconda delle tolleranze definite dall'utente, vengono generate delle mappe di colori delle sezioni trasversali. PolyWorks mostra anche le bande di tolleranza insieme al profilo CAD e al profilo di dati.
Un importante vantaggio di PolyWorks è la sua capacità di fornire le deviazioni "reali", indipendentemente dall'angolo tra le sezioni trasversali e la normale di una superficie.
Ispezione del bordo d'attacco: Misurazione virtuale
PolyWorks dispone di esclusive funzionalità di misura virtuale mediante calibri 3D. Questi strumenti sono cilindri solidi che vengono posizionati in uno spazio 3D ed estesi fino a raggiungere un punto, un triangolo o una superficie NURBS. In questo caso, i calibri vengono utilizzati per ottenere l'esatta posizione dei punti strategici sul "bordo di attacco" delle palette. Il bordo di attacco è un fattore critico che influenza l'aerodinamica del flusso di gas.
"PolyWorks replica virtualmente i tipici processi di ispezione dei calibri fisici", spiega Dusel. "Le capacità di misura di PolyWorks ci offrono preziose informazioni sul bordo di attacco in una frazione del tempo rispetto al nostro metodo tradizionale di misura fisica, pur mantenendo la stessa accuratezza e precisione".
Lasciar fare al pilota automatico
"Con PolyWorks, siamo al comando", spiega Dusel. "PolyWorks permette di definire le proprie tolleranze e fornisce un riscontro continuo che consente di monitorare le proprie operazioni. Grazie alle funzionalità avanzate del linguaggio di programmazione macro di PolyWorks, siamo in grado di programmare facilmente sequenze di ispezione complete, dal primo allineamento al report finale, in pochi minuti. Quindi attiviamo il pilota automatico e lasciamo che PolyWorks esegua l'intero processo di ispezione con un solo clic del mouse usando le nostre specifiche".
Vantaggi
I vantaggi osservati usando PolyWorks sono:
- Maggiori informazioni ai tecnici addetti alla qualità e riduzione dei tempi di analisi dei dati, calcolo, ecc.
- Aumento del numero di pezzi ispezionati, migliorando ancora di più la qualità e l'affidabilità complessiva del prodotto
- Permette agli utenti di eseguire misure a livello globale (pezzo intero), e non solo in aree specifiche come con una CMM
- Riduce i colli di bottiglia nei centri di ispezione centralizzati, riducendo i tempi di fermo in linea di produzione
"Con PolyWorks|Inspector abbiamo ridotto i tempi di ispezione delle pale della turbina di oltre l'85%, mantenendo l'accuratezza e la precisione ottenute con le nostre tradizionali tecniche di ispezione con CMM", Karl-Heinz Dusel, ingegnere addetto alla qualità presso MTU Aero Space
PolyWorks|Inspector™
PolyWorks|Modeler™