Geomagic Qualify unterstützt Howmet/Alcoa bei der Beschleunigung von Qualitätsprüfprozessen

Schnelle Prüfung

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„Mehr, besser, schneller“ ist höchstwahrscheinlich das Mantra jedes Herstellers, besonders dann, wenn es um die Qualitätsprüfung geht. Howmet, ein Unternehmensbereich von Alcoa, der Kompressoren und Turbinenblätter für Flugzeug-Düsentriebwerke herstellt, ist sich sicher, die Lösung für das „Mehr-schneller-besser“-Dilemma gefunden zu haben. Das Unternehmen hat einen neuen Erstmuster-Prüfprozess implementiert, der einen GOM-Weißlichtscanner mit computergestützter Prüfsoftware von Geomagic kombiniert.

„Diese Kombination gibt uns die Fähigkeit, unsere Untersuchungen bei einer größeren Anzahl von Teilen in kürzerer Zeit durchzuführen,“ erläutert Steve Vanderkooi, ein Engineering Support Manager, der seit 32 Jahren bei Howmet im Bereich Qualitätssicherung arbeitet.

Howmet führt für jedes neue Teil eine Vollprüfung aller Maße durch. Dieser Prozess beinhaltet die Prüfung jedes Features des Teiles sowie dessen Vergleich mit einer vom Kunden zur Verfügung gestellten Zeichnung oder einem 3D-CAD-Modell. Erstmusterprüfungen werden vor der Serienproduktionsfreigabe durchgeführt; oft noch zu einem Zeitpunkt, an dem sich das Teil noch in der Entwicklung befindet. Der neue Prozess ersetzt bei Howmet ein CMM-System durch einen ATOS II-Scanner von GOM, der präzise 3D-Koordinaten für bis zu 1,3 Millionen Punkte in etwa 7 Sekunden erfassen und berechnen kann.
Mehr Analyse in kürzerer Zeit
„Die CMMs, die wir bislang verwendet haben, konnten in der Zeit, in der der ATOS II-Scanner Hunderttausende von Punkten erfasste, nur wenige Punkte scannen,“ fährt Vanderkooi fort, “daher sind wir jetzt in der Lage, gründlichere Prüfungen in wesentlich kürzerer Zeit durchzuführen. Die einfache Anwendung sowohl des Scanners als auch der Geomagic Qualify-Software spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Beschleunigung der Prüfung; außerdem wird die Analyse der Ergebnisse wesentlich leichter.“
Das ATOS II-System digitalisiert ein physisches Bauteil durch die Projektion von Mustern aus einem Weißlichtprojektor auf die Oberfläche des Objekts. Diese Muster werden von zwei Kameras erfasst, die sich an den Seiten des Sensorkopfes befinden. Beim Scannen des Objektes werden die Bereiche, in denen Messungen aufgezeichnet wurden, auf dem Computerbildschirm dargestellt. Das System überwacht die Kalibrierung sowie die Auswirkungen der Umgebung, um auch unter rauen Industriebedingungen eine zuverlässige Messung sicherzustellen. Die Messungen aus dem Scanner werden automatisch in ein gemeinsames Objektkoordinatensystem umgewandelt.
Howmet speichert den gesamten 3D-Datensatz des gescannten Turbinenblattes als eine STL-Datei und importiert diese nach Geomagic Qualify; dort wird sie mit dem CAD-Modell des Objektes verglichen.
Turbinenschaufeln: Eine Herausforderungen
Die Prüfung von Turbinenschaufeln bietet einige einzigartige Herausforderungen, wie z. B. die Analyse der Verdrehung neu hergestellter Blätter im Vergleich zum CAD-Modell. Mit einem CMM-System ist dies sehr schwierig, da die genaue Erfassung der Punkte, die zeigen, ob sich das Blatt innerhalb der erlaubten Toleranz verdreht, vom Bediener abhängt. In vielen Fällen gibt es hierbei nicht genug Punktdaten zur Durchführung eines genauen Vergleiches.
Howmet verwendet zur Automatisierung der Verdrehungsanalyse eine Geomagic Qualify Funktion. Mit dieser Software kann Howmet einen Querschnitt des gescannten Modells an Referenzdaten anpassen und automatisch Statistiken über die Verdrehung des Blattes erzeugen. Für die maximale Rotations- und Verdrehungstoleranz können Beschränkungen eingegeben werden.
Außerdem liefert die Software eine grafische Prüfung für Turbinenblatteigenschaften wie z. B. die Mittellinie des Profils, die maximale Dicke, den Radius der Vorder- und der Hinterkante, die Dicken an den Blattenden und die Sehnenlänge.
“Geomagic hat mit uns zusammengearbeitet, um Qualify neue Funktionalitäten hinzuzufügen, und um uns alle Fragen zu beantworten, die wir bei der Prüfung der Produkte stellten,“ sagte Vanderkooi. “Dadurch gewannen wir das Vertrauen, das Produkt für die gegenwärtigen und zukünftigen Erstmusterprüfungen einzusetzen.“
GD&T-Automatisierung
Außer von der spezifischen Funktionalität zur Turbinenanalyse profitiert Howmet auch von der neuen Automatisierung der Form- und Lagetoleranzen (Geometric Dimension-ing and Tolerancing, GD&T). Viel von dem, was vorher spezielle, selbstgeschriebene Programme und Unternehmensexpertise erforderte, kann jetzt in wenigen Schritten mit Geomagic Qualify durchgeführt werden, so Vanderkooi.
Mit dem neuen Prozess kann mit einem Mausklick ein GD&T-Callout auf dem 3D-Modell angelegt werden. Das Modell mit den Callouts kann interaktiv bearbeitet werden; eine einzelne Ansicht kann viele Callouts haben, die alle bearbeitet werden können. Mit einem einzigen Tastendruck kann eine Bewertung der Callouts der Prüfdaten sowie das Anlegen von Ansichten, Anmerkungen und Ergebnistabellen durchgeführt werden. Die Ergebnisse können als ein einfaches passt/passt nicht Display (grün/rot) oder als eine detaillierte Farbtafel mit unterschiedlichen Varianzebenen dargestellt werden. Alle Prüfdaten werden automatisch in einem grafischen Bericht aufgezeichnet, der in den Formaten HTML, PDF, Microsoft Word oder Excel ausgegeben werden kann.
Schnelle Analyse multipler Teile
Die neuen, durch die computergestützte Prüfung gewonnenen Fähigkeiten kamen für Howmet keine Sekunde zu früh. Das Unternehmen muss sich mehr und mehr den Anforderungen nach besseren Qualitätsprüfungsergebnissen in kürzerer Zeit stellen.
„Die Kunden verlangen zunehmend auf Statistik basierierende Prüfungen, bei denen die Qualifikation nicht auf einem einzigen Teil, sondern auf einer Musterauswahl beruht,“ erläutert Vanderkooi. „Eine Neuteilprüfung würde wesentlich länger dauern, wenn wir nicht die Minimierung der Prüfungszeit erforderliche Automatisierung implementiert hätten.“ Traditionell werden Studien, die auf der Bemusterung von Teilen beruhen, mittels CMM durchgeführt, um für jedes Teil Maße verschiedener Geometrien zu erzeugen. Dies ist ein sehr zeitaufwändiger Prozess, da jedes Teil einzeln gemessen werden muss. Die Daten werden dann typischerweise an ein Analyseprogramm transferiert, dort verarbeitet und anschließend ausgegeben. Vanderkooi ersetzt die CMM-basierten Prozesse durch innerhalb von Geomagic Qualify durchgeführte automatische Trendanalysen. Sobald ein Teil gescannt und ein Bericht gespeichert wurde, generiert die Software automatisch von Howmet definierte Machbarkeitsstudien. Eine Stapelverarbeitung ermöglicht technisch unversierten Benutzern das Sammeln von Daten und die Erstellung von Berichten für eine große Anzahl an Teilen.
Statistische Analysewerkzeuge innerhalb der Software ermöglichen es Howmet, Teile für vordefinierte Faktoren, wie z. B. die Wiederholbarkeit, Änderungen über die Zeit und Abweichungen von Teil zu Teil, miteinander zu vergleichen. „Die Fähigkeit, eine Prüfungsroutine anzulegen und diese automatisch auf nachfolgende Teile anzuwenden, ist für unser Geschäft von höchster Wichtigkeit,“ so Vanderkooi. Für die nahe Zukunft glaubt Vanderkooi, dass die Kombination aus dem ATOS II-Scanner und der Geomagic Qualify Software in jeder Hinsicht positive Auswirkungen auf die Prüfprozesse bei Howmet haben wird; im Moment ist jedoch die Geschwindigkeit entscheidend. „Die Prüfungsgeschwindigkeit ist unsere größte Herausforderung,“ bekräftigt Vanderkooi. „Jeder möchte seine Ergebnisse am liebsten gestern haben. Unser neuer Prozess hilft uns dabei, vollständigere Ergebnisse wesentlich schneller zu liefern.“
Geomagic, Stuttgart
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