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大规模扫描和自动化技术助力eVTOL研发

来源:国际金属加工商情 发布时间:2023-02-24 358
工业金属加工金属加工金属切削机床金属成型机床模具及冲模焊接设备及工具其他金属材料表面处理测量及控制系统 自动化
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电动垂直起降飞机(eVTOL)的设计生产属于创新领域,推动了工程和航空航天及科技行业最优秀人才的发展。eVTOL的大规模采用,必将改变我们的人员和货物运输方式。

电气化的光辉未来将对几十年来最大的两个行业——航空航天和汽车——产生最具影响力的颠覆。在所有制造、设计工程和生产领域以及测量科学(计量学)中,我们都能感受到这一全球性运动的冲击波。消费者对交通领域的实际需求发生了巨大变化,那么卖家现在就应做出选择,如何应对?


上述变化的最大好处,就是它对现状以及长期以来一直盛行的行业规范提出了挑战,很可能成为推动制造生态系统改变的外部动因。电动垂直起降飞机(eVTOL)的设计生产属于创新领域,推动了工程和航空航天及科技行业最优秀人才的发展。eVTOL的大规模采用,必将改变我们的人员和货物运输方式。


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徕卡绝对跟踪仪ATS600 在弗劳恩霍夫制造技术和先进材料研究所
(IFAM)的无人机制造中实现了测量应用。

(图片来源:海克斯康制造智能)


据报道,全世界正在开发的eVTOL概念机已超过了600架。但是,对于这种“按需飞行”新阶段,我们真的做好技术准备了吗?安全和成本是首要问题。在计量领域,我们准备好了新一代复杂的数据采集系统,可以测量、定位和检查捕获真实世界的质量数据。它是现实世界和虚拟世界之间的关键环节,可以实现更智能的制造。但是,为了充分发挥制造潜力,需要整个制造过程的利益相关者都能按需访问这些数据,以确保整个产品生命周期的质量。计量学及其提供的数据、分析报告及其可操作性展望,对于智能制造和精密产品的开发至关重要。


大规模扫描和激光追踪技术


下一代激光追踪器,帮助了大规模扫描技术满足航空航天界严格的精密尺寸控制需求。这些系统不仅实现了测量辅助生产技术,还让业内最聪明的那批人能进行更多的实时反馈创新和机器学习应用。这些进步反过来又提高了数字化转型的水平,使制造业更加智能化。


在大批量手工扫描仪缩小了地面激光扫描仪和计量级解决方案之间差距的同时,另一项技术飞跃却走上了一条不同的道路——海克斯康公司的徕卡绝对跟踪仪(Leica Absolute Tracker)系列中,加入了一台直接扫描激光跟踪仪成员。它是在一个单一坐标系统内采集三维数据的,体积可达60米,可以对航空航天结构表面实现百分百覆盖。单个操作员可以使用徕卡绝对跟踪仪ATS600,在所需的精度范围内按照所需的效率要求扫描物体。这在过去是根本不可能的。


由操作员全面控制流程速度以及被送往计量软件的数据之间的平衡。海克斯康2022年的另一个新产品是一款新的激光跟踪仪,它以前所未有的便携性满足了大规模制造应用希望“随处测量”的趋势。这款特殊的激光跟踪仪,即徕卡绝对跟踪仪AT500,无需电缆,带有热插拔电池,运行时间为6小时。当它与最新的B-Probeplus一起使用时,就是一种探测工具,专门收集大面积测量范围内的隐藏三维点。


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绝对扫描仪是针对智能制造应用而开发的。这些应用要求在自动
扫描单元以及生产线上、近生产线或品控室内的组装中进行高速扫描。


原地测量能力对eVTOL和航空航天业相当重要。它致力于在户外停机坪、工厂内或远程测试地点测量一个不可移动的大型物体。这款激光追踪系统有一个准许进入等级,对户外应用至关重要。因为对eVTOL/无人机技术的严格测试,往往是在户外进行的。对于这种应用,扫描追踪的易用性一直是个大问题。现在这个问题得到了解决。

便携式测量仪正在改变


海克斯康2022年发布的一款独特的跨平台扫描仪实现了另一重大飞跃,它可以与便携式机器臂、激光追踪器和机器人一同使用。这一进步有助于制造商们重新设想在eVTOL原型机的整个产品生命周期以及传统的飞机和空间应用中保证质量。过去,扫描仪要么是独立设备,要么就与单一的接收装置集合在一起,比如便携式机器臂。绝对扫描仪AS1的设计形式,是可以用在便携臂上的,也可以作为手持式扫描仪与激光追踪器一起使用。
操作员用探针来收集关键点,然后在安装扫描仪时,轻触开关滑入扫描模式。这台特殊的扫描仪符合“能够扫描一切”的要求,因为它在默认模式下可扫描99%的表面类型——这是原型机设计及诸多航空航天应用所必须的。


最重要的还有一点,AS1与计量辅助自动化过程中使用的机器人技术跨平台是兼容的。该扫描仪的点采集速率高达120万点/秒,帧速率为300赫兹,符合闭环制造和按需制造的要求。当客户能够实时获得三维测量数据时,这样的智能工具是最完整的。

计量自动化、扫描和软件


对比与数字孪生技术相关的众多进展,航空航天制造商向生产流程数字化的迈进,并没有实现什么巨大的飞跃。虽然他们的目标可能是全方位的:从取消重复性工序上安排的人力,消除人工错误,采用全天候工厂运行流程,到提高总产量。许多情况下,检测尺寸及其他过程往往是发生在制造装配过程之外,但在现今的制造业中,计量学的应用趋势,已明显趋向于在生产流程直接实现品控,增强检测性能,甚至替换传统的“流程中质检”环节。这是一个精密扫描可以发挥巨大作用的领域。


在航空航天设计制造发展过程中,这是一个具有挑战性的高光时刻,因为我们积累的所有技术进步都被应用到eVTOL的前沿领域上了。同时,航空航天公司也开始接受这种新兴的自动化计量,目的是将这些传统的实验室质检工序直接嵌入智能制造设施中。这些新的扫描系统专为测量从起落架到机身的中大型部件而设计,其最新的激光跟踪仪可实现惊人精度。


基于便携式测量系统的自动化解决方案,能助力制造商在车间里实现实验室级别的计量技术——在线、近线、离线均可。简单地说,激光跟踪仪的操作方式很灵活,包括高精度的表面扫描、特征计算以及离散点测量,能实现高质量的制造过程。

用软件改变游戏规则


与旧式测量单元的主要区别,在软件而非硬件。这些新型“扫描单元”由用于机器人自动化、计量报告及测量数据管理平台的复合型软件程序驱动。


现代的机器人自动化软件能够有效规划、编程及控制机器人单元的性能,与更广泛的制造软件生态系统集成更容易,可简化数据采集过程,实现更智能的制造过程。在努力推动交通更加电气化进程的同时,计量辅助自动化也会升级。


现在,新型软件程序可从一个直观界面上协调检测扫描单元的传感器、软件和机器人设备,令自动测量更加方便、高效和可靠。它还需要一个离线编程环境,以最大限度地提高设备利用率,为系统的虚拟调试提供准确的路径模拟。

用户还可在真实扫描单元上快速部署程序。


在软件领域,扫描单元检测的另一特色功能,是一款强大的报告软件解决方案。它将制造商不同的报告工具合并到一个中央位置,能确保关键数据都流向一个工具点,并能按需访问数据。用户从这些数据中可获得更多的信息和分析结果,得到必要的情报,避免数据丢失。


为完成此数据循环,需要一个企业IT解决方案来架构、管理从扫描单元产生的三维测量数据。这项技术填补了质量保证过程中的信息空白,实现了对测量结果、计划、公差、对准系统及分析会议的控制访问。在自动预测(人工智能)功能上也具有重大的创新性,使得质量专业人员能够了解更多有关流程稳定性和潜在公差的信息。航空航天制造商可以利用自动生成的预测信息,在真正的麻烦出现之前就采取行动。


动态eVTOL研发是数字化转型的一个重要启动方向。它是一条新的精准赛道,专为现今及未来发展而设立。大规模扫描技术和计量学辅助的自动化平台,是能令未来eVTOL和航空航天运输方案飞跃的一块跳板。


传统自动化平台的复杂性已经显现。机器人、三维测量系统及关键的支持性软件解决方案确保了丰富的数据采集,并为智能制造打下了立足点。质量流程自动化将成为关键的一步,因为制造商们可以以此解决当前的质量控制挑战,并深入了解未来的智能制造前景。

作者:Joel Martin,海克斯康制造智能北美地区产品销售管理总监


来源:荣格-《国际金属加工商情》

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