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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserstrahlreinigen von Bauteiloberflächen. Ferner betrifft die Erfindung eine Laserstrahlreinigungseinrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Bauteile von Generatoren- und Turbinen einer Kraftwerksanlage müssen während Revisionsarbeiten auf Fehlerfreiheit und Verschleiß geprüft werden. Um die zerstörungsfreien Prüfungen durchführen zu können, müssen die Bauteiloberflächen zuvor von den während des Betriebs entstandenen Verunreinigungen befreit werden. Die Reinigung der Oberflächen soll dabei ohne Beeinträchtigung der Bauteile einen Oberflächenzustand herstellen, der eine zerstörungsfreie Prüfung der Bauteile zulässt. Das bedeutet, dass die Oberflächen der Bauteile nach der Reinigung unversehrt sein und ihre mechanische Integrität beibehalten müssen. Die Entstehung von Riefen, Aufschmelzungen und Beschädigungen jeder Art während des Reinigungsvorgangs muss also vermieden werden. Vorhandene Oberflächendefekte dürfen hingegen durch den Reinigungsprozess nicht verdeckt werden, damit sie im Rahmen der sich anschließenden zerstörungsfreien Prüfung detektiert werden können.
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Zur Reinigung der Bauteiloberflächen können grundsätzlich verschiedene Reinigungsverfahren eingesetzt werden. Dazu zählen beispielsweise das Reinigen mittels „Scotch Bright“, das Reinigen mittels Sand- und Glaskugelstrahlen und andere mechanische Verfahren.
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Ein vergleichsweise neues Reinigungsverfahren stellt das Laserstrahlreinigen dar, bei dem ein Laserbearbeitungskopf einer Laserstrahlreinigungseinrichtung entlang eines Bewegungspfads manuell entlang der Bauteiloberfläche geführt wird, während ein von dem Laserbearbeitungskopf ausgesendeter Laserstrahl die Bauteiloberfläche reinigt. Dieses Laserstrahlreinigen ist allerdings nicht unbegrenzt einsetzbar. Zu lange Verweildauern des Laserstrahls auf einer Stelle einer zu reinigenden Oberfläche, unterschiedliche Vorschubgeschwindigkeiten des Laserstrahls, nicht senkrechte Auftreffwinkel des Laserstrahls auf die zu reinigende Oberfläche und dergleichen können zu unzureichenden Reinigungsergebnissen führen oder lokale Aufschmelzungen an der zu reinigenden Oberfläche hervorrufen, wodurch diese dann bereichsweise zerstört wird. Eine Verfälschung einer im Anschluss durchgeführten zerstörungsfreien Prüfung aufgrund einer unzureichenden Oberflächengüte kann die Folge sein. Die Wahrscheinlichkeit verfälschter Prüfungsergebnisse nimmt dabei mit zunehmender Komplexität der Geometrie der zu reinigenden Bauteiloberfläche zu. Entsprechend wird das Laserstrahlreinigen nur an Bauteilen mit unkritischen Oberflächen von Turbinen- oder Generatorbauteilen eingesetzt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren zum Reinigen von Bauteiloberflächen zu schaffen, das flexibel anwendbar und auch zum Reinigen von Bauteiloberflächen mit komplexen Geometrien geeignet ist, die nach erfolgter Reinigung einer zerstörungsfreien Prüfung unterzogen werden sollen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Laserstrahlreinigen von Bauteiloberflächen, umfassend die Schritte
- a) Bereitstellen einer Laserstrahlreinigungseinrichtung, die einen Laserbearbeitungskopf und einen den Laserbearbeitungskopf führenden Roboter aufweist, insbesondere einen kollaborativen Roboter,
- b) Relatives Positionieren des Roboters und eines zumindest eine zu reinigende Oberfläche aufweisenden Bauteils einer Maschine derart, dass sich die zumindest eine zu reinigende Oberfläche in Bearbeitungsreichweite des vom Roboter geführten Laserbearbeitungskopfes befindet;
- c) Erfassen der Ist-Kontur der zumindest einen zu reinigenden Oberfläche;
- d) Ermitteln eines Bewegungspfads für den Roboter basierend auf der in Schritt c) erfassten Ist-Kontur, wobei der Bewegungspfad derart gewählt ist, dass der Laserbearbeitungskopf in einem vorbestimmten Abstand entlang der zumindest einen zu reinigenden Oberfläche geführt wird und den von ihm ausgesendeten Laserstrahl in einem vorbestimmten Winkel auf diese Oberfläche richtet;
- e) Reinigen der zumindest einen zu reinigenden Oberfläche, indem der Laserbearbeitungskopf von dem Roboter automatisch entlang des in Schritt d) ermittelten Bewegungspfads unter Aussendung des Laserstrahls bewegt wird;
wobei die Schritte c) und d) für jede zu reinigende Oberfläche durchgeführt werden.
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Die Führung des Laserbearbeitungskopfes unter Verwendung eines Roboters entlang eines zuvor ermittelten Bewegungspfades hat gegenüber der manuellen Führung den Vorteil, dass während der Durchführung des Reinigungsprozesses bestimmte Parameter exakt eingestellt und eingehalten werden können, wie beispielsweise der Abstand zwischen dem Laserbearbeitungskopf und der zu reinigenden Oberfläche, der Auftreffwinkel des Laserstrahls auf die zu reinigende Oberfläche, die Vorschubgeschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfes oder dergleichen. Auf diese Weise werden gleichmäßig gute Reinigungsergebnisse erzielt. Darüber hinaus kann ein Aufschmelzen der Bauteiloberfläche sicher verhindert werden. Ferner lassen sich weitere Parameter in Abhängigkeit vom Ist-Zustand der zu reinigenden Bauteiloberfläche während der Durchführung der Reinigung variieren, wie beispielsweise die Laserleistung oder die Vorschubgeschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfes, worauf später noch ausführlicher eingegangen wird. Der Schritt c), in dem die Ist-Kontur der zumindest einen zu reinigenden Oberfläche des Bauteils erfasst wird, trägt der Tatsache Rechnung, dass die Geometrien zu reinigenden Oberflächen verschiedener Bauteile, welche konstruktionstechnisch identisch ausgebildet sein sollten, in der Praxis nicht identisch sind. Unterschiede können fertigungsbedingt innerhalb der vorgeschriebenen Toleranzen vorliegen. Vor allem aber können sich geometrische Unterschiede während des Betriebs durch äußere Einflüsse ergeben, beispielsweise durch Verschleiß, Bauteilverzug oder dergleichen. Um trotz solcher geometrischen Unterschiede ein gleichbleibend gutes Reinigungsergebnis zu gewährleisten, wird die Ist-Kontur jeder zu reinigenden Oberfläche erfasst, um basierend auf dieser Ist-Kontur in Schritt d) für die in Schritt e) durchzuführende Reinigung einen optimalen Bewegungspfad für den Roboter und damit für den von diesem geführten Laserbearbeitungskopf zu ermitteln. Unter einem Roboter wird vorliegend ein Gerät verstanden, das über zumindest drei frei bewegliche Achsen verfügt. Bevorzugt wird ein Knickarmroboter eingesetzt, der insbesondere sechs oder mehr Achsen aufweist. Vorteilhaft handelt es sich bei dem Roboter um einen kollaborativen Roboter, der auch als Cobot bezeichnet wird. Ein solcher Cobot zeichnet sich dadurch aus, dass er in unmittelbarer Nähe zum Menschen aufgestellt und mit diesem gemeinsam arbeiten kann. Hierfür verfügt ein Cobot über entsprechende Sensoren, die eine Gefährdung eines in der Umgebung des Cobots arbeitenden Menschen ausschließen, wie beispielsweise die Umgebung des Cobots überwachsende Sensoren, die eine Kollision mit einem Menschen verhindern, indem sie den Cobot ausschalten, sobald eine Kollision detektiert wird.
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Bevorzugt handelt es sich bei dem Bauteil um ein Generator-, ein Dampfturbinen- oder ein Gasturbinenbauteil, insbesondere um ein Bauteil einer Dampfturbine einer Kraftwerksanlage, da sich das Reinigungsverfahren beim Reinigen dieser Bauteile als besonders effektiv erwiesen hat.
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Gemäß einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung ist die Laserstrahlreinigungseinrichtung abseits der das zu reinigende Bauteil aufweisenden Maschine aufgestellt, wobei das Bauteil in Schritt b) zu der Laserstrahlreinigungseinrichtung transportiert und in der Laserstrahlreinigungseinrichtung positioniert wird.
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Vorteilhaft wird das Bauteil in einer Bauteilzuführeinrichtung der Laserstrahlreinigungseinrichtung positioniert, wobei die Bauteilzuführeinrichtung bevorzugt dazu ausgelegt ist, das in dieser positionierte Bauteil um vorbestimmte Achsen zu drehen. Der Einsatz einer Bauteilzuführeinrichtung ist hinsichtlich einer reproduzierbaren Positionierung des Bauteils zweckdienlich. Die Drehbarkeit des von der Bauteilzuführeinrichtung aufgenommenen Bauteils um vorbestimmte Achsen ermöglicht beispielsweise die Reinigung der Oberflächen einander gegenüberliegender Bauteilseiten oder die Bearbeitung von Bauteilbereichen, die in einer einzelnen Bauteilausrichtung für den Roboter nicht erreichbar sind.
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Gemäß einer zweiten Variante der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der Laserstrahlreinigungseinrichtung um eine mobile Laserstrahlreinigungseinrichtung, wobei die Laserstrahlreinigungseinrichtung in-situ am Aufstellort der Maschine bereitgestellt wird, und wobei der Roboter im unmittelbaren Umfeld des Bauteils positioniert wird. Diese Variante zeichnet sich dadurch aus, dass die Dauer der Reinigungsarbeiten und damit die Stillstandzeit der Maschine deutlich verkürzt werden kann, da die Bauteile mit den zu reinigenden Oberflächen nicht ausgebaut und transportiert werden müssen. Auf diese Weise lassen sich in erheblichem Umfang Kosten einsparen.
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Die Erfassung der Ist-Kontur der zumindest einen zu reinigenden Oberfläche erfolgt bevorzugt unter Verwendung eines taktilen und/oder eines optischen Messsystems. Derartige Messsysteme, die vor allem Abstände zwischen sich und einer Oberfläche erfassen und basierend auf den erfassten Abständen die Ist-Kontur der Oberfläche berechnen, sind im Stand der Technik in unterschiedlichsten Varianten bekannt, weshalb auf den Aufbau solcher Messsysteme vorliegend nicht näher eingegangen wird.
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Vorteilhaft erfolgt die Erfassung der Ist-Kontur unter Berücksichtigung bereits vorhandener Bauteildaten, um den Rechenaufwand zur Ermittlung der Ist-Kontur der zu reinigenden Oberfläche zu verringern.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Verschmutzungsgrad der zumindest einen zu reinigenden Oberfläche erfasst und die Reinigung in Abhängigkeit von dem erfassten Verschmutzungsgrad durchgeführt. So lassen sich beispielsweise die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters entlang des Bewegungspfads und/oder die Intensität des Laserstrahls in Abhängigkeit von dem erfassten Verschmutzungsgrad während der Durchführung der Reinigung variieren bzw. automatisch einstellen.
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Die Erfassung des Verschmutzungsgrads kann mittels Inaugenscheinnahme durch das Bedienpersonal erfolgen, wobei der erfasste Verschmutzungsgrad dann als Parameter manuell in eine Steuerung der Laserstrahlreinigungseinrichtung eingegeben wird. Bevorzugt erfolgt die Erfassung des Verschmutzungsgrads jedoch automatisch unter Verwendung einer optischen Messeinrichtung, wobei der erfasste Verschmutzungsgrad dann automatisch an die Steuerung der Laserstrahlreinigungseinrichtung übermittelt wird. Optische Messeinrichtungen, mit denen ein Verschmutzungsgrad einer Oberfläche erfasst werden kann, sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt, weshalb auf deren Aufbau vorliegend nicht näher eingegangen werden soll. Die automatische Erfassung hat zum einen den Vorteil, dass kein in Bezug auf die Beurteilung des Verschmutzungsgrades geschultes Bedienpersonal erforderlich ist. Zum anderen können unter Einsatz optischer Messeinrichtungen aber auch unterschiedliche Verschmutzungsgrade für unterschiedliche Bereiche einer zu reinigenden Oberfläche erfasst werden, so dass Bearbeitungsparameter, wie beispielsweise Vorschub und Laserstrahlintensität, während der Reinigung auch ganz spezifisch für jeden Oberflächenbereich variiert werden können.
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Bevorzugt wird die Bearbeitungsstelle während des Reinigens abgeschirmt, insbesondere unter Einsatz einer an dem Bearbeitungskopf oder am Roboter gehaltenen Abschirmung, um das Bedienpersonal zu schützen. Die Abschirmung kann beispielsweise in Form eines den Laserstrahl umgebenden ovalen Tubus, der den Austritt des Laserstrahls nicht beeinflusst, vorgesehen sein, der am Laserbearbeitungskopf befestigt ist.
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Vorteilhaft werden während des Reinigens von der zu reinigenden Oberfläche abgetragene Partikel und Dämpfe abgesaugt. Auf diese Weise lässt sich das Reinigungsergebnis deutlich verbessern. Als Absaugung wird vorteilhaft eine unmittelbare Absaugung gewählt, also eine solche, bei der die Öffnung des Ansaugstutzens unmittelbar benachbart zum Auftreffpunkt des Laserstrahls positioniert ist, so dass Luft lokal sehr begrenzt angesaugt wird. Eine sogenannte Raumabsaugung ist eher ungeeignet.
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Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Laserstrahlreinigungseinrichtung zum Laserstrahlreinigen von Bauteiloberflächen, umfassend einen Laserbearbeitungskopf, einen den Laserbearbeitungskopf führenden Roboter, insbesondere in Form eines kollaborativen Roboters, ein taktiles oder optisches Messsystems, das zur Erfassung der Ist-Kontur einer zu reinigenden Oberfläche eines Bauteils ausgelegt ist, und eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, einen Bewegungspfad für den Roboter basierend auf einer von dem Messsystem erfassten Ist-Kontur zu berechnen und den Roboter automatisch entlang des berechneten Bewegungspfads unter Aussendung des Laserstrahls zu bewegen.
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Gemäß einer ersten Variante ist die Laserstrahlreinigungseinrichtung dazu ausgelegt, ortsfest aufgestellt zu werden, wobei die Laserstrahlreinigungseinrichtung eine Bauteilzuführeinrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, ein in dieser positioniertes Bauteil um vorbestimmte Achsen zu drehen.
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Alternativ handelt es sich bei der Laserstrahlreinigungseinrichtung um eine mobile Laserstrahlreinigungseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, transportiert und in unmittelbarer Umgebung einer Maschine aufgestellt zu werden, die Bauteile mit zu reinigenden Oberflächen aufweist. So kann die Laserstrahlreinigungseinrichtung dazu ausgelegt sein, unmittelbar benachbart zur Maschine aufgestellt zu werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Laserstrahlreinigungseinrichtung auch dazu ausgelegt sein, direkt an der Maschine befestigt zu werden, beispielsweise an der Teilfuge eines zweigeteilten Gehäuses einer Turbine, wenn die obere Gehäusehälfte abgenommen ist.
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Bevorzugt umfasst die Laserstrahlreinigungseinrichtung eine optische Messeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, den Verschmutzungsgrad einer zu reinigenden Oberfläche automatisch zu erfassen und an die Steuerung zu übermitteln, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, die Laserleistung und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters entlang des Bewegungspfads in Abhängigkeit von dem erfassten Verschmutzungsgrad automatisch einzustellen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist
- 1 eine Längsschnittansicht einer stationären Dampfturbine;
- 2 ein Ablaufdiagramm, das schematisch die Schritte eins Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 3 eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Laserstrahlreinigungseinrichtung während der Erfassung der Ist-Kontur einer zu reinigenden Oberfläche eines Bauteils zeigt;
- 4 eine schematische perspektivische Ansicht, welche eine Laserstrahlreinigungseinrichtung während der Reinigung der zu reinigenden Oberfläche zeigt;
- 5 eine schematische Ansicht, welche eine teilweise Schnittansicht des Bauteils während der Durchführung des Reinigungsvorgangs zeigt;
- 6 eine schematische Ansicht einer abseits der die zu reinigenden Bauteile aufweisenden Maschine aufgestellten Laserstrahlreinigungseinrichtung und
- 7 eine schematische Ansicht einer mobilen Laserstrahlreinigungseinrichtung, die an der in 1 dargestellten Dampfturbine angeordnet ist.
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1 zeigt eine Maschine 1, bei der es sich vorliegend um eine stationäre Dampfturbine mit einer Hochdruckturbine 2, einer Mitteldruckturbine 3 und einer Niederdruckturbine 4 handelt, in denen in einem nicht näher dargestellten Dampferzeuger erzeugter Dampf entspannt wird. Der Aufbau und die Arbeitsweise einer Dampfturbine sind grundsätzlich bekannt, weshalb hierauf nachfolgend nicht weiter eingegangen wird.
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Während Revisionsarbeiten an der Maschine 1 müssen diverse Bauteile auf Fehlerfreiheit und Verschleiß geprüft werden, wie beispielsweise die Turbinenschaufeln 5. Um zerstörungsfreie Prüfungen an den Bauteilen durchführen zu können, müssen die Bauteiloberflächen der zu prüfenden Bauteile vorab von den während des Betriebs entstandenen Verunreinigungen befreit werden. Die Reinigung der Oberflächen soll dabei ohne Beeinträchtigung der Bauteile einen Oberflächenzustand herstellen, der eine zerstörungsfreie Prüfung der Bauteile zulässt. Das bedeutet, dass die Oberflächen der Bauteile nach der Reinigung unversehrt seien und weiterhin ihre mechanische Integrität aufweisen müssen. Die Entstehung von Riefen, Aufschmelzungen oder Beschädigungen jeder Art während des Reinigungsvorgangs muss also vermieden werden. Vorhandene Oberflächendefekte dürfen hingegen durch den Reinigungsprozess nicht verdeckt werden, damit sie im Rahmen der sich anschließenden zerstörungsfreien Prüfung detektiert werden können.
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2 zeigt schematisch den Verfahrensablauf eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das zur Reinigung einer Oberfläche eines Bauteils eingesetzt wird.
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In einem ersten Schritt a) wird eine Laserstrahlreinigungseinrichtung 6 bereitgestellt. Die Laserstrahlreinigungseinrichtung 6 umfasst einen Roboter 7, der vorliegend als Knickarm-Cobot mit sechs oder mehr Bewegungsachsen ausgeführt ist. Weitere Bestandteile der Laserstrahlreinigungseinrichtung 6 sind ein Messsystem 8 und ein Laserbearbeitungskopf 9, die vorliegend wahlweise am freien Ende des Roboters 7 befestigt werden können, um von dem Roboter 7 geführt bzw. bewegt zu werden. Bei dem Messsystem 8 kann es sich um ein taktiles oder ein optisches Messsystem handeln. Vorliegend ist das Messsystem 8 ein optisches Messsystem und umfasst einen Laserscanner, der dazu ausgelegt ist, die Geometrie einer zu reinigenden Oberfläche eines Bauteils zu erfassen, indem insbesondere Abstände zwischen dem Laserscanner und der Bauteiloberfläche bei bekannter Position des Laserscanners ermittelt werden. Die erfassten Daten werden an eine Software übertragen und zu einem 3D-Modell zusammengefügt. Ein taktiles Messsystem 8 könnte beispielsweise einen fingerartig ausgebildeten, entlang der Längsachse bewegbaren Messtaster aufweisen, der beim Überfahren einer zu reinigenden Oberfläche die Abstände ermittelt. Der Laserbearbeitungskopf 9 ist dazu ausgelegt, die Verunreinigungen von einer zu reinigenden Bauteiloberfläche abzutragen. Vorliegend umfasst die Laserstrahlreinigungseinrichtung 6 ferner eine optische Messeinrichtung 10, die den Verschmutzungsgrad einer zu reinigenden Oberfläche automatisch erfasst und diesen an eine Steuerung 11 übermittelt. Bei der optischen Messeinrichtung 10 handelt es sich bevorzugt um ein Kamerasystem, das basierend auf der Farbgebung der zu reinigenden Oberfläche unter Einsatz eines entsprechenden Programms den Verschmutzungsgrad erfasst und beispielsweise in verschiedene Verschmutzungskategorien einstuft. Zudem verfügt das Messsystem 8 vorliegend über eine Absaugeinrichtung 12 mit einem Ansaugstutzen 13. Die Absaugeinrichtung 12 ist dazu ausgelegt, während des Reinigens entstehende Partikel und Gase direkt von der Bearbeitungsstelle abzusaugen.
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In einem zweiten Schritt b) werden dann die in Schritt a) bereitgestellte Laserstrahlreinigungseinrichtung 6 und ein die zu reinigende Oberfläche aufweisendes Bauteil, vorliegend in Form einer Turbinenschaufel 5, relativ zueinander derart positioniert, dass eine zu reinigende Oberfläche 14 der Turbinenschaufel 5 von der Laserstrahlreinigungseinrichtung 6 bearbeitet werden kann, wie es in 3 dargestellt ist.
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In einem weiteren Schritt c) wird die Ist-Kontur der zu reinigenden Oberfläche 14 erfasst. Hierzu ist am freien Ende des Roboters 7 das Messsystem 8 positioniert, siehe 3, das vom Roboter 7 entlang der zu reinigenden Oberfläche 14 geführt wird und diese vollständig scannt. Die von dem Messsystem 8 erfassten Daten werden an eine Software übertragen und dann zu einem die Ist-Kontur der zu reinigenden Oberfläche repräsentierenden 3D-Modell zusammengefügt. Die Erfassung der Ist-Kontur und/oder die Berechnung des 3D-Modells kann/können unter Berücksichtigung bereits vorhandener Bauteildaten erfolgen, beispielsweise unter Berücksichtigung von aus der Konstruktion stammenden CAD-Daten der Turbinenschaufel 5. Bei der Erfassung der Ist-Kontur können solche bereits vorhandenen Bauteildaten dazu dienen, den Bewegungspfad des Roboters 7 während des Scannens zu ermitteln, da angenommen werden kann, dass die durch die Beanspruchung während des Betriebs der Maschine 1 geometrisch veränderte Ist-Kontur der Turbinenschaufel 5 in einem für die Erfassung der Ist-Kontur nicht relevanten Maße von der Soll-Kontur abweicht. Bei der Berechnung des 3D-Modells können bekannte Bauteildaten beispielsweise dazu genutzt werden, um den Rechenaufwand zu verringern und/oder um bestimmte Punkte auf der Oberfläche 14 zuordnen zu können. Während des Schrittes c) wird vorliegend unter Einsatz der optischen Messeinrichtung 10 ferner der Verschmutzungsgrad der zu reinigenden Oberfläche 14 erfasst. Hierzu ist die optische Messeinrichtung bevorzugt ebenfalls im Bereich des freien Endes des Roboters 7 benachbart zum Messsystem 8 angeordnet, so dass das Messsystem 8 und die optische Messeinrichtung 10 in Schritt c) gemeinsam vom Roboter 7 entlang der zu reinigenden Oberfläche 14 bewegt werden und einerseits die Ist-Kontur und andererseits den Verschmutzungsgrad erfassen.
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Im sich anschließenden Schritt d) wird mit geeigneter Software ein Bewegungspfad für den Roboter 7 basierend auf der in Schritt c) erfassten Ist-Kontur der zu reinigenden Oberfläche 14 ermittelt, wobei der Bewegungspfad derart gewählt ist, dass der Laserbearbeitungskopf 9 in einem vorbestimmten Abstand a entlang der zumindest einen zu reinigenden Oberfläche 14 geführt wird und den von ihm ausgesendeten Laserstrahl 15 in einem vorbestimmten Winkel α auf diese Oberfläche 14 richtet.
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Zur Durchführung des Schrittes e) werden vorliegend das Messsystem 8 und die optische Messeinrichtung 10 vom Roboter 7 entfernt und durch den Laserbearbeitungskopf 9 ersetzt, wie es in 4 gezeigt ist. Daraufhin wird die zu reinigende Oberfläche 14 gereinigt, indem der Laserbearbeitungskopf 9 von dem Roboter 7 automatisch entlang des in Schritt d) ermittelten Bewegungspfads unter Aussendung des Laserstrahls 15 bewegt wird. 5 zeigt schematisch die Turbinenschaufel 5, deren Oberfläche 14 unter Einsatz des Laserstrahls 15 von Verunreinigungen gereinigt wird, und zwar vorliegend von einer auf dem Substrat 16 angeordneten Oxidschicht 17 und einer darauf befindlichen Schmutzschicht 18. Die von dem in dem Winkel α auf die zu reinigende Oberfläche 14 auftreffenden Laserstrahl 15 gelösten Partikel sowie die während der Laserbearbeitung entstehenden Gase werden über den Absaugstutzen 13 der Absaugeinrichtung 12 unmittelbar von der Bearbeitungsstelle abgesaugt. Grundsätzlich ist es möglich, die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters 7 ebenso wie die Laserleistung während des Reinigungsvorgangs im Wesentlichen konstant zu halten. Vorliegend werden die Bewegungsgeschwindigkeit ebenso wie die Laserleistung von der Steuerung 11 jedoch in Abhängigkeit von dem von der optischen Messeinrichtung 10 ermittelten Verschmutzungsgrad variiert, um in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades optimale Reinigungsergebnisse zu erzielen.
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Die Schritte c) und d) werden für jede weitere zu reinigende Oberfläche wiederholt, um den Bewegungspfad des Roboters 7 während der Durchführung der Reinigungsarbeiten stets optimal an die tatsächliche Ist-Kontur der zu reinigenden Oberfläche anzupassen.
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Im Ergebnis werden gereinigte Bauteiloberflächen erzielt, die nach der Reinigung unversehrt sind und ihre mechanische Integrität beibehalten haben. Insbesondere wird die Entstehung von Riefen, Aufschmelzungen und Beschädigungen jeder Art verhindert, da der Laserbearbeitungskopf 9 im konstanten Abstand a und Winkel α über die zu reinigende Oberfläche 14 mit vorbestimmter Bewegungsgeschwindigkeit und Laserleistung bewegt wird.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Schritte c), d) und e) auch mit geringem zeitlichen Versatz, also zeitlich einander überlappend durchgeführt werden können. Gleiches gilt auch für die Erfassung des Verschmutzungsgrads. Hierzu müssten das Messsystem 8, der Laserbearbeitungskopf 9, die optische Messeinrichtung 10 und die Absaugeinrichtung 12 zeitgleich in der Laserstrahlreinigungseinrichtung 6 an einem oder an mehreren Robotern 7 positioniert sein, wobei insbesondere die optische Messeinrichtung 10 alternativ auch ortsfest innerhalb der Laserstrahlreinigungseinrichtung 6 angeordnet sein kann, also nicht an einem Roboter 7. Eine solche Bearbeitung in quasi-Echtzeit hat den Vorteil, dass sich die Bearbeitungszeit deutlich verkürzen lässt.
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6 zeigt eine Variante, bei der die Laserstrahlreinigungseinrichtung 6 abseits der die reinigenden Bauteile aufweisenden Maschine aufgestellt ist. Entsprechend muss das zu reinigende Bauteil, hier in Form der Turbinenschaufel 5, in Schritt b) zu der Laserstrahlreinigungseinrichtung 6 transportiert und in dieser positioniert werden. Hierzu umfasst die Laserstrahlreinigungseinrichtung 6 vorliegend eine Bauteilzuführeinrichtung 19, welche die Turbinenschaufeln 5 in Richtung des Pfeils 20 zuführt und dazu ausgelegt ist, die Turbinenschaufeln 5 um vorbestimmte Achsen 21 und 22 drehen. Bauteilzuführeinrichtungen 15 sind im Stand der Technik in unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt, weshalb an dieser Stelle auf eine konkrete Darstellung verzichtet wird. Die Drehbarkeit einer in der Bauteilzuführeinrichtung 19 aufgenommenen Turbinenschaufel 5 um die Achsen 21 und 22 ist dahingehend von Vorteil, dass sämtliche zu reinigende Bereiche der Turbinenschaufel 5 gereinigt werden können, ohne das Bauteil manuell umpositionieren zu müssen.
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7 zeigt eine Variante einer Laserstrahlreinigungseinrichtung 6, die als mobile Laserstrahlreinigungseinrichtung ausgeführt und dazu ausgelegt ist, zum Aufstellort einer Maschine 1 mit zu reinigenden Bauteilen transportiert zu werden. Entsprechend kann die Laserstrahlreinigungseinrichtung 6 in Schritt a) in-situ unmittelbar am Aufstellort der Maschine 1 bereitgestellt werden. Ferner kann der Roboter 7 in Schritt b) im unmittelbaren Umfeld des zu reinigenden Bauteils positioniert werden. Vorliegend ist der Roboter 7 dazu ausgelegt, an der nicht näher dargestellten Teilfuge der Maschine 1 befestigt zu werden, um von dort aus die Turbinenschaufeln 5 zu reinigen. Entsprechend müssen diese nicht ausgebaut werden. Um alle Turbinenschaufeln 5 eines Turbinenschaufelkranzes reinigen zu können, muss der Rotor gedreht werden, an dem die Turbinenschaufeln 5 montiert sind, so dass der vom Laserbearbeitungskopf 9 ausgesendete Laserstrahl 15 die zu reinigenden Oberflächen erreichen kann.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsformen lediglich als Beispiel dienen und den durch die beiliegenden Ansprüche definierten Schutzbereich nicht einschränken.
