3D量測｜ATOS Tech News
光學3D量測技術協助空中巴士A350取得認證
馬路科技｜3D量測部門
追求創新，是航天產業的使命
光學量測取代傳統技術
然而，輕質材料和新材料組合必須與傳統材料有相同的高性能、安全性和耐用性，這些材料所製造的部件必須進行集中測試。這幾年，航空航天產業透過非接觸式光學量測系統，取得零件幾何以及 3D 位移和變形數據。除了尺寸與公差分析，還有基於單點或全域的靜態和動態變形檢測，最後是測量數據之優化與模擬設計，以提升飛機的安全性。
A350 必須通過密集的測試才能取得認證。空中巴士(AIRBUS)供應商 FACC 位於奧地利聖馬丁，在複合材料實驗室和測試中心 (CoLT)中，檢測了 A350 纖維複合材料零件。機翼元件的長度超過 6公尺，必須在特殊的測試設施中進行靜態和動態分析，以檢測出長期和峰值負載。由於該組件主要由具有金屬連接的纖維複合材料組成，測試項目還包括損壞容許度測試，驗證設計的品質。
非接觸式測量三維位移和變形
負載、疲勞和損傷耐受性測試提供了關於部件結構行為的信息。除了標準的測量技術外，FACC子公司首次在測試裝置中完全集成了來自GOM的非接觸傳感器。與應變片等傳統方法不同，這兩個PONTOS系統記錄了小翼的三維位移和變形。
測試件總共有8公尺長，2公尺高，3公尺寬，測試座使用了大約110噸鋼材(14公尺長，8公尺高，10公尺寬)。透過15個伺服液壓缸進行負重，由五個軛進行傳動，並兩組PONTOS非接觸式量測儀測量了大約220個點的動態變形，每個點都在x、y和z方向進行了三維分析。此外，超過2000個同步通道測量靜態應變、變形、力、壓力和溫度。
由於實際的A350機體，小翼和翼尖—組件的內部元件被固定在主翼盒上。為了真實地反映這些連接點和主翼盒在測試中的行為，使用了一個假翼盒。它是專門為測試設計的，在材料特性和小翼的連接方面與真正的翼盒相同。
PONTOS 可偵測大約 220 個點的動態變形，每個點都可以進行三維分析。
小翼長8m，高2m，寬3m。測試平台上使用了約 110 噸鋼材。這是FACC 首次在測試中使用GOM 非接觸式量測儀
完整的六自由度(6DoF)分析
在結構測試期間，部件被靜態加載到幾個階段，以模擬飛行期間發生的負載。測試工程師分析了三種情況：最大扭轉和最大負荷向上和向下的情況。在疲勞測試期間，工程師們透過真實的飛行曲線分析部件在一個生命週期內的行為。在靜態和疲勞測試中，應用了載荷係數以考慮到材料特性的變化和部件可能的重量增加。
為了進行損傷容忍測試，小翼在某些點上被刻意損壞。這樣，測試工程師模擬了損害造成的數據，像是冰雹撞擊和鳥類撞擊造成的損壞，以便精確分析在損害負載下對材料和部件的影響。
PONTOS光學量測系統與傳統測量設備如傳感器不同，不緊能夠進行三維位移和變形檢測，同時還測量了實際速度和加速度型變，實現了完整的6DoF數據的評估分析。這樣一來，測試工程師可以準確地看到小翼在環境的移動，以及在哪些點上的顯著變形。
用ATOS進行應變片位置的背投影掃描
通過PONTOS Live軟體模組，測試運行也可以進行實時測量，我們可以直接在軟體中看到測試情況。此外，還可以記錄外部測量裝備的模擬信號，或可以通過數位傳輸的方式傳遞給其他程式，以進行更專業的數據處理。
PONTOS Live光學測量系統也加速了測試流程。例如，由空中巴士和CoLT測試工程師事先確定的200個應變片位置，在一個工作日內就被標記並應用到部件上。為此，GOM在奧地利的經銷商和服務提供商Westcam公司，先將TRITOP攝影測量系統，進行了小翼及其部件量測，在測量數據與CAD對齊後，ATOS三維掃描儀對應變片的位置進行了背投。
在那之前，用量尺從邊緣或孔洞開始確定位置是非常耗費精力的，舉例來說：在前緣的內側，由於大幅度的彎曲，用傳統的方法定位是非常複雜的。使用GOM解決方案，只需很短時間就可完成。新世代的光學量測技術可重複性的檢查應變片的位置，並與CAD數據進行比較，不論是TRITOP攝影量測法或手持式GOM探針量測工具皆可達到目的。
PONTOS系統可以很容易地整合到測試裝置中，由測量標記識別檢查點，並利用光學追蹤的探針確定位置。
量測儀根據測量結果直接將位置投射到翼片上。這些位置在CAD軟體中以可視方式呈現。來自CoLT的工作人員簡單地標記了正確座標，以節省了大量時間。
基於 3D 測量數據的仿真驗證
輕質材料是航空航天工業的重要進展，製造商和供應商對新材料勢必進行密集測試，以確保其性能、安全性和耐用性。3D光學量測系統可以輕鬆整合到不同的測試環境中；透過雲點和全域檢查技術，取得靜態和動態變形的數據。量測結果可立即使用，並顯示在視覺化的圖表、影片和圖像中。
現代飛行器極其複雜，使用 3D 測量數據的一個重要應用是仿真驗證，設計開發過程中的一切都是模擬的結果。為了將模擬與現實進行比較，需要全面的 3D 量測數據，而不僅僅是幾個單獨的信號，有助於用戶能夠查看和改進參數，以及優化當前和未來的設計流程。
運用仿真測試驗證可以減少昂貴的測試運行次數，從而加快產品開發。通過 3D 測量結果可以得出關於安全風險、零件耐用性以及疲勞與老化過程的結論。這不僅增加了安全性，也能夠間接增加產品的壽命。
關於CoLT 複合材料實驗室和測試中心
FACC Operations 為航空業設計、開發與生產纖維複合材料部件和系統的頂尖公司之一。其產品範圍從機身和機翼的結構部件到發動機部件，再到商用飛機、公務機和直升機的完整客艙。
FACC 是所有大型飛機製造商的供應商，包括空中巴士(AIRBUS)、波音、龐巴迪、巴西航空工業公司、蘇霍伊和中國商飛，以及發動機製造商及其供應商。FACC 位於聖馬丁（奧地利）的複合材料實驗室(CoLT)和測試中心於 2013 年開始運營，是協助 FACC 進行最先進的分析、測試和認證纖維複合材料和組件的設施之一。
作者資訊
