Wenn Schaufeloberflächen zum Prüfstein werden – 3D-Erfassung mit dem AlphaScan
Wenn Turbinenschaufeln, Verdichterlaufschaufeln oder Leitschaufeln fertigt, kennt die Gratwanderung: Eine Geometrie, die auf wenige Hundertstel genau passen mus
Die Tücken glänzender Konturen: Warum Schaufeln mehr als nur eine Lehre fordern
Schaufeln sind alles andere als ein freundliches Messobjekt. Die konkav gewölbte Druckseite und die konvexe Saugseite gehen in Radien über, die vom Schaufelfuß bis zum Deckband variieren.
Hinzu kommen filigrane Übergänge, Kühlbohrungen und oft eine Oberflächenrauheit, die im Fertigungsprozess gezielt eingestellt wird, aber bei der optischen Messung für Streulicht und unerwünschte Reflexe sorgt.
Herkömmliche taktile Methoden – ob Lehren, Koordinatenmessgeräte oder Profilprojektoren – liefern zwar punktuelle Genauigkeiten, stoßen jedoch an ihre Grenzen, wenn die gesamte Freiformfläche in kurzer Taktzeit zu charakterisieren ist.
Validierungscheckliste für den Einsatz
| Schwerpunkt | Entscheidungspunkt | Umsetzungshinweis |
|---|---|---|
| Bauteilbezug | Größe, Oberfläche und Toleranzen mit der Scanaufgabe abgleichen | Mit einem typischen Teil einen vollständigen Testlauf durchführen |
| Datenfluss | Prüfen, ob Punktwolke, Abweichungskarte und Bericht in den QS-Prozess passen | Exportformat und Freigabeverantwortung vorab klären |
| Einsatz vor Ort | Schulung, Kalibrierung, Lichtverhältnisse und Arbeitsraum bewerten | Die Ergebnisse als Standard für Serienprüfungen dokumentieren |
Eine Lehre kann nur binär prüfen, ob das Profil innerhalb der Toleranz liegt, nicht aber die flächenhafte Abweichung quantifizieren.
Ein KM G hingegen tastet die Schaufel Punkt für Punkt ab, was bei einer komplexen 3D-Kontur schnell zu langen Messzyklen führt und die Gefahr birgt, die dünnwandige Hinterkante mechanisch zu verformen.
Szenarioüberblick
Der Artikel lässt sich praktisch über dieses Szenario lesen:
- Die Tücken glänzender Konturen: Warum Schaufeln meh…: Schaufeln sind alles andere als ein freundliches Messobjekt.
- AlphaScan im Einsatz: Handgehaltene 3D-Erfassung di…: Der AlphaScan ist als handgeführter Scanner konzipiert und lässt sich dadurch unmittelbar in die Fertigungsumgebun…
- Vom Punktewolke zum Prüfbericht: Datenausgabe und S…: Die erfasste Punktewolke ist erst der Rohdiamant.
Die berührungslose 3D-Prüfung von Schaufeloberflächen muss diese physikalischen Hürden überwinden. Spiegelnde Oberflächen lassen das projizierte Streifenmuster oft unkontrolliert reflektieren, sodass die Kamera kein auswertbares Signal empfängt.
Genau hier zeigt der AlphaScan seine Stärke: Das System arbeitet mit einer hochdynamischen Belichtungssteuerung und einer intelligenten Algorithmik, die auch bei schwierigen Reflexionswinkeln die Streifen auch auf Nickelbasis-Legierungen und Wärmedämmschichten stabil erkennt.
Die blaue Laserlichtquelle wird automatisch an die Oberflächeneigenschaften angepasst, sodass selbst spiegelnde Partien und scharf auslaufende Kanten in einem Scanvorgang erfasst werden.
So entsteht eine dichte, rauscharme Punktwolke, die das gesamte Schaufelblatt mit allen Übergängen und Radien abbildet – ohne dass der Bediener manuell nachstellen oder die Oberfläche vorbehandeln muss.
AlphaScan im Einsatz: Handgehaltene 3D-Erfassung direkt in der Fertigung
Der AlphaScan ist als handgeführter Scanner konzipiert und lässt sich dadurch unmittelbar in die Fertigungsumgebung integrieren – sei es in der Gießerei, in der spanenden Bearbeitung oder in der Endkontrolle.
Der Prüfablauf gestaltet sich denkbar einfach: Der Werker nimmt den Scanner zur Hand, richtet ihn auf die Schaufel und beginnt mit der freihändigen Bewegung um das Bauteil.
Ein Live-Vorschaubild auf dem angeschlossenen Monitor zeigt in Echtzeit, welche Bereiche bereits erfasst wurden, sodass fehlende Stellen sofort ergänzt werden können. Weil die Schaufel nicht fixiert werden muss, entfällt der zeitaufwändige Bau von speziellen Aufspannvorrichtungen;
eine einfache Halterung, die das Bauteil sicher positioniert, genügt.
Im praktischen Ablauf einer Schaufelprüfung wird der Scanner zunächst über die gesamte Druck- und Saugseite geführt, wobei die Vorderkante und die Hinterkante besonders sorgfältig abgefahren werden.
Die Software fusioniert die Einzelaufnahmen in Echtzeit zu einem geschlossenen 3D-Modell und gleicht es automatisch mit dem hinterlegten CAD-Sollmodell ab. Auch bei dünnen, federnden Kanten, wie sie an Turbinenschaufeln vorkommen, greift der AlphaScan berührungslos, sodass keine messbedingte Verformung auftritt.
Ein typischer Scanvorgang für eine mittelgroße Verdichterschaufel dauert nur wenige Minuten und liefert mehrere Millionen Messpunkte, die das gesamte Profil mit all seinen lokalen Eigenheiten abbilden.
Die Bedienerführung ist so ausgelegt, dass auch Anwender ohne tiefgehende Messtechnikkenntnisse reproduzierbare Ergebnisse erzielen – ein entscheidender Vorteil, wenn die 3D-Prüfung von Schaufeloberflächen im Schichtbetrieb laufen soll.
Vom Punktewolke zum Prüfbericht: Datenausgabe und Soll-Ist-Vergleich
Die erfasste Punktewolke ist erst der Rohdiamant. Die eigentliche Wertschöpfung entsteht in der nachgelagerten Auswertung, die der AlphaScan direkt in seiner Softwareumgebung ermöglicht. Nach der Aufnahme wird das digitalisierte Schaufelmodell automatisch am CAD-Sollmodell ausgerichtet;
eine Best-Fit- oder eine referenzpunktbasierte Registrierung steht je nach Prüfaufgabe zur Verfügung. Anschließend berechnet die Software einen flächigen Soll-Ist-Vergleich und visualisiert die Abweichungen in einer farbcodierten Darstellung.
Auf einen Blick erkennt der Prüfer, ob die Druckseite im Bereich der maximalen Profildicke innerhalb der zulässigen Formtoleranz liegt oder ob die Hinterkante zu weit ausläuft.
Zusätzlich lassen sich Profilschnitte an beliebigen Positionen entlang der Schaufelachse extrahieren und mit den Nominalprofilen vergleichen – eine klassische Anforderung aus der Turbomaschinenfertigung, die der AlphaScan ohne Umweg über Drittsysteme erfüllt.
Die Datenausgabe erfolgt in gängigen Formaten, sodass die Messergebnisse direkt in bestehende Prüfprotokolle oder in die statistische Prozesskontrolle einfließen können.
Ein automatisierter Prüfbericht fasst die Grenzabweichungen, die Prozesstauglichkeit und bei Bedarf auch die Wandstärke an kritischen Stellen zusammen.
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