激光測(cè)量技術(shù)提高飛機(jī)制造水平

生產(chǎn)質(zhì)量保證是飛機(jī)批量生產(chǎn)所面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。在按照用戶(hù)特別要求所進(jìn)行的制造過(guò)程中，質(zhì)量保證所需的費(fèi)用在日益上升，且變化莫測(cè)。一種高精度和高靈活性的便攜式測(cè)量?jī)x器對(duì)此可以提供幫助。

成立于1939年的Pilatus飛機(jī)制造公司是單引擎螺旋槳渦輪噴氣式飛機(jī)的主導(dǎo)制造廠(chǎng)商之一。它也是瑞士唯一一家從事研發(fā)、制造和向全球各大洲銷(xiāo)售飛機(jī)和教練機(jī)系統(tǒng)的公司。在公司成立70年之后，該公司實(shí)現(xiàn)了歷史上最大的訂貨量。就在這一年，該公司也在質(zhì)量保證方面投入了新的資金：在未來(lái)將采用便攜式激光測(cè)量系統(tǒng)來(lái)確保加工公差范圍。在全球，航空領(lǐng)域上的質(zhì)量要求是最為嚴(yán)格的。而Pilatus公司在飛機(jī)批量生產(chǎn)中所面臨的挑戰(zhàn)是，要把為客戶(hù)量身定做的每一架Pilatus飛機(jī)制造成為藝術(shù)品：確保飛機(jī)的質(zhì)量。由于飛機(jī)擁有成千上萬(wàn)個(gè)必須完美裝配在一起的零件，所有部件必須完美無(wú)缺地符合極高的質(zhì)量要求，因此生產(chǎn)中的質(zhì)量保證成本在不斷增加。在Pilatus系列部件加工中，確保配合精度是至關(guān)重要的。唯有遵守這種生產(chǎn)工藝，用戶(hù)對(duì)制造方面的各種要求才能得到執(zhí)行和驗(yàn)證。

基準(zhǔn)數(shù)值確保一致性

企業(yè)生產(chǎn)能力在很大程度上體現(xiàn)在既能貫徹客戶(hù)的要求，又能達(dá)到高效率和高精度的生產(chǎn)。自2009年年初以來(lái)，Pilatus公司引進(jìn)了API激光跟蹤系統(tǒng)，這項(xiàng)措施極大提升了企業(yè)的制造水平。這種便攜式精密測(cè)量系統(tǒng)在工裝儀表和量規(guī)制造領(lǐng)域里確保具有瑞士的高質(zhì)量。

如同其他跨國(guó)飛機(jī)制造廠(chǎng)商一樣，Pilatus公司也在其各個(gè)不同的生產(chǎn)基地生產(chǎn)飛機(jī)零部件，如機(jī)身、駕駛艙或機(jī)翼。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，測(cè)量點(diǎn)便已經(jīng)被確定下來(lái)，有了這些測(cè)量點(diǎn)，將來(lái)即可對(duì)部件裝配的工裝進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，以達(dá)到非常精確的總裝。

通過(guò)測(cè)量這些點(diǎn)，也確保工裝尺寸與CAD數(shù)據(jù)相一致。有了這些基準(zhǔn)點(diǎn)，諸如由上千個(gè)零件構(gòu)成的機(jī)翼即可實(shí)現(xiàn)精確的裝配，并在關(guān)鍵部件上接受與CAD數(shù)據(jù)是否相符的審核。

難觸及測(cè)量點(diǎn)的有效測(cè)量

由于激光跟蹤系統(tǒng)的組裝和架設(shè)非常靈活，因此，難被觸及到的測(cè)量點(diǎn)也可得到有效的測(cè)量。從測(cè)量技術(shù)角度上看，對(duì)這些困難部位的測(cè)量是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的事情。此前，在沒(méi)有這項(xiàng)新型激光測(cè)量技術(shù)時(shí)，對(duì)于這家瑞士企業(yè)來(lái)說(shuō)，就只能采用坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備，或采用經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)實(shí)際數(shù)值進(jìn)行漫長(zhǎng)的測(cè)量并與CAD數(shù)值進(jìn)行對(duì)比和校準(zhǔn)。

在激光光束打到測(cè)量球的反射面上之后，反射器上的X、Y、Z位置便可立即被計(jì)算和顯示出來(lái)。激光跟蹤儀可以實(shí)時(shí)反映測(cè)量點(diǎn)與CAD模型的偏差，這是實(shí)現(xiàn)有效和精確裝配的前提條件。

當(dāng)然，并非只是工裝尺寸給加工作業(yè)帶來(lái)困難，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性也是測(cè)量技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)。唯有在工裝上設(shè)立為數(shù)眾多的測(cè)量點(diǎn)，Pilatus公司方可確保所生產(chǎn)的駕駛艙完全符合設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。因此在這些工裝上設(shè)有鉆孔，以便接受激光跟蹤系統(tǒng)反射器（SMR）的分布。這些反射器網(wǎng)絡(luò)帶有磁性，它允許一種在頭頂上方的裝配作業(yè)。測(cè)量過(guò)程可以采用遙控進(jìn)行，只需一名操作人員操作。每個(gè)測(cè)量循環(huán)只需寥寥數(shù)秒鐘時(shí)間，即光線(xiàn)抵達(dá)帶有傳感器的測(cè)量點(diǎn)即可。由此可以極大降低測(cè)量成本，以往需要耗時(shí)數(shù)日的測(cè)量，現(xiàn)在只需數(shù)個(gè)小時(shí)即可完成。

鉆孔作業(yè)只是一項(xiàng)常規(guī)的作業(yè)，并不會(huì)造成很高的費(fèi)用。但在飛機(jī)制造行業(yè)，鉆孔則具有重要的意義。在飛機(jī)制造中，不僅可以簡(jiǎn)單地鉆出數(shù)量高達(dá)六位數(shù)的孔，重要的是鉆孔的位置必須要精確，因?yàn)樵阢@孔上需要穿入鉚釘，鉚釘則把鋁質(zhì)飛機(jī)外殼鉚固在骨架（縱梁和肋板）上。在過(guò)去，需要把機(jī)身外殼架設(shè)到骨架上去之后，方可開(kāi)始鉆孔作業(yè)，也在這時(shí)才可把握鉆孔的準(zhǔn)確位置。因此，這種生產(chǎn)流程既極端費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也非常復(fù)雜，必須由內(nèi)而外進(jìn)行。

CNC設(shè)備進(jìn)行精確鉆孔

現(xiàn)在，激光測(cè)量系統(tǒng)則允許另一種省時(shí)省力的工作流程：通過(guò)激光跟蹤測(cè)量?jī)x，CAD系統(tǒng)上的每一個(gè)坐標(biāo)位可以被轉(zhuǎn)化到工裝上。這就可以使機(jī)身外殼在制造過(guò)程中即可在CNC機(jī)床設(shè)備上進(jìn)行精確的鏜孔。由于Pilatus公司生產(chǎn)型號(hào)繁多的飛機(jī)產(chǎn)品，從作為公務(wù)機(jī)和游覽機(jī)或可執(zhí)行特殊空中監(jiān)控和營(yíng)救任務(wù)的PC-12 NG型飛機(jī)，一直到PC-21型單引擎渦輪噴氣式教練機(jī)，高效率的生產(chǎn)對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，具有特別重要的意義。

所有普通旅客所希望實(shí)現(xiàn)的事情，在對(duì)軍事飛行學(xué)員培訓(xùn)時(shí)未必都能夠做到：在正常的飛行中可能遭受很大的負(fù)荷，而在Pilatus教練機(jī)上曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)飛行員在飛行中瞬間加大負(fù)荷的情景。針對(duì)基礎(chǔ)培訓(xùn)、提高和巡航訓(xùn)練而設(shè)計(jì)的PC-21型飛機(jī)順利通過(guò)各種指標(biāo)考核，而沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何缺陷。在極端情況下，飛機(jī)結(jié)構(gòu)可能會(huì)遭受負(fù)荷或變形，但迄今為止，按照規(guī)定所進(jìn)行的各種檢驗(yàn)很難提供相應(yīng)的證明。而通過(guò)采用激光測(cè)量系統(tǒng)，Pilatus公司即可嘗試另一種新的方法。

這種型號(hào)的所有飛機(jī)在其整個(gè)機(jī)身上分布著數(shù)百個(gè)測(cè)量點(diǎn)，這些測(cè)量點(diǎn)在總裝時(shí)要接受精確的測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)被傳送到CAD數(shù)據(jù)庫(kù)里。有了激光跟蹤測(cè)量?jī)x，在飛機(jī)出現(xiàn)某種情況之后，可以在飛機(jī)上對(duì)這些點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)量并與CAD數(shù)據(jù)庫(kù)中的飛機(jī)原始結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，它的好處在于：這種機(jī)型已經(jīng)具有與以往不同的性能和裝配特征，再加上此類(lèi)預(yù)防性的維護(hù)和質(zhì)量保證措施，因此就非常有利于這種教練機(jī)以很低的費(fèi)用，達(dá)到很長(zhǎng)的使用壽命。

運(yùn)動(dòng)中對(duì)負(fù)荷的測(cè)量

Pilatus公司的工程師們已經(jīng)注意到激光測(cè)量系統(tǒng)的其他應(yīng)用領(lǐng)域：該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)測(cè)量能力可以被引申為在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行載荷測(cè)試。這種測(cè)量系統(tǒng)可以對(duì)360°范圍進(jìn)行全方位的測(cè)量，在垂直方向上也可以達(dá)到80～-60的測(cè)量區(qū)域。針對(duì)飛機(jī)制造廠(chǎng)商的各種不同機(jī)型，測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)構(gòu)可以快速完成匹配，測(cè)量系統(tǒng)可以定位在飛機(jī)附近，甚至也可以定位在飛機(jī)的下方。跟蹤測(cè)量頭高度為360mm，重量為8.5kg。測(cè)量系統(tǒng)的體積非常緊湊，它可以減輕對(duì)Pilatus公司所大量擁有的大尺寸復(fù)雜工裝的測(cè)量難度。目前，Pilatus公司已經(jīng)在研發(fā)新的機(jī)型：在PC-21軍用教練機(jī)問(wèn)世之后，將很快又有一種新的民用機(jī)型問(wèn)世。

原產(chǎn)于瑞士的飛機(jī)和教練機(jī)

成立于1939年的Pilatus飛機(jī)制造公司是全球單引擎螺旋槳渦輪噴氣式飛機(jī)的主導(dǎo)制造廠(chǎng)商，也是瑞士唯一一家從事研發(fā)、制造和向全球各大洲銷(xiāo)售飛機(jī)和教練機(jī)系統(tǒng)的企業(yè)。該公司的總部位于Stans，擁有1200多名員工，是瑞士中部地區(qū)最大的企業(yè)之一。其他位于Broomfield（美國(guó)）、Adelaide（澳大利亞）和Altenrhein（瑞士）的獨(dú)立分公司屬于Pilatus-Gruppe集團(tuán)公司旗下。在瑞士統(tǒng)一EN/AS 9100:2003質(zhì)量和管理體系之后，該公司通過(guò)了該質(zhì)量和管理體系的認(rèn)證，其飛行員和機(jī)械師的分級(jí)培訓(xùn)達(dá)到JAR-FCL要求，并獲瑞士聯(lián)邦民航局認(rèn)可。Pilatus公司享有全球40多家獨(dú)立銷(xiāo)售機(jī)構(gòu)和服務(wù)中心的配合與支持。