激光測量技術(shù)提高飛機制造水平

生產(chǎn)質(zhì)量保證是飛機批量生產(chǎn)所面臨的一個挑戰(zhàn)。在按照用戶特別要求所進行的制造過程中，質(zhì)量保證所需的費用在日益上升，且變化莫測。一種高精度和高靈活性的便攜式測量儀器對此可以提供幫助。

成立于1939年的Pilatus飛機制造公司是單引擎螺旋槳渦輪噴氣式飛機的主導(dǎo)制造廠商之一。它也是瑞士唯一一家從事研發(fā)、制造和向全球各大洲銷售飛機和教練機系統(tǒng)的公司。在公司成立70年之后，該公司實現(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：在未來將采用便攜式激光測量系統(tǒng)來確保加工公差范圍。在全球，航空領(lǐng)域上的質(zhì)量要求是最為嚴(yán)格的。而Pilatus公司在飛機批量生產(chǎn)中所面臨的挑戰(zhàn)是，要把為客戶量身定做的每一架Pilatus飛機制造成為藝術(shù)品：確保飛機的質(zhì)量。由于飛機擁有成千上萬個必須完美裝配在一起的零件，所有部件必須完美無缺地符合極高的質(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，用戶對制造方面的各種要求才能得到執(zhí)行和驗證。

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，Pilatus公司引進了API激光跟蹤系統(tǒng)，這項措施極大提升了企業(yè)的制造水平。這種便攜式精密測量系統(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。

如同其他跨國飛機制造廠商一樣，Pilatus公司也在其各個不同的生產(chǎn)基地生產(chǎn)飛機零部件，如機身、駕駛艙或機翼。在設(shè)計過程中，測量點便已經(jīng)被確定下來，有了這些測量點，將來即可對部件裝配的工裝進行嚴(yán)格檢驗，以達(dá)到非常精確的總裝。

通過測量這些點，也確保工裝尺寸與CAD數(shù)據(jù)相一致。有了這些基準(zhǔn)點，諸如由上千個零件構(gòu)成的機翼即可實現(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。

難觸及測量點的有效測量

由于激光跟蹤系統(tǒng)的組裝和架設(shè)非常靈活，因此，難被觸及到的測量點也可得到有效的測量。從測量技術(shù)角度上看，對這些困難部位的測量是一項費時費力的事情。此前，在沒有這項新型激光測量技術(shù)時，對于這家瑞士企業(yè)來說，就只能采用坐標(biāo)測量設(shè)備，或采用經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)，對實際數(shù)值進行漫長的測量并與CAD數(shù)值進行對比和校準(zhǔn)。

在激光光束打到測量球的反射面上之后，反射器上的X、Y、Z位置便可立即被計算和顯示出來。激光跟蹤儀可以實時反映測量點與CAD模型的偏差，這是實現(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)帶來困難，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性也是測量技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)。唯有在工裝上設(shè)立為數(shù)眾多的測量點，Pilatus公司方可確保所生產(chǎn)的駕駛艙完全符合設(shè)計規(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)。測量過程可以采用遙控進行，只需一名操作人員操作。每個測量循環(huán)只需寥寥數(shù)秒鐘時間，即光線抵達(dá)帶有傳感器的測量點即可。由此可以極大降低測量成本，以往需要耗時數(shù)日的測量，現(xiàn)在只需數(shù)個小時即可完成。

鉆孔作業(yè)只是一項常規(guī)的作業(yè)，并不會造成很高的費用。但在飛機制造行業(yè)，鉆孔則具有重要的意義。在飛機制造中，不僅可以簡單地鉆出數(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，因為在鉆孔上需要穿入鉚釘，鉚釘則把鋁質(zhì)飛機外殼鉚固在骨架（縱梁和肋板）上。在過去，需要把機身外殼架設(shè)到骨架上去之后，方可開始鉆孔作業(yè)，也在這時才可把握鉆孔的準(zhǔn)確位置。因此，這種生產(chǎn)流程既極端費時費力，也非常復(fù)雜，必須由內(nèi)而外進行。

CNC設(shè)備進行精確鉆孔

現(xiàn)在，激光測量系統(tǒng)則允許另一種省時省力的工作流程：通過激光跟蹤測量儀，CAD系統(tǒng)上的每一個坐標(biāo)位可以被轉(zhuǎn)化到工裝上。這就可以使機身外殼在制造過程中即可在CNC機床設(shè)備上進行精確的鏜孔。由于Pilatus公司生產(chǎn)型號繁多的飛機產(chǎn)品，從作為公務(wù)機和游覽機或可執(zhí)行特殊空中監(jiān)控和營救任務(wù)的PC-12 NG型飛機，一直到PC-21型單引擎渦輪噴氣式教練機，高效率的生產(chǎn)對于企業(yè)來說，具有特別重要的意義。

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

這種型號的所有飛機在其整個機身上分布著數(shù)百個測量點，這些測量點在總裝時要接受精確的測量，測量數(shù)據(jù)被傳送到CAD數(shù)據(jù)庫里。有了激光跟蹤測量儀，在飛機出現(xiàn)某種情況之后，可以在飛機上對這些點位進行測量并與CAD數(shù)據(jù)庫中的飛機原始結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行比對。對于用戶來說，它的好處在于：這種機型已經(jīng)具有與以往不同的性能和裝配特征，再加上此類預(yù)防性的維護和質(zhì)量保證措施，因此就非常有利于這種教練機以很低的費用，達(dá)到很長的使用壽命。

運動中對負(fù)荷的測量

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

原產(chǎn)于瑞士的飛機和教練機

成立于1939年的Pilatus飛機制造公司是全球單引擎螺旋槳渦輪噴氣式飛機的主導(dǎo)制造廠商，也是瑞士唯一一家從事研發(fā)、制造和向全球各大洲銷售飛機和教練機系統(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）、Adelaide（澳大利亞）和Altenrhein（瑞士）的獨立分公司屬于Pilatus-Gruppe集團公司旗下。在瑞士統(tǒng)一EN/AS 9100:2003質(zhì)量和管理體系之后，該公司通過了該質(zhì)量和管理體系的認(rèn)證，其飛行員和機械師的分級培訓(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多家獨立銷售機構(gòu)和服務(wù)中心的配合與支持。