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GOM专家谈 新工具引领航空业数字化转型-

企业达到智能化需要经历四个阶段,包括标准化、数字化(数字信息)、智慧型生产和智慧型企业。当下,西方很多国家已经达到了智慧型生产前端,国内则还处在数字化的开始到中期的爬坡阶段。数字化对于航空业意味着安全、效率和降低成本。目前,国内航空航天领域的数字化转型迫在眉睫。

人物介绍:

刘哲 

GOM航天航空行业资深应用专家,毕业于德国斯图加特大学大地测量专业,在苏黎世联邦理工学院和德国宇航中心有工作学习经历,在航空业的自动化三维计量应用中经验丰富。

GOM光学检测技术如何能够助力航空航天业的数字化转型?

当前,对于飞机制造商和系统供应商来说,数字化转型是大势所趋,而“数字孪生”是数字化阶段必须完成的目标。广义的数字孪生要求工厂达到100%的数字化,整个工厂都被复刻在电脑里,由成千上万的传感器在工厂中搜集信息。在发动机预测性维护中,技术人员可以在电脑里模拟飞机运行的状态,通过数据对飞机进行健康监测和预测性维护,并由系统提示发动机需要进行维护、大修甚至报废等操作。这大大提升了飞行安全、提高了维修效率,并且可以大幅降低成本。
而这里,我们谈到的是狭义的数字孪生,或者说是产品的几何数字化孪生。我们的光学三维扫描仪可以快速创建被测零件的准确三维模型,建立“孪生数模”,用于仿真模拟、零件尺寸检测、零件缺陷检测、趋势分析等,以帮助改进设计以及生产工艺。GOM光学三维扫描仪是生成工件数字孪生非常适合的工具。

航空领域更快的产品迭代以及更复杂的零部件结构给测量带来了怎样的挑战?

航空航天领域产品的特点是客户定制要求多、品种多、小批量,导致生产计划安排难度大、库存容易积压、设备利用率不高等。而且,航空航天企业对加工、装配等精度的要求很高。传统的检测采用尺规、高度仪、塞规等。另外,三坐标打点测量在航空航天业中也非常常见。但是,随着航空航天技术的不断发展,涉及的零部件的种类和结构越来越多和复杂,对加工工艺的要求也越来越高。单纯提高检测精度已经无法满足航空航天领域的要求,对检测精度、检测速度及易用性全方位的提升已经成为这个行业新的追求。
 
随着光学测量技术的不断发展,光学扫描坐标测量精度虽然相比接触式测量精度仍有差距,但对比过去数十微米的测量精度已经大幅提升,完全能够满足航天航空领域对精度的要求。而且GOM蓝光条纹扫描仪能够对物件表面进行全域扫描,使得检测效率大大加快,同时获得了更多的可用数据。

GOM的光学测量方案在航空航天领域有哪些特殊的应用以及技术亮点有哪些?

GOM光学测量方案可以满足航天航空领域的各种特殊应用需求。比如,它可以实现对发动机叶片型面和进、排气边的快速精密的测量。航空发动机中叶片的加工质量直接决定发动机的性能,但其形状复杂,尺寸变化大,对检测的要求很高。以叶片型面来说,目前很多厂家还在使用传统的接触式测量手段对工件进行批量测量,但相对于光学扫描系统,其检测速度较慢,测量效率较低,尤其是针对复杂曲面的检测,已经逐渐满足不了现代航空对检测效率的需求。

此外,光学测量在针对叶片边缘、涂层厚度及气膜孔的测量方面也非常有优势,尤其是GOM近年推出了专门针对航空业的ATOS 5 for Airfoil, 拥有更强大的蓝光光源,可在短时间内提供最小细节的高精度3D扫描数据。搭配GOM自主研发的一体化检测软件GOM Blade Inspect Pro,可以在几分钟之内提供表面比较、截面形状和位置检查以及精确的叶片尺寸测量。同时,值得一提的是,我们针对叶片检测的模块由与航空航天行业主机厂合作多年的研发团队完成,其功能和应用更全面,更贴近航空客户的需求。

GOM针对航空航天领域的检测包括手动和自动化方案。目前,越来越多的企业配备了GOM的自动化测量室,搭配GOM虚拟计量室(VMR)软件,设备可以帮助用户自动规划、优化测量路径和刷新报告等,最大化减少编程时间,排除人员干预和环境干预,实现自动化测量设备的一键式操作。同时,在初次做好测量计划后,其模板可直接用于相似零部件的测量,大大节省了测量时间。
另外,扫描数据也可直接用于自适应加工:比如,当我们拿到一个受损的叶盘,可以先利用GOM设备进行整体扫描,通过和理论模型对比,我们可以快速定位需要维修的部分。一个典型的应用场景是,当叶片边缘有缺陷时,我们可以用堆焊、补焊等工艺进行修补,之后对修补后的工件进行扫描,自适应加工软件可以直接根据扫描数据,自动生成刀路,铣削掉多余的部分,最后再次进行扫描,确保加工之后工件的尺寸符合设计要求。这个场景并不只是存在于我们的设想中,我们很多客户已经在实际生产中深度应用了这一自适应流程。

在工业4.0时代,光学检测在航空领域的未来将如何发展?

未来,我们的研究侧重在两个方向:一是要推出更加灵活的自动化方案。目前,航空零件越来越复杂,尺寸越来越多样,我们需要更多更灵活的方案来兼容不同的零件。例如,针对需要大批量处理零件测量任务的航空制造商,GOM自主研发了ATOS ScanBox BPS批量3D测量系统,可以实现零部件的自动上下料,无需操作员干预,可以降低人员成本,同时提高机器利用率。

二是要使用更新的技术来兼容尺寸极小,同时表面极光滑的工件。虽然,GOM近年推出的ATOS 5 for Airfoil拥有更加强大的光源,可以在无需喷粉的条件下扫描所有的涡轮机铸造叶片,以及大部分锻造、机加工压气机叶片。但是航发设计生产企业针对提效减碳的目标在设计上也不断在挑战极限,很多压气机叶片表面很光亮,同时在排气边上只有0.1mm以下的半径,这给光学测量带来了很大的挑战。但是,我们的研发团队正全力以赴,以期通过更加优化的产品服务客户。

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