Mit Hilfe des Leica Laser Tracker lassen sich die gigantischen und zudem noch sphärisch gekrümmten Rotorblätter einer Windkraftanlage auf 0,3 mm genau vermessen.
Von unserem Redaktionsmitglied Uwe Böttger – uwe.böttger@konradin.de
Die Rotorblätter von Windkraftanlagen werden inzwischen über 40 m lang. In der Zukunft sollen bei geplanten Offshore-Anlagen Längen von rund 80 m realisiert werden. Aber nicht nur die rapide wachsenden Abmessungen erfordern eine immer leistungsfähigere Qualitätssicherung. Auch der Anspruch, die nach aerodynamischen Grundsätzen konstruierten Bauteile detailgetreu in Serie zu fertigen, machen dies notwendig. Den Herstellern bereitet es enorme Schwierigkeiten, die ungleichmäßigen, sphärisch gekrümmten Objekte und ihre Fertigungsvorrichtungen zu überprüfen und im Fehlerfall Korrekturmaßnahmen abzuleiten. Herkömmliche Hilfsmittel wie Schablonen und Lehren stoßen bei dieser Anwendung an ihre Grenzen.
Die Hersteller suchen verstärkt Hilfe bei den Spezialisten, so auch die NOI-Rotortechnik GmbH aus Nordhausen. Unterstützung fand das Unternehmen bei dem Ingenieurbüro Schenk & Steindorf, dessen Mitarbeiter schon seit Jahren großvolumige Objekten wie beispielsweise ICE-Züge vermessen.
Speziell für das Vermessen des Rotorblattes verglich das Ingenieurbüro verschiedene Mess-Systeme miteinander. Testsieger wurde der Laser Tracker, da er das gesamte Spektrum des Anforderungsprofils abdeckte. Zum Einsatz kam das Modell LTD 500 des Herstellers Leica Geosystems GmbH aus München (siehe Kasten).
Ziel der Vermessung war es, die Geometrie insbesondere im Bereich der Anstromkante zu überprüfen. Die Länge des Rotorblattes betrug rund 35 m bei einer Breitenausdehnung von maximal 3 m. In Absprache mit den Fachleuten von NOI wurde das Rotorblatt in 13 Messquerschnitte unterteilt. Dies führte zu einer überschaubaren Zahl von Messpunkten und half, die Ergebnisse systematisch zu interpretieren. Um die Vermessung des Rotorblattes mit optischer Sichtfreiheit zu allen Messpunkten durchzuführen, musste der Laser Tracker an drei verschiedenen Standorten aufgestellt werden.
Bei jeder 3D-Vermessung muss das lokale Koordinatensystem des Bauteils bestimmt werden, das dem der Konstruktionsunterlagen entspricht. Einziger Anhaltspunkt dafür war der Flanschbereich. Jede Vermessung begann daher an diesem Punkt. Anschließend wurden die Messpunkte in den einzelnen Bereichen sowie die Orientierungspunkte erfasst. Danach wurde der Laser Tracker umgestellt.
Insgesamt konnten so am Rotorblatt und an den Vorrichtungshälften jeweils rund 20 000 Messpunkte erfasst werden.
Die erreichte Dichte und Zahl der Messpunkte boten bei der Geometrieanalyse viele Möglichkeiten. Im Anwendungsfall war eine Unterteilung in globale Formabweichungen wie Durchbiegungen und Verdrehungen sowie in kleinere lokale Formabweichungen wie Dellen, Beulen oder Riefen sinnvoll. Erreicht wurde dies durch Ausrichtungen der Messpunkte zum CAD-Modell.
Im ersten Schritt wurden die Messpunkte aller Messquerschnitte zum CAD-Modell ideal ausgerichtet. Der anschließende Soll-Ist-Vergleich führte zu Aussagen über die globalen Formabweichungen des Bauteils zum CAD-Modell. Auf diese Weise konnten Durchbiegungen und Verdrehungen an den Messobjekten quantifiziert und eine Feinjustage vorgenommen werden. Im zweiten Schritt wurden die lokalen Formabweichungen ausgewertet. Hierfür wurden die langwelligen Durchbiegungen und Verdrehungen herausgefiltert. Das Ergebnis waren konkrete Aussagen über Beulen, Riefen und die Qualität der Anstromkante. Trotz des enormen Messvolumens wurde eine Messunsicherheit von etwa 0,3 mm erreicht.
Mit dem Laser auf Punktefang
Herzstück des Laser Trackers ist ein Laserinterferometer, das senkrecht in das System eingebaut ist. Ein Laserstrahl verlässt den Tracker am Kopfstück und wird über Planspiegel so umgelenkt, dass er stets in das Zentrum eines so genannten Reflektors trifft, den der Benutzer in der Hand hält. Egal, wie sich der Anwender bewegt, der Strahl folgt immer dem Reflektor. Gleichzeitig wird der Laserstrahl in sich zurückgeworfen und im System ausgewertet. Der Benutzer legt den Reflektor auf die zu vermessenden Punkte des Objekts und löst eine Messung aus. Im gleichen Moment sind die Koordinaten des erfassten Raumpunktes im System abgelegt.
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