3D-Messung von länglichen Ausnehmungen, insbesondere Nuten Die Erfindung betrifft eine 3D-Messvorrichtung und ein Verfahren zur dreidimensionalen Erfassung von länglichen Ausnehmungen, insbesondere Nuten, insbesondere Rotornuten.

Bei Servicearbeiten ist eine optische Inspektion und 3D- Vermessung von länglichen Ausnehmungen, insbesondere Nuten, insbesondere von Gasturbinenrotornuten, erforderlich, wobei insbesondere gerade Nutenverläufe sichergestellt werden müs ^¬ sen. Nuten unterliegen im laufenden Betrieb einer Abnutzung und Verformung, was dazu führen kann, dass sich der Sitz von Turbinenschaufeln lockert und im Extremfall eine Turbine zer ^¬ stört wird.

Herkömmlicher Weise wird ein Teilabdruck von länglichen Ausnehmungen, insbesondere Nuten mittels Zahnabdruckmasse genom- men und im Anschluss mittels Profilprojektoren vermessen.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine 3D-Messvorrichtung und ein Verfahren zur dreidimensionalen Erfassung von länglichen Ausnehmungen, insbesondere Nuten, insbesondere Rotornuten, der- art bereit zu stellen, dass eine Inspektion und eine dreidi ^¬ mensionale (3D-) Vermessung von länglichen Ausnehmungen, insbesondere Nuten, insbesondere deren geraden Verläufe, ein ^¬ fach, wirksam, sicher, wiederholbar und zuverlässig ausführbar ist.

Eine Ausnehmung ist insbesondere ein räumlicher Bereich eines Materialkörpers, in dem kein Material des Körpers vorhanden ist . Die Aufgabe wird durch eine 3D-Messvorrichtung gemäß dem Hauptanspruch und ein 3D-Messverfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst. Gemäß einem ersten Aspekt wird eine 3D-Messvorrichtung zur dreidimensionalen Erfassung von länglichen Ausnehmungen, insbesondere Nuten, insbesondere Rotornuten, vorgeschlagen, wobei ein Aufbau zur Positionierung und Befestigung an einer Nut eines Körpers, insbesondere eines Rotors und ein mit dem Aufbau verbindbarer und zur Nut ausrichtbarer 3D-Messkopf zur jeweiligen 3D-Oberflächenmessung der Nut verwendet werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur dreidimen- sionalen Erfassung von länglichen Ausnehmungen, insbesondere Nuten, insbesondere Rotornuten, vorgeschlagen, wobei ein Positionieren und Befestigen eines Aufbaus an einer Nut eines Körpers, insbesondere eines Rotors, vorgeschlagen werden, wo ^¬ bei mit dem Aufbau ein 3D-Messkopf verbunden und zu der Nut zu der jeweiligen 3D-Oberflächenvermessung ausgerichtet ist und ein dreidimensionales Abtasten der Oberfläche der Nut mittels linearen Führens des 3D-Messkopfes entlang der Längs ^¬ achse der Nut ausgeführt werden. Die erfindungsgemäße 3D-Messvorrichtung zur Vermessung von länglichen Ausnehmungen, insbesondere Nuten beispielsweise von Gasturbinen beruht auf einer Kombination eines 3D- Scankopfes, der ebenso als 3D-Messkopf bezeichnet werden kann, mit einem Aufbau, der ebenso als Werkzeugplattform be- zeichnet werden kann.

Mittels der Erfindung kann vorteilhaft ein Messvorgang schnell automatisiert ausgeführt werden, wobei eine Nut bei ^¬ spielsweise innerhalb einer Minute vermessen werden kann. Weiterhin kann eine Vermessung einer kompletten Nutoberfläche entlang der vollständigen Nutlänge ausgeführt werden. Eine hochgenaue Vermessung insbesondere in einem Bereich bis zu 20ym ist möglich. Ein Verschleiß und eine Verformung von länglichen Ausnehmungen, insbesondere Nuten kann digitali- siert und einfach dokumentiert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Rechnereinrichtung zur Verarbeitung und 3D-Rekonstruktion der mittels des 3D-Messkopfes erzeugten 3D-Daten der Nut zu einem 3D- Modell der Nut bereitgestellt sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Rechnereinrichtung zur Analyse der 3D-Messdaten mittels Vergleichen des 3D-Modells mit einem Computer-Admitted-Design- Modell der Nut geschaffen sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Positionieren und Befestigen eines Aufbaus an einer Nut eines Körpers, insbesondere eines Rotors, ein Verbinden und Aus- richten eines 3D-Messkopfes an den Aufbau zur jeweiligen SD- Oberflächenvermessung der Nut und ein dreidimensionales Abtasten der Oberfläche der Nut mittels linearen Führens des 3D-Messkopfes entlang der Längsachse der Nut ausgeführt wer ^¬ den .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mittels einer Rechnereinrichtung ein Verarbeiten und 3D-Rekonstruie- ren der mittels des 3D-Messkopfes erzeugten 3D-Daten zu einem 3D-Modell der Nut ausgeführt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mittels der Rechnereinrichtung eine Analyse der 3D-Messdaten mittels Vergleichen des 3D-Modells mit einem CAD-Modell der Nut aus ^¬ geführt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mittels der Rechnereinrichtung ein Anzeigen von Modellen der Nut insbesondere an einem Bildschirm ausgeführt werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Lösen des Aufbaus zusammen mit dem 3D-Messkopf von der Nut und ein Positionieren und Befestigen an einer weiteren Nut ausgeführt werden. Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine mögliche Ausgestaltung des 3D-Messkopfes als die eines sogenannten mehrdirektionalen Ein-Chip- TriangulationsSystems ;

Fig. 2 eine Ausgestaltung einer Werkzeugplattform;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen 3D

Mess orrichtung,·

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Verfahrens;

Fig. 5 eine Darstellung zu einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer 3D- MessVorrichtung;

Fig. 7 eine Anzeige einer Rechnereinrichtung. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines 3D-Messkopfes 3. Dabei ist der 3D-Messkopf 3, der ebenso als 3D-Scankopf be ^¬ zeichnet werden kann, mit einer Linearführung ausgestaltet. Fig. 1 zeigt den 3D-Messkopf 3 zur mittels Triangulation aus ^¬ geführten 3D-Messung eines, insbesondere eine Ausnehmung auf- weisenden, Objektes, insbesondere einer Nut, einer Spalte oder einer Röhre, wobei zwischen einer einzigen Erfassungseinrichtung und dem Objekt eine eine Mehrzahl getrennter optische Wege erzeugende optischen Einrichtung positioniert ist, die ein einziges ohne optische Einrichtung ursprüngli- ches Sichtfeld der Erfassungseinrichtung in eine Mehrzahl von Untersichtfeldern aufteilt und die einzige Erfassungseinrichtung die Untersichtfelder getrennt erfasst. Eine Ausnehmung ist insbesondere ein räumlicher Bereich eines Materialkörpers, in dem kein Material des Körpers vorhanden ist . Der 3D-Messkopf 3 kann ebenso als „Multi directional Single chip triangulation System" also als „Mehrrichtungs- Einzelchip-Triangulationssystem" oder als „optischer 3D Messtaster" bezeichnet werden. Die Triangulation kann insbesondere eine aktive Triangulation sein, die beispielsweise Laser- linienverformungen zur Berechnung verwendet.

Zur aktiven Triangulation kann mindestens eine Projektionseinrichtung ausgebildet sein, die in jedem Untersichtfeld ein Muster erzeugt, das auf das Objekt projizierbar ist.

Zur passiven Triangulation kann für jedes Untersichtfeld in der einzigen Erfassungseinrichtung ein Stereo-System ausgebildet sein, mittels dem jeweils das Objekt erfassbar ist. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Aufbaus 1, der ebenso als Werkzeugplattform bezeichnet werden kann. Der Aufbau eignet sich vorteilhaft zur Aufnahme eines 3D-Messkopfes 3 gemäß Fig. 1. Gemäß einem Aspekt wird ein Aufbau zur Positi ^¬ onierung und Befestigung eines an den Aufbau befestigbaren Werkzeuges an einer sich entlang einer ersten Längsachse sich räumlich erstreckenden, insbesondere einen Öffnungswinkel, und an zwei Stirnseiten vier Endoberflächen aufweisenden länglichen Ausnehmung, insbesondere Nut, insbesondere eines Rotors, vorgeschlagen, wobei der Aufbau eine eine entlang ei- ner zweiten Längsachse sich räumlich erstreckende und mit dieser parallel zu der ersten Längsachse ausrichtbare Ausspa ^¬ rung aufweisende und die längliche Ausnehmung einrahmende Platte aufweist, die mit einer Zentriereinrichtung und einer Klemmeinrichtung fest verbunden ist, wobei die Zentrierein- richtung mindestens eine Zentrierbacke aufweist. Diese ist beispielsweise in einem Querschnitt zu der zweiten Längsachse ein einen Öffnungswinkel der länglichen Ausnehmung nachbildender Keil, der in der Aussparung entlang der zweiten Längs- achse und beispielsweise lotrecht zur Platte in die sowie aus der länglichen Ausnehmung, insbesondere Nut, bewegbar ist, wobei die Klemmeinrichtung auf der der länglichen Ausnehmung zugewandten Seite der Platte Klemmbacken aufweist, die je- weils entlang der zweiten Längsachse bewegbar und mit einer der, insbesondere vier, Endoberflächen der zwei Stirnseiten der länglichen Ausnehmung, insbesondere Nut, mechanisch kontaktierbar und lösbar befestigbar sind. Eine Aussparung ist insbesondere ein räumlicher Bereich eines Materialkörpers, in dem kein Material des Körpers vorhanden ist. Die Aussparung kann als durchgängige Öffnung erzeugt sein . Die Zentrierbacke (n) können sich in einem Querschnitt zu der zweiten Längsachse über den Verlauf der länglichen Ausnehmung in einem Querschnitt zu der ersten Längsachse räumlich hinaus erstrecken und in die längliche Ausnehmung klemmbar sein. Die Zentrierbacken können sich in Richtung zu der länglichen Aus- nehmung im Querschnitt verjüngen.

Es können beispielsweise zwei einen Öffnungswinkel der läng ^¬ lichen Ausnehmung entsprechende Keile erzeugende Zentrierba ^¬ cken und vier Klemmbacken geschaffen sind.

Es wird ein Bearbeitungsaufbau für längliche Ausnehmungen, insbesondere Nuten, insbesondere für Gasturbinen-Rotornuten, als eine mechanische Basis für die Anwendung verschiedener Werkzeuge vorgeschlagen. Dieser Bearbeitungsbau weist insbe- sondere eine Zentrierungs- und eine Klemmeinrichtung aus.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen 3D-Messvorrichtung M. Fig. 3 zeigt einen vollständigen Scanner. Dabei ist ein 3D-Messkopf 3 gemäß Figur 1 mit einem Auf- bau 1 gemäß Fig. 2 verbunden.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit einem ersten Schritt Sl wird ein 3D-Messkopf linear beweglich mit dem Aufbau derart verbunden, dass in einem zweiten Schritt S2 der 3D-Messkopf durch die länglichen Ausnehmungen beispielsweise die Nuten bewegt und gemessen werden kann. Mit einem dritten Schritt S3 werden die entste- henden Messdaten mittels einer entsprechenden Software zu einem 3D-Modell der abgetasteten Nut zusammengesetzt. In einem Unterschrittschritt werden in diesem 3D-Modell bestimmte Messgrößen, beispielsweise Abstände und Abnutzungen, ermit ^¬ telt. Der hierfür notwendige Computer oder die hierfür not- wendige Rechnereinrichtung kann in den Gesamtaufbau integriert werden, um unabhängig von zusätzlicher Hardware zu sein. Die Rechnereinrichtung weist vorteilhaft eine Prozes ^¬ soreinheit und eine Speichereinrichtung zum Speichern von 3D- Modellen aufweisen.

Fig. 5 zeigt eine Darstellung zu einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Es erfolgen ebenso gemäß Fig. 4 die ersten beiden Schritte Sl und S2, wo ^¬ bei vorher noch ein Schritt SO eines Positionieren und Befes- tigen des Aufbaus an einer länglichen Ausnehmung insbesondere Nut eines Körpers, hier eines Gasturbinenrotors ausgeführt wurde. Schritte SO und Sl können gleichzeitig ausgeführt wer ^¬ den, wenn der Aufbau 1 zusammen mit dem 3D-Messkopf 3 in Aus ^¬ gestaltung der erfindungsgemäßen 3D-Messvorrichtung M an der Nut oder auf dem Nuten aufweisenden Körper positioniert und befestigt wird. Fig. 5 stellt den zweiten Schritt S2 des dreidimensionalen Abtastens der Oberfläche der Nut mittels linearen Führens des 3D-Messkopfes entlang der Längsachse der Nut dar. Fig. 5 veranschaulicht die weiteren Arbeitsschritte, wobei ein mittels einer Rechnereinrichtung ausgeführtes Verarbeiten und 3D-Rekonstruieren der mittels des 3D-Messkopfes erzeugten 3D-Daten zu einem 3D-Modell der Nut als Schritt S3 angegeben ist. Fig. 5 zeigt zudem, dass mittels der Rechnereinrichtung eine Analyse der 3D-Messdaten, insbesondere mit- tels Vergleichens des 3D-Modells mit einem CAD-Modell der Nut in einem Schritt S4 ausgeführt wird. Dabei ist ein Idealnu ^¬ tenverlauf im Unterschied zu einem Verlauf einer abgenutzten Nut mit einer beeinträchtigten Oberfläche dargestellt. Fig. 5 zeigt die Arbeitsschritte SO bis S4 einer LASER basierten kompletten 3D-Konturmessung von Gasturbinenrotornuten zur Analyse einer Beanspruchung von länglichen Ausnehmungen, insbesondere Nuten. Es können Genauigkeiten bis circa 20ym be- wirkt werden. Fig. 5 zeigt eine 3D-Messvorrichtung M als mobile und komplett autarke Scaneinheit aufweisend einen 3D- Scankopf, eine integrierte Rechnereinrichtung zur automati ^¬ schen Analyse und Datenspeicherung. Es kann nach einem ersten Schritt Sl eines Ausrichtens der

3D-Messvorrichtung M innerhalb der Nut mittels der Werkzeug ^¬ plattform, nach einem zweiten Schritt S2 einer Linearbewegung des 3D-Messkopfes entlang der Nut zur Datenaufnahme und nach einem dritten Schritt S3 der Datenauswertung zur Berechnung von Messgrößen, insbesondere Längen, in einem abschließenden Schritt ein Lösen der 3D-Messvorrichtung M von der vermessenen Nut und ein Wiederholen des Vorgehens an der nächsten zu vermessenden Nut ausgeführt werden. Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer SD- Messvorrichtung M. Diese leichte Variante der SD- Messvorrichtung M weist keine integrierte Rechnereinrichtung auf, wobei zudem der Aufbau 1 zusammen mit dem 3D-Messkopf 3 lediglich mittels rein mechanischer Komponenten betrieben wird.

Fig. 7 zeigt eine Anzeige einer Rechnereinrichtung. Die Anzeige zeigt die Darstellung eines berechneten 3D-Modells ei ^¬ ner tatsächlichen länglichen Ausnehmung in Ausgestaltung ei- ner Nut N, die nach einer Abnutzung abgetastet und gemessen wurde .