Decolando com inspeção de bordos de ataque
MTU Aero Engines recorre ao PolyWorks|Inspector™ para otimizar seus processos de inspeção
Quando está voando a 30.000 pés de altura a uma velocidade de 550 mph, você entende mais do que nunca a importância de um motor a jato confiável. A MTU Aero Engines, fabricante líder de motores a jato da Alemanha, leva sua segurança muito a sério. A afiliada da Daimler/Chrysler estabeleceu processos de inspeção rigorosos em cada fase de seu ciclo de desenvolvimento/fabricação para garantir a qualidade total de seus produtos. Para otimizar e aumentar o escopo de suas técnicas de inspeção, a MTU recorreu ao PolyWorks|Inspector, a solução de software líder mundial de inspeção de nuvem de pontos. Descubra como o PolyWorks|Inspector reduziu significativamente o tempo de inspeção das pás de turbinas da MTU em mais de 85%, fornecendo aos engenheiros de qualidade mais informações do que nunca sobre a qualidade das peças.
O desafio
MTU - A Propulsão do Mundo
MTU Aero Engines GmbH é o principal desenvolvedor, fabricante e fornecedor da Alemanha de serviços de desenvolvimento de reparos de componentes de motores aeronáuticos civis e militares, montagens e turbinas industriais a gás.
A empresa trabalha em empreendimentos de cooperação contínua com os principais integradores e fabricantes de sistemas do mundo, incluindo a Pratt & Whitney, General Electric, Rolls-Royce, Snecma, Volvo e FiatAvio.
A MTU é conhecida por sua abordagem de alta tecnologia em tudo relacionado a seus motores. Ela usa tecnologias de ponta para o desenvolvimento, fabricação e inspeção. “Isso nos permite fornecer aos nossos clientes os produtos avançados de alta qualidade que eles esperam”, disse o Dr. Karl-Heinz Dusel, Engenheiro de Qualidade da MTU.
A complexidade de um motor a jato
Um motor a jato tem centenas de componentes que precisam ser inspecionados detalhadamente antes da montagem. Os processos de inspeção que a MTU tradicionalmente utiliza vêm causando gargalos no ciclo de produção devido à lentidão e complexidade das técnicas utilizadas. Além da limitação da velocidade, os equipamentos de inspeção, como máquinas de medição por coordenadas (CMMs), têm escopo restrito, obrigando os engenheiros de qualidade a se concentrarem em entidades geométricas limitadas de uma peça, o que os priva de informações valiosas.
Um motor a jato é usado para impulsionar aeronaves. Para decolar e voar, o motor a jato de um avião produz gases de escapamento que são expelidos da parte traseira do motor. Para criar essa tremenda energia (empuxo), o motor aspira ar para a combustão usando a ventoinha na parte frontal do motor. O compressor comprime o ar e o força para dentro do combustor. O combustível é injetado e misturado com o ar comprimido que entra, e a mistura ar-combustível é continuamente queimada. O calor resultante expande o gás a um volume muito maior do que o volume original, fazendo com que ele escape do combustor em um fluxo de alta energia. O gás passa pelas pás da turbina, fazendo-as girar, produzindo a energia necessária para acionar o compressor e a ventoinha.
As turbinas consistem em vários estágios, cada um empregando deles com uma fileira de aletas-guia estacionárias e uma fileira de pás móveis. As pás, embora fiquem rubras com o calor, devem ser fortes o suficiente para suportar as cargas centrífugas resultantes da rotação em altas velocidades. Sob tais condições, não se permite nenhuma imperfeição! Cada peça precisa seguir às especificações mais rigorosas do projeto.
Processos de inspeção tradicionais
A MTU tradicionalmente usa processos de inspeção baseados em CMM para medir as pás. Este processo aumenta significativamente o período de desenvolvimento do processo de fabricação até a entrega:
- O processo de aquisição de dados do CMM leva até 80 minutos para cada pá.
- A digitalização da pás no local não é possível durante o processo de fabricação, exigindo que a MTU traga as peças para uma estação de digitalização.
- O número de pontos medidos é limitado (cem pontos), tornando impossível uma inspeção global da superfície.
- Operar um CMM é uma tarefa demorada, exigindo a supervisão contínua de técnicos altamente treinados.
- O processamento de dados, medições, comparações e geração de relatórios são processos longos que exigem vários pacotes de software.
A solução
Quebrando a barreira do som com o PolyWorks|Inspetor
Para garantir a qualidade de todos os seus produtos, a MTU trabalhou em estreita colaboração com a Duwe 3d - fornecedora de soluções de digitalização 3D de bordo de ataque e distribuidora do PolyWorks na Alemanha - para desenvolver uma solução de inspeção customizada adaptada aos requisitos mais rigorosos da indústria aeroespacial.
A MTU agora se beneficia das inúmeras vantagens de usar um sistema de scanner a laser 3D junto com o PolyWorks como parte de seus processos de controle de qualidade. Para a inspeção das pás das turbinas, a MTU usa um scanner a laser montado em braços articulados (GoldArm & 3DScanners 'ModelMaker da FARO) para digitalizar as peças diretamente no local e capturar todas as entidades geométricas, incluindo aquelas localizadas em áreas ocultas.
Esta nova técnica de inspeção permitiu que a MTU reduzisse drasticamente o tempo para adquirir e processar nuvens de pontos de suas pás de turbinas: “Uma grande vantagem do PolyWorks é sua flexibilidade para se adaptar a qualquer tipo de sistema de digitalização”, declarou o Dr. Dusel. “Isso nos dá a liberdade de experimentar e identificar a solução que melhor atende aos nossos requisitos. Além dessa grande economia de tempo, a inspeção de nuvem de pontos de alta densidade usando o PolyWorks nos dá a possibilidade de utilizar muitos aplicativos de medição novos.”
Inspeção de Superfície Global
Antes de analisar áreas específicas das pás das turbinas, a MTU avalia globalmente a qualidade da peça fabricada, comparando cada ponto digitalizado com seu ponto de referência subjacente (objeto CAD). Os engenheiros de qualidade definem as tolerâncias correspondentes e um mapa de cores é gerado para ilustrar a magnitude dos desvios. Essa técnica fornece uma visão geral rápida da qualidade geral da peça e permite que os especialistas se concentrem em áreas fora das tolerâncias predeterminadas para análise posterior. As técnicas de inspeção tradicionais baseadas em CMM não podem fornecer essas informações valiosas aos engenheiros de qualidade. Os poderosos recursos de comparação do PolyWorks não apenas identificam as deformidades de uma peça, mas também ajudam os engenheiros de qualidade a identificar a origem do problema ao longo do processo de manufatura e a corrigi-lo.
As técnicas de comparação ponto a CAD do PolyWorks são totalmente personalizáveis e mais precisas do que qualquer outra solução de software de processamento de nuvem de pontos no mercado.
Análise de Perfil
Os perfis são a geometria mais importante de uma pá, uma vez que têm impacto direto no fluxo dos gases. As seções são usadas para calcular a aerodinâmica de cada pá.
A análise dos perfis é realizada usando os sofisticados recursos de análise de seção do PolyWorks. Uma seção em uma peça é um perfil 2D obtido pela interseção de um plano com a superfície do objeto; é uma “fatia” do objeto. Para cada fatia, são criados um perfil de dados e um perfil de referência (CAD). Para obter uma análise precisa de cada perfil, o PolyWorks oferece recursos de alinhamento local (best-fit local).
Os mapas de cores de seções são gerados de acordo com as tolerâncias definidas pelo usuário. O PolyWorks também exibe faixas de tolerância junto com o CAD e com perfis de dados.
Uma vantagem importante do PolyWorks é sua capacidade de fornecer os desvios “reais”, independentemente do ângulo entre as seções e a normal de uma superfície.
Inspeção do Bordo de Ataque: Medição virtual
O PolyWorks oferece recursos de medição virtual exclusivos por meio de paquímetros 3D. Essas ferramentas são cilindros sólidos posicionados no espaço 3D e estendidos até atingirem um ponto, um triângulo ou superfície NURBS. Nesse caso, os paquímetros são usados para obter a posição exata dos pontos estratégicos no bordo de ataque das pás. O bordo de ataque é um fator crítico que influencia a aerodinâmica do fluxo de gás.
“O PolyWorks reproduz virtualmente os processos típicos de inspeção de medidores físicos”, disse o Dr. Dusel. “Os recursos de medição do PolyWorks nos oferecem valiosas informações sobre os bordos de ataque em uma fração do tempo, em comparação com nosso método de medição física tradicional, preservando a mesma exatidão e precisão.”
Deixe o piloto automático assumir o controle
“Com o PolyWorks, estamos no assento do piloto”, disse o Dr. Dusel. “O PolyWorks permite que você defina suas próprias tolerâncias e fornece feedback constante para monitorar suas operações. Com a capacidade de linguagem avançada de programação de macros do PolyWorks, podemos programar facilmente sequências de inspeção completas, do primeiro alinhamento ao relatório final, em apenas alguns minutos. Em seguida, colocamos o dispositivo no piloto automático e deixamos o PolyWorks realizar todo o processo de inspeção com apenas um clique do mouse, usando nossas próprias especificações.”
Os benefícios
Os benefícios usufruídos do uso do PolyWorks são:
- Fornece mais informações para os engenheiros de qualidade e reduz o tempo necessário para a análise dos dados, cálculos, etc.
- Aumenta o número de peças que estão sendo inspecionadas, melhorando ainda mais a qualidade geral e a confiabilidade do produto
- Permite que os usuários realizem medições em um nível global (toda a peça), e não apenas em áreas específicas, como o que ocorre com uma CMM
- Reduz os gargalos em centros de inspeção centralizados, diminuindo o tempo de inatividade na linha de produção
“Reduzimos nosso tempo de inspeção das pás das turbinas em mais de 85% com PolyWorks|Inspector, enquanto mantemos a exatidão e precisão obtidas com nossas técnicas de inspeção tradicionais baseadas em CMMs,” Dr. Karl-Heinz Dusel, Engenheiro de Qualidade da MTU Aero Space
PolyWorks|Inspector™
PolyWorks|Modeler™