Teilprojekt C2 Schnelle Prüfung komplexer Geometrien

In Teilprojekt C2 wird die Entwicklung starrendoskopischer Streifenprojektionssensoren erforscht. Die Messsysteme sollen eine exakte Geometrieerfassung schwer zugänglicher Bauteile, sowie die geometrische Prüfung in beengten Bauräumen ermöglichen. Hierbei wird speziell an der Analyse von komplexen Flugtriebwerksbauteilen wie Turbinenschaufeln geforscht.

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.


VERÖFFENTLICHUNGEN

  • Matthias, S.; Schlobohm, J.; Kästner, M.; Reithmeier, E. (2017) Fringe projection profilometry using rigid and flexible endoscopestm - Technisches Messen 84 (2)
    DOI: 10.1515/teme-2016-0054
  • Pösch A.; Schlobohm, J.; Matthias, S.; Reithmeier, E. (2016) Rigid and flexible endoscopes for three dimensional measurement of inside machine parts using fringe projectionOptics and Lasers in Engineering 2016
    DOI: 10.1016/j.optlaseng.2016.05.023
  • Schlobohm J.; Bruchwald, O.; Frackowiak, W.; Li, Y.; Kästner, M.; Pösch, A.; Reimche, W.; Reithmeier, E.; Maier, H. J. (2016) Turbine blade wear and damage – An overview of advanced characterization techniquesMaterials Testing 58 (5), S. 389–394
    DOI: 10.3139/120.110872
  • Schlobohm J.; Pösch, A.; Reithmeier, E.; Rosenhahn, B. (2016) Improving contour based pose estimation for fast 3D measurement of free form objectsMeasurement 92 (92), S. 79–82
    DOI: 10.1016/j.measurement.2016.05.093
  • Schlobohm, J.; Li, Y.; Pösch, A.; Kästner, M.; Reithmeier, E. (2016) Multiscale measurement of air foils with data fusion of three optical inspection systemsIn: CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology 2016
    DOI: 10.1016/j.cirpj.2016.07.006
  • Schlobohm, J.; Pösch, A.; Reithmeier, E. (2016) A Raspberry Pi Based Portable Endoscopic 3D Measurement SystemIn: Electronics 5 (3), S. 43
    DOI: 10.3390/electronics5030043
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