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Bestimmung einer Schichtdickenverteilung von Waermedaemm- und/oder Haft-mittlerschichten auf Turbinenschaufeln durch schnelle optische Aufnahme von 3D-Oberflaechentopografien, sowie durch Differenzbildung der digitalisierten Oberflaechentopografien vor und nach einer Beschichtung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000009477D
Published in the IP.com Journal: Volume 2 Issue 9 (2002-09-25)
Included in the Prior Art Database: 2002-Sep-25
Document File: 3 page(s) / 213K

Publishing Venue

Siemens

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Juergen Carstens: SUBMITTER

Abstract

Turbinenleit- und –laufschaufeln werden aufgrund der hohen thermischen Belastung insbesondere in den ersten Stufen einer Gasturbine mit Korrosionsschutzschichten bzw. mit Haftvermittlerschichten oder teilweise mit keramischen Schichten versehen. Die Schichtdicke ist verfahrensbedingt von der dreidi-mensionalen Bauteilgeometrie abhaengig. Durch Prozessschwankungen kann es zu Abweichungen von den vorgegebenen Schichttoleranzen kommen, welche die Lebensdauer einer Turbinenschaufel erheb-lich beeinflussen. Daher ist eine zerstoerungsfreie Qualitaetskontrolle bezueglich der Schichtdicke un-entbehrlich. Schichtdicken werden bislang einerseits zerstoerend an sogenannten Referenzbauteilen direkt an me-tallografisch praeparierten Schnitten abgelesen, und andererseits in einer Reihe von zerstoerungsfreien Messverfahren ermittelt. Fuer diesen Schichtdickenbereich wird zumeist ein Wirbelstrommessverfahren eingesetzt. Mit allen bekannten Messverfahren sind jedoch lediglich punktuelle Messungen moeglich. Eine Erfassung der gesamten Oberflaeche einer beschichteten Turbinenschaufel ist daher mit einem sehr hohen Zeitaufwand und mit den entsprechenden Ungenauigkeiten verbunden. Waehrend der lau-fenden Produktion besteht die Moeglichkeit, die Schichtdicke durch die Ermittlung einer Gewichtsdiffe-renz zu bestimmen. Fuer die produktionsbegleitende Qualitaetskontrolle wird eine opto-elektronische 3D-Messung der Tur-binenschaufeln vorgeschlagen. Insbesondere das Verfahren der Streifenlichtprojektion erlaubt fuer die Erfassung von 3D-Oberflaechentopografien Messzeiten im Sekundenbereich. Die Schichtdicken werden durch eine Differenzbildung der Datensaetze einer Turbinenschaufel vor und nach der jeweiligen Beschichtung ermittelt. Eine Ausrichtung der zu diesem Zweck notwendigen Mat-chingprozedur erfolgt an den Bereichen der Turbinenschaufel, die unbeschichtet bleiben. Dazu eignen sich insbesondere Ecken und Kanten im Kopf- und Fussbereich einer Turbinenschaufel. Eine 3D-Rundumansicht ist fuer die Qualitaetskontrolle der Schichtdicke nicht unbedingt erforderlich. Damit kann der Rechenaufwand nach der Messung erheblich reduziert werden. Fuer dieses Verfahren ist eine reproduzierbare sehr genaue Positionierung der Turbinenschaufel vor und nach dem Beschichten entbehrlich, da die Bauteile den Messfeldern entsprechend freihaendig fuer den Messvorgang ausgerichtet werden. Fuer eine schnelle Entscheidungshilfe fuer den jeweiligen Pruefer koennen die vorgegeben Schichtdi-ckentoleranzen in die grafische Auswertung der Schichtdickenverteilung mit einbezogen werden. Ausfuehrungsbeispiele der Erfindung:  Schichtdickenmessung einer MCrAlY-Beschichtung auf einer Turbinenschaufel durch Differenzbil-dung der 3D-Oberflaechentopografie vor und nach einer Beschichtung (VPS, LPPS, HVOF).  Schichtdickenmessung einer keramischen Waermedaemmschicht auf einer Turbinenschaufel durch Differenzbildung der 3D-Oberflaechentopografie vor und nach einer Beschichtung (APS, EBPVD).  Bestimmung eines Abtragvolumens und dessen raeumliche Anordnung nach einer abtragenden Bearbeitung an einer Turbinenschaufel durch Differenzbildung der 3D-Oberflaechentopografie vor und nach der Bearbeitung (Erodieren, Laserabtragen, Zerspanen mit geometrisch bestimmter und unbestimmter Schneide).  Bestimmung eines Auftragvolumens und dessen raeumliche Anordnung nach einer auftragenden Bearbeitung an einer Turbinenschaufel durch Differenzbildung der 3D-Oberflaechentopografie vor und nach der Bearbeitung (Laserauftragsschweissen, Auftragsschweissen). Die Ausfuehrungsbeispiele lassen sich den folgenden Arbeitsgebieten zuordnen: Schaufel-Neufertigung: Ausfuehrungsbeispiel a und b Reparatur in der Neufertigung: Ausfuehrungsbeispiel c (Beispiel: Ausduennen einer Schicht im Blattauslauf) Schaufel-Refurbishment: Ausfuehrungsbeispiel a, b, c und d

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Bestimmung einer Schichtdickenverteilung von Waermedaemm- und/oder Haft- mittlerschichten auf Turbinenschaufeln durch schnelle optische Aufnahme von 3D-Oberflaechentopografien, sowie durch Differenzbildung der digitalisierten Oberflaechentopografien vor und nach einer Beschichtung

Idea: Karsten Klein, DE-Berlin; Thomas Beck, DE-Berlin

Turbinenleit- und -laufschaufeln werden aufgrund der hohen thermischen Belastung insbesondere in den ersten Stufen einer Gasturbine mit Korrosionsschutzschichten bzw. mit Haftvermittlerschichten oder teilweise mit keramischen Schichten versehen. Die Schichtdicke ist verfahrensbedingt von der dreidi- mensionalen Bauteilgeometrie abhaengig. Durch Prozessschwankungen kann es zu Abweichungen von den vorgegebenen Schichttoleranzen kommen, welche die Lebensdauer einer Turbinenschaufel erheb- lich beeinflussen. Daher ist eine zerstoerungsfreie Qualitaetskontrolle bezueglich der Schichtdicke un- entbehrlich.

Schichtdicken werden bislang einerseits zerstoerend an sogenannten Referenzbauteilen direkt an me- tallografisch praeparierten Schnitten abgelesen, und andererseits in einer Reihe von zerstoerungsfreien Messverfahren ermittelt. Fuer diesen Schichtdickenbereich wird zumeist ein Wirbelstrommessverfahren eingesetzt. Mit allen bekannten Messverfahren sind jedoch lediglich punktuelle Messungen moeglich. Eine Erfassung der gesamten Oberflaeche einer beschichteten Turbinenschaufel ist daher mit einem sehr hohen Zeitaufwand und mit den entsprechenden Ungenauigkeiten verbunden. Waehrend der lau- fenden Produktion besteht die Moeglichkeit, die Schichtdicke durch die Ermittlung einer Gewichtsdiffe- renz zu bestimmen.

Fuer die produktionsbegleitende Qualitaetskontrolle wird eine opto-elektronische 3D-Messung der Tur- binenschaufeln vorgeschlagen. Insbesondere das Verfahren der Streifenlichtprojektion erlaubt fuer die Erfassung von 3D-Oberflaechentopografien Messzeiten im Sekundenbereich.

Die Schichtdicken werden durch eine Differenzbildung der Datensaetze einer Turbinenschaufel vor und nach der jeweiligen Beschichtung ermittelt. Eine Ausrichtung der zu diesem Zweck notwendigen Mat- chingprozedur erfolgt an den Bereichen der Turbinenschaufel, die unbeschichtet bleiben. Dazu eignen sich insbesondere Ecken und Kanten im Kopf- und Fussbereich einer Turbinenschaufel.

Eine 3D-Rundumansicht ist fuer die Qualitaetskontrolle der Schichtdicke nicht unbedingt erforderlich. Damit kann der Rechenaufwand nach der Messung erheblich reduziert werden.

Fuer dieses Verfahren ist eine reproduzierbare sehr genaue Positionierung der Turbinenschaufel vor und nach dem Beschichten entbehrlich, da die Bauteile den Messfeldern entsprechend freihaendig fuer den Messvorgang ausgerichtet werden.

Fuer eine schnelle Entscheidungshilfe fuer den jeweiligen Pruefer koennen die vorgegeben Schichtdi- ckentoleranzen in die grafische Auswertung der Schichtdickenverteilung mit einbezogen werden.

Ausfuehrungsbeispiele der Erfindung:

[g183] Schichtdickenmes...