Qualitätskontrolle im großen Stil

Photogrammetrische Inspektion von Großkomponenten an Gasturbinen

  • Siemens Gasturbinenwerk BerlinSiemens Gasturbinenwerk Berlin
  • Siemens Gasturbinenwerk Berlin
  • DPA-Messung mit handgehaltener Digitalkamera
  • Darstellung im Spatial Analyzer CAD-Modell mit Sollgeometrien
  • Beim Anwender gebauter und eingemessener Teilfugenadapter

Gasturbinen mit einer Länge von bis zu 13 Metern, fünf Meter hoch und 400 Tonnen schwer – Komponenten dieser Größenordnung gehören zum Kerngeschäft des Siemens Gasturbinenwerkes in Berlin-Moabit. Die High-Tech-Komponenten sind in Kraftwerken in der ganzen Welt im Einsatz und müssen dort höchste Anforderungen erfüllen. Bei der Produktion der Gasturbinen ist daher exakte Maßgenauigkeit das A und O.

Der Weg zu einem nachhaltigen Energiesystem führt über den elektrischen Strom. Innovative Technologien sind dafür gefragt. Das Siemens-Portfolio an Kraftwerksgasturbinen ist auf die Herausforderungen dieses dynamischen Marktumfelds zugeschnitten. Die Modelle mit einer Kapazität von 4 bis 400 MW erfüllen die hohen Anforderungen eines breiten Anwendungsspektrums und gewährleisten Effizienz, Zuverlässigkeit, Flexibilität und Umweltverträglichkeit, niedrige Life-Cycle-Kosten und eine hohe Rentabilität.
Extrem hohe Verbrennungstemperaturen, große Zentrifugalkräfte sowie Vibrationen und flüchtige Belastungen – die Gasturbinen sind anspruchsvollen Betriebsbedingungen ausgesetzt. Die Stahlbauteile müssen fügetechnisch und mechanisch gleichmäßig bearbeitet werden, um eine maximale Stabilität zu garantieren. Bei der Weiterverarbeitung stellt sich die Frage: Ist an allen zu bearbeitenden Stellen genügend Rohmaterial zum Abtragen vorhanden? Dazu muss der Ist-Zustand mit den CAD-Daten verglichen werden, die mit einer handgehaltenen Digitalkamera als Aufnahmesensor und der vollautomatischen Bildverarbeitungssoftware AICON 3D Studio arbeitet. Die Daten hierfür werden mit Aicons Move Inspect DPA ermittelt, die mit einer handgehaltenen Digitalkamera als Aufnahmesensor arbeitet.

Individualisierte Messung

Zunächst wird das Stahlbauteil an den relevanten Punkten mit individualisierten, kodierten Messmarken und Messadaptern versehen. Mit der Digitalkamera wird das Messobjekt dann aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen, so dass alle relevanten Objektbereiche erfasst sind. Das Arbeiten mit kodierten Marken ermöglicht eine problemlose Automatisierung der Auswertung, da die Position jedes Punktes auf dem Bauteil vorgegeben ist. Jeder Anwender kann diesen Prozess individuell definieren.

Die ermittelten Koordinaten werden automatisiert durch die Software Spatial Analyzer mit dem CAD verglichen, um die grundlegende Qualität des Rohgussbauteils wie z.B. das Aufmaß und die Position von Öffnungen und Flanschen zu kontrollieren. Weiterhin wird die Messung zur Bestimmung der optimalen Bearbeitungsposition verwendet (Teilfugenanriss) – ein enormer Zeit- und Kostenvorteil. Nach der Auswertung überträgt der Mitarbeiter die protokollierten Werte für den Teilfugenanriss auf das Bauteil. Hierzu arbeitet er nach einem von Siemens entwickelten Vorgehen. Mit Hilfe der kodierten Messmarken wird über Bogenschläge und einer tangentialen Linie die Teilfuge angerissen.
Die Berliner nutzen zwei besondere Features der Software: Mit dem Modul „Adapter“ kann der Anwender spezifische Adapter selber herstellen und mit der Software einmessen. Siemens hat eigene Kanten- und Teilfugenadapter entwickelt. Sie sind durch die kodierte Marke am Bauteil positionsgebunden. Das Modul „Code Maker“ ermöglicht dem Anwender außerdem, eigene Messmarken zu erstellen. Jeder spezifische Adapter und jede Messmarke kann gemäß der Aufgabe (z.B. Teilfuge) beschriftet werden. Für jedes Bauteil wird eine individuelle Messanweisung angefertigt. In dieser stehen Informationen über die Aufstellung des Bauteils, die zu verwendenden Zeichnungen, Protokolle und CAD-Modelle und die Position der Messmarken. Die Verwendung von „personifizierten“ Messmarken und Adaptern ermöglicht einen hohen Grad an automatisierter Auswertung.

Eine Lösung mit Zukunft

In der Vergangenheit wurde für die Messaufgabe ein Lasertracker benutzt. Derartige Systeme müssen jedoch während der Messung mindestens fünf Mal umpositioniert werden, um alle relevanten Messpunkte zu erfassen. Die DPA hingegen wird frei in der Hand gehalten, d.h. sie benötigt keine festen Standpunkte und ist unempfindlich gegenüber Vibrationen und Erschütterungen. Ein großer zeitlicher Aufwand, der mit einem Photogrammetriesystem deutlich reduziert wird. Das Messsystem von Aicon hat sich bei Siemens gegen Wettbewerber aus dem Bereich der Photogrammetrie durchgesetzt. Bernhard Gauger (Mitarbeiter im Qualitätsmanagement, Bereich Sondermesstechnik) ist von der technischen Leistung des Systems überzeugt und unterstützt diese Entscheidung: „Wir wollten mit der der Photogrammetrie die konventionellen Messmethoden für die Qualitätskontrolle und das Erstellen der Teilfugenanrisse ersetzen. Unser Ziel war eine höhere Genauigkeit bei reduziertem Arbeitsaufwand. Dieses Ziel haben wir erreicht. Ein weiterer Vorteil: Die Mobilität des Systems ermöglicht Prozessqualifizierungen und Qualitätskontrollen beim Lieferanten vor Ort.“
Aicons DPA ist ein bewährtes System, das seit Jahren erfolgreich für verschiedenste Unternehmen und Messaufgaben im Einsatz ist. Dank des Baukastenprinzips der Move Inspect Technologie kann das System durch Ergänzungen auf die individuellen Messaufgaben eines Unternehmens zugeschnitten werden.

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