Vollflächiges 3D-Scannen von Gussteilen mit großem Volumen zur Ermittlung der Bearbeitungstoleranz

Die Kontrolle des Bearbeitungsfreiraums ist entscheidend, um eine präzise Bearbeitung von Gussteilen strikt sicherzustellen. Ein zu geringer Bearbeitungsfreiraum erschwert die Entfernung von Restmaterialien aus dem vorherigen Prozess. Ein zu großer Freiraum führt hingegen zu einem erhöhten Bearbeitungsaufwand sowie zu einem höheren Verbrauch von Materialien, Werkzeugen und Energie.

SCANOLOGY ist ein Hightech-Hersteller von 3D-Scannern und bietet Produkte wie 3D-Laserscanner, 3D-Körperscanner und automatisierte 3D-Messsysteme an. Wir setzen uns dafür ein, Ihr Unternehmen durch effiziente 3D-Lösungen zu verbessern.

In dieser Anwendungsgeschichte zeigen wir, wie man Vollfeld-Daten eines großformatigen Gussteils erfasst und dessen Bearbeitungsfreiraum für die weitere Bearbeitung ermittelt. Zum Einsatz kommt das TrackScan-P, ein berührungsloser 3D-Scanner für große Objekte.

Optimierung der Gussbearbeitung
Die Dongfang Turbine Co., Ltd. der Dongfang Electric Corporation ist ein Hightechunternehmen, das sich mit Forschung, Design und Herstellung von Großkraftwerksausrüstung beschäftigt. Zu den Produkten des Unternehmens gehören kohlebefeuerte Dampfturbinen, nukleare Dampfturbinen, Gasturbinen, Turbinenmodernisierungen, Wartungsdienste, Industrieturbinen sowie neue Materialien und Produkte im Bereich erneuerbare Energien.

Der Kunde suchte nach Möglichkeiten, die Gussbearbeitung zu optimieren. Durch 3D-Scannen des Gussteils und den Vergleich mit dem CAD-Modell möchte er analysieren, ob ausreichend Bearbeitungsfreiraum für die weitere Bearbeitung vorhanden ist. Falls an einigen Flächen kein Freiraum vorhanden ist, muss geprüft werden, ob ein Anpassen (Fitting) möglich ist, um sicherzustellen, dass diese Flächen später bearbeitet werden können. Wenn dies nicht möglich ist, müssen die Bereiche identifiziert werden, die dünner als der erforderliche Freiraum sind, und das Ausmaß für Reparaturschweißungen bestimmt werden. Nach der Inspektion dienen die erfassten Daten als Referenz für virtuelle Markierungen und zur Positionierung des Bearbeitungsbezugs für die CNC-Maschine.

Das Gussteil in diesem Fall ist eine Dampfaustrittsabdeckung. Es ist relativ groß mit einem Durchmesser von etwa 6 Metern. Es ist erforderlich, eine Vollfeldvermessung durchzuführen und die Markierungen für den Bearbeitungsbezug sowie für 20 Bohrungen zu bestimmen.

Problempunkte der traditionellen manuellen Markierung
Der Kunde markierte Gussteile früher manuell basierend auf Erfahrungswerten, um zu überprüfen, ob ein ausreichender Bearbeitungsfreiraum vorhanden ist und um den Bezugspunkt zu bestimmen.

Diese traditionelle und manuelle Methode ist ineffizient und findet nicht immer den besten Bezugspunkt. Jedes Mal, wenn die Bediener die Position des Teils anpassen, müssen sie neu beginnen und einen neuen Bezugspunkt finden, was sehr zeitaufwendig ist.

Durch virtuelle Markierung in einem genauen 3D-Modell können Nutzer den präzisen Bearbeitungsfreiraum der Teile für die Markierung ermitteln. Im Vergleich zur virtuellen Markierung ist die manuelle Markierung wesentlich ungenauer. Daher können einige eigentlich qualifizierte Produkte fälschlicherweise als nicht qualifiziert oder fehlerhaft eingestuft werden, was die Herstellungskosten erhöht.

Wie 3D-Scannen in der Gussfertigung hilft
Um die Zykluszeit zu verkürzen, wandte sich das Unternehmen an SCANOLOGY mit der Bitte um Unterstützung bei der Bestimmung des Bearbeitungsfreiraums, der Optimierung der Markierung und der Beschleunigung der Bearbeitung von Gussteilen.

Die folgenden Schritte zeigen, wie die 3D-Lösung von SCANOLOGY bei diesem Projekt hilft.

Schritt 1: Scannen (etwa 1 Stunde)
Mit dem optischen 3D-Scanner TrackScan-P erfasste der Techniker die Vollfeld-Daten des Gussteils und erhielt dessen tatsächliches 3D-Modell.

Schritt 2: Vergleichsanalyse (ca. 10 Minuten)

Die erfassten Daten halfen dem Ingenieur, Abweichungen im Gussteil zu erkennen. Der Ingenieur verglich die Scandaten schnell mit dem CAD-Modell und analysierte die Ergebnisse mit einer 3D-Software:

• Prüfen Sie, ob ausreichend Zuschuss vorhanden ist.
• Für die Bereiche, in denen die Toleranz ausreichend war, wurden die Daten verwendet, um den optimalen Bearbeitungsbezugspunkt zu ermitteln.
• Sie lokalisierten die Bereiche, in denen die Toleranz nicht ausreichte, die zu reparierenden Bereiche und ermittelten den Umfang der Reparaturschweißarbeiten.

Schritt 3: Markieren (ca. 2 Stunden):

Mithilfe der Software simulierten sie die Markierung, bevor sie Linien auf die Gussteile zeichneten. Dies half dem Kunden, die Markierungsposition genau zu berechnen und potenzielle Probleme zu erkennen. Der Ingenieur markierte das Gussteil sowie die zu bearbeitenden Löcher basierend auf der Analyse.

Schritt 4: Bearbeitung

Erstellen Sie genaue Bezugspunkte für die Bearbeitung sowie die Positionen der Bohrungen.

Funktionen der 3D-Lösung von SCANOLOGY

Das optische Messsystem TrackScan-P von SCANOLOGY besteht aus einem 3D-Laserscanner, der mit innovativer Blau- und Rot-Laser-SCANOLOGYnologie entwickelt wurde, sowie einem optischen, auf Aufkleber verzichtenden Tracker. Das System misst die tatsächliche Geometrie des Rohteils, was eine ausreichende Bearbeitungszugabe in der Produktion sicherstellt und die traditionelle Markierung ersetzt. Es liefert die Datenbasis für eine adaptive Bearbeitung, indem es den Bearbeitungsweg auf Grundlage der erfassten Daten optimiert.

Ergonomisches Design des 3D-Scanners

• Der tragbare 3D-Scanner kann das Bauteil aus jeder gewünschten Richtung scannen und ist dabei einfach zu bedienen.
• Der 3D-Scanner ist auf einem kugelförmigen Gestell montiert, das eine gleichmäßige Spannungsverteilung bietet. Die auf diesem fußballähnlichen Gestell angebrachten Marker ermöglichen es dem E-Track, den 3D-Scanner in alle Richtungen zu positionieren.
• Er ist aus Luft- und Raumfahrtfaser gefertigt, daher ist er leicht. Dank seines ergonomischen Designs ermöglicht der 3D-Scanner den Nutzern, auch bei längeren Scan-Sitzungen mit minimaler Handgelenksbelastung zu arbeiten.
• Er wird nur selten von Temperaturschwankungen beeinflusst und gewährleistet eine stabile Leistung.

Praxisgerechte Gestaltung von E-Track

• Der E-Tracker verfügt über ein Doppelkamerasystem mit einem Abstand von 900 mm zwischen den Kameras, was die Verfolgung großer Mengen ermöglicht.
• Dank der dynamischen Nachführung von E-Track (dem optischen Tacker des TrackScan-P-Messsystems) kann die Position des 3D-Scanners im Verhältnis zum Werkstück frei ermittelt werden, was die Effizienz des berührungslosen 3D-Scannens deutlich verbessert. Zudem zeichnet sich das System durch einen reibungslosen Betrieb aus, da es unabhängig von Vibrationen betrieben werden kann.

Kabellose und tragbare CMM T-Probe

• Die kabellose T-Probe wird mit Sonden unterschiedlicher Länge geliefert. Mit einer tragbaren T-Probe können Sie Kontaktmessungen durchführen und schnell hochpräzise 3D-Daten erhalten. So können Sie die Genauigkeit der Markierung durch einfaches Antasten überprüfen.

Bedeutung des Projekts

• Der 3D-Laserscanner erfasst die Daten der Teile vollflächig. Anwender können die Bearbeitungszugabe schnell analysieren und die Bearbeitung entsprechend einrichten, was die Produktionseffizienz verbessert.
• Die Lösung hilft dabei, den Bereich zu identifizieren, in dem Reparaturschweißungen erforderlich sind, wodurch die Fehlerquote bei Produkten verringert und die Kosten gesenkt werden.
• Die Effizienz der Markierung wird durch virtuelle Markierung in der Software verbessert.
• Der bearbeitete Bezugspunkt wird entsprechend der Analyse angepasst, um sicherzustellen, dass jede zu bearbeitende Oberfläche ausreichend Spielraum hat. Dies trägt dazu bei, den Ausschussanteil von Gussteilen zu reduzieren.
• Für die Hersteller war es von Vorteil, sicherzustellen, dass die Teilemaschinen den erforderlichen Spezifikationen entsprechen konnten.

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