Vollflächige Inspektion eines Flansches eines Offshore-Windturbinenfundaments

Zusammenfassung
Techniker eines Herstellers von Windkraftanlagen maßen und inspizierten mit dem tragbaren 3D-Laserscanner KSCAN-Magic von SCANOLOGY sowie dem Photogrammetrie-System MSCAN-L15 eine großformatige Flanschplatte einer Offshore-Windkraftfundament. Ziel des Projekts war es, vollständige 3D-Daten zu erfassen und zu prüfen, ob die Geometrie- und Toleranzanforderungen (GD&T) eingehalten werden. Dabei wurden die 120 Bohrungen inspiziert und spezifische GD&T-Merkmale wie Position und Ebenheit ermittelt.

 Hintergrund
Windenergie, eine nachhaltige, erneuerbare und saubere Energiequelle, wird zunehmend breit eingesetzt, um Strom für Industrien zu erzeugen. Im Vergleich zu herkömmlichen fossilen Brennstoffen hat sie eine wesentlich geringere Umweltbelastung. Windenergie wird sowohl in Onshore- als auch Offshore-Windparks erzeugt, die aus vielen einzelnen Windturbinen bestehen. Die Bau- und Wartungskosten von Offshore-Windparks sind hoch. Daher ist es entscheidend sicherzustellen, dass die Bauteile der Windturbinen und Türme strengen Anforderungen entsprechen.

Ziele des Projekts
Der Kunde in diesem Fall ist die Jutal Offshore Oil Service Co., Ltd., gegründet 1995 und seit September 2006 an der Hauptbörse der Hongkonger Börse gelistet. Das Unternehmen bietet Kunden aus der Öl- und Gasindustrie technologisch fortschrittliche Fertigung von Öl- und Gasausrüstung, Offshore-Ingenieurleistungen, Modulbau und technischen Support.

Windkraftanlagen in Versorgungsgröße sind groß und schwer, und ihre Bauteile haben meist große Abmessungen. Der Flansch misst bis zu 10 Meter in der Höhe und 6 Meter in der Breite. Das Unternehmen möchte den Flansch messen und prüfen, um sicherzustellen, dass er die GD&T-Anforderungen erfüllt und somit erfolgreich in das Fundament einer Offshore-Windturbine passt.

Eine dimensionsgerechte Überprüfung soll mittels optischem 3D-Laserscanner an der Ebenheit und Parallelität der Flächen durchgeführt werden. Die Durchmesser der Bohrungen sowie deren Position, Winkel und weitere Parameter müssen vermessen werden. Die Genauigkeit der Messergebnisse wird mit 0,1 mm gefordert.

Herausforderung
Großes Bauteil
Das Bauteil hat die Form eines Zylinders, ist bis zu 10 Meter hoch und hat einen Durchmesser von 6 Metern. Der zu messende Flansch befindet sich oben am Bauteil. Es ist schwierig, ein so großes Bauteil zu vermessen, das zudem hoch über dem Boden liegt.

Raue Bedingungen in der Werkstatt
Die Produktionsumgebung ist durch Maschinen und Handhabungsausrüstungen wie Kräne geprägt, die Vibrationen verursachen. Diese Vibrationen sind unvermeidbar und können die Messergebnisse beeinträchtigen, da der Flansch vor Ort gemessen werden muss. Zudem ist die Werkstatt mit Staub und Schweißspritzern belastet, was eine große Herausforderung für die Messung darstellt.

Hoher Umfang der Messaufgaben
Die Techniker mussten eine große Menge an Messaufgaben bewältigen, da sie beispielsweise die GD&T-Merkmale wie die Position von 120 Bolzenlöchern in kurzer Zeit messen mussten.

Arbeitsablauf

Verwendetes Gerät: KSCAN Magic + MSCAN L15

Scanvorgang: Zunächst werden die Daten der Referenzpunkte mit dem hochpräzisen Photogrammetriesystem MSCAN-L15 erfasst. Anschließend werden die Daten an den tragbaren, hochpräzisen 3D-Scanner KSCAN-Magic weitergeleitet, um die Oberfläche zu scannen.

 Scandauer: 2 Stunden

Durch 3D-Scannen des gesamten Flansches erhielt der Techniker die gesamte Punktewolke des Teils. In Kombination mit der 3D-Software von SCANOLOGY ermittelte er spezifische Form- und Lagetoleranzen. Die Ebenheit und Parallelität der Ober- und Unterseite des Flansches wurde geprüft. Außerdem wurden die Positionen, Winkel zwischen zwei Schraubenlöchern und dem Teilkreismittelpunkt sowie der Teilkreisdurchmesser gemessen.

Nachteile traditioneller Methoden
Die vom Kunden verwendeten Messmethoden basierten auf herkömmlichen Werkzeugen wie elektronischen Tachymetern und Messschiebern. Diese Werkzeuge sind nicht in der Lage, vollständige 3D-Daten zu erfassen, weisen eine schlechte Messgenauigkeit von etwa 0,5 mm auf, sind komplex in der Bedienung und ineffizient, weshalb sie den Messaufgaben nicht gewachsen sind.

Insbesondere können traditionelle Messmethoden nur zweidimensionale Parameter wie Abstände messen, versagen jedoch bei der Erfassung dreidimensionaler GD&T-Parameter, wie etwa der Position von Bolzenlöchern. Außerdem kann das elektronische Tachymeter die Unterseite des Flansches nicht messen, da der Bereich zu eng und schwer zugänglich ist.

Die Umgebungsbedingungen mit Vibrationen und Staub beeinträchtigen die Messungen mit dem elektronischen Tachymeter stark, sodass der erstellte Prüfbericht nicht den Anforderungen der Kunden entspricht.

Vorteile der 3D-Lösung von SCANOLOGY

Hohe Genauigkeit

Durch die Kombination des Photogrammetriesystems MSCAN-L15 mit einer volumetrischen Genauigkeit von bis zu 0,015 mm/m und des tragbaren 3D-Scanners KSCAN-Magic mit einer Genauigkeit von bis zu 0,020 mm erzielen Ingenieure präzise Messergebnisse.

Vollflächige Daten
Mit der leistungsstarken 3D-SCANOLOGYnologie unterstützt die 3D-Lösung von SCANOLOGY die Erfassung vollständiger 3D-Daten, die zur weiteren Archivierung genutzt werden können. Die vollständigen Daten gewährleisten, dass das Bauteil den Anforderungen entspricht und präzise in das Fundament passt.

Unbeeindruckt von rauen Bedingungen
Dank eines robusten Algorithmus und der Fertigung aus Aluminiumlegierung in Luft- und Raumfahrtqualität bleibt der KSCAN-Magic von Vibrationen, Staub und Funken in der Umgebung unbeeindruckt. Er ist tragbar und leicht, sodass er problemlos für Messaufgaben vor Ort transportiert werden kann. Die robusten Eigenschaften des 3D-Scanners KSCAN-Magic machen ihn zur optimalen Lösung für Messungen direkt am Einsatzort.

Intuitive Daten für Inspektion und Wartung
Mit professioneller Analysesoftware erhalten Anwender intuitive und umfassende Daten sowie Berichte. Diese Daten dienen Technikern als Referenz, um entsprechende Reparaturpläne zu erstellen. Durch fundierte statistische Analysen konnten sie die Anzahl der Reparaturen reduzieren und die Effizienz steigern.