Motivation und Zielsetzung
Für die Wartung eines Flugtriebwerkes, insbesondere die Inspektion der Turbinenschaufeln einer Blisk, werden die Triebwerke teilzerlegt und mit flexiblen Video-Endoskopen analysiert. Diese subjektive Sichtprüfung erfolgt durch speziell geschulte Mitarbeiter. Um neben der persönlichen Beurteilung durch den Mitarbeiter eine quantitative Analyse einer Blisk zu ermöglichen, wird an einem hochpräzisen Miniatur-3D-Messsystem auf Basis des Streifenprojektionsverfahrens geforscht. Umgesetzt wird dieser Sensor über ein Boroskop, welches mit einer Chip-on-the-Tip Kamera ausgestattet ist. In Kombination mit einer hochgenauen Aktorik und speziell entwickelten Kalibrier- und Stichingverfahren, sollen vollständige und automatisierte 3D-Messungen erfolgen. Mit diesem System soll eine präzise quantitative Qualitätskontrolle ermöglicht werden, um somit die Sicherheit der Triebwerksprüfung zu steigern und effizienter zu gestalten.
Ergebnisse
In der dritten Förderperiode steht die Frage im Mittelpunkt, inwieweit die Messunsicherheit bei endoskopischen Streifenprojektionssensoren im Vorfeld der Messung vorhergesagt werden können. Mit dieser zusätzlichen Information soll eine detaillierte Planung der Messstrategie erfolgen. Hierbei soll besonders die Artefaktbildung, verursacht durch Multirefelxionen des Messlichts am Werkstück, mittels einer intelligenten Messposenplanung vermieden werden. Im weiteren Verlauf der dritten Förderperiode soll der Streifenprojektionssensor als Werkzeug in eine Werkzeugmaschine eingebunden werden. Mit hochpräzisen Aktoren und Messsystemen wird die automatisierte Erzeugung eines „digitalen Zwillings“ des realen Werkstücks ermöglicht. Ein digitaler Zwilling kann für jedes individuelle Bauteil den Bearbeitungsfortschritt, sowie die Ist- und Sollgeometrie abbilden. Zum Abschluss des Projektes soll mit Hilfe der gesammelten Erfahrungen ein nochmals stärker miniaturisiertes Messsystem zum Einsatz im Flugtriebwerk entwickelt werden.
Video: Dies ist ein Prototypen-Sensor, der während der zweiten Förderperiode entwickelt wurde. Mit diesem kann die vollständige Geometrie einer demontierten Turbinenschaufel autonom aufgenommen werden.
Aktuelle Arbeiten und Ausblick
Zum Abschluss des Projektes in der laufenden dritten Förderperiode des SFB soll die entwickelte Methodik an einem realen Triebwerk validiert werden. Zu diesem Zweck werden in zwei Messkampagnen definierte Defekte in ein Triebwerk eingebracht und der Abgasstrahl mit tomographischem BOS rekonstruiert. Der Einfluss der Defekte auf den Abgasstrahl wird durch einen Vergleich mit Messungen des Triebwerks im Referenzfall (ohne eingebrachten Defekt) untersucht. Zusätzlich wird der Einfluss der Defekte auf den Abgasstrahl mit einem numerischen Modell vorhergesagt und mit den Ergebnissen der Messungen validiert. Nach dieser erfolgreichen Validierung ist es dann möglich, den Einfluss weiterer Defekte auf den Abgasstrahl numerisch vorherzusagen und so eine Datenbank mit möglichen Schadensfällen aufzubauen. Ein Triebwerk mit einem unbekannten Zustand kann dann später optisch vermessen werden und die Ergebnisse der Messungen mit Hilfe von Mustererkennungsalgorithmen mit der Schadensdatenbank verglichen werden. Somit können Defekte in Triebwerken berührungslos, vor der Demontage detektiert werden.
Verantwortliches Institut
Das Projekt wird verantwortet durch das Institut für Mess- und Regelungstechnik.
Teilprojektleiter
Veröffentlichungen
Internationale wissenschaftliche Beiträge in Fachzeitschriften, begutachtet
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(2017): Fringe projection profilometry using rigid and flexible endoscopes, tm - Technisches Messen 84 (2)
DOI: 10.1515/teme-2016-0054 -
(2016): Rigid and flexible endoscopes for three dimensional measurement of inside machine parts using fringe projection, Optics and Lasers in Engineering 2016
DOI: 10.1016/j.optlaseng.2016.05.023 -
(2016): Turbine blade wear and damage – An overview of advanced characterization techniques, Materials Testing 58 (5), S. 389–394
DOI: 10.3139/120.110872 -
(2016): Improving contour based pose estimation for fast 3D measurement of free form objects, Measurement 92 (92), S. 79–82
DOI: 10.1016/j.measurement.2016.05.093 -
(2016): Multiscale measurement of air foils with data fusion of three optical inspection systems, In: CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology 2016
DOI: 10.1016/j.cirpj.2016.07.006 -
(2016): A Raspberry Pi Based Portable Endoscopic 3D Measurement System, In: Electronics 5 (3), S. 43
DOI: 10.3390/electronics5030043
Internationale wissenschaftliche Beiträge in Fachzeitschriften, nicht begutachtet
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(2014): Fringe projection measurement of highly specular objects in presence of multi-reflection, Computational vision and medical image processing IV. London: 2014 Taylor & Francis Group, London, S. 127–131
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(2013): Fast Detection of Geometric Defects on Free-Form Surfaces Using Inverse Fringe Projection, The Journal of the CMSC 2013, S. 10–14
Internationale Konferenzbeiträge, begutachtet
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(2018): Near-Wing Multi-Sensor Diagnostics of Jet Engine Components, ASME Turbo Expo 2018: Turbomachinery Technical Conference and Exposition; Oslo, Norway, June 11–15, 2018
DOI: 10.1115/GT2018-76793 -
(2017): Advanced Characterization Techniques for Turbine Blade Wear and Damage, Procedia CIRP Bd. 59: ELSEVIER, S. 83–88
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(2014): Multiscale Optical Inspection Systems for the Regeneration of Complex Capital Goods, Procedia CIRPProceedings of the 3rd International Conference in Through-life Engineering Services, Bd. 22: ELSEVIER, S. 243–248
DOI: 10.1016/j.procir.2014.07.019
Internationale Konferenzbeiträge, nicht begutachtet
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(2015): A rigid borescopic fringe projection system for 3D measurement for hard to access areas and limited space - Viboscop, CMSC 2015. Coordinate Metrology Society. Miami, FL, USA, 21.08.2015.
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(2014): Endoskopische 3D-Messtechnik, DGaO Proceedings 2014 (5)
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(2014): On the development of a low-cost rigid borescopic fringe projection system, Front Matter: Volume 9450: SPIE digital library
DOI: 10.1117/12.2067310 -
(2012): Using Inverse Fringe Projection to Speed Up the Detection of Local and Global Geometry Defects on Free Form Surfaces, Proceedings of SPIE, Vol. 8500
DOI: 10.1117/12.928700
ISBN: 9780819492173 -
(2010): Virtual Inverse Fringe Projection, CMSC 2010. CMSC. Reno, Nevada, USA, 01.01.2010
Nationale Konferenzbeiträge, nicht begutachtet
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(2013): Assessment of used turbine blades on and beneath the surface for product regeneration. Generation of a damage model based on reflection, geometry measurement and thermography, CLEO 2013, 16.5.2013 München
Dissertationen
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(2014): Fast detection and analysis of geometry defects on free form surfaces using model-based inverse fringe projection, 2014. Garbsen: TEWISS - Technik und Wissen GmbH (Berichte aus dem imr, 04/2014)
ISBN: 978-3-94458-691-5
