Các phép đo định hướng sợi quan trọng Đảm bảo tính toàn vẹn của bộ phận composite

Trung tâm Composite của Trung tâm Nghiên cứu Sản xuất Tiên tiến của Đại học Sheffield là một cơ sở hiện đại nhất dành cho nghiên cứu và phát triển sản xuất composite tiên tiến. Dựa trên phần mở rộng dành riêng cho Nhà máy AMRC của Tương lai, tại Rotherham, Vương quốc Anh, nghiên cứu của trung tâm tập trung vào sản xuất và gia công các bộ phận composite, bao gồm các bộ phận lai kết hợp kim loại hiệu suất cao và composite trong một cấu trúc duy nhất.

Sử dụng các phương pháp tiên tiến để sản xuất các bộ phận siêu nhẹ từ vật liệu composite mới hơn là trọng tâm công việc hàng ngày của Trung tâm Composite AMRC. Những vật liệu này ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong ngành hàng không vũ trụ, hàng hải, ô tô và các ngành công nghiệp có giá trị cao khác vì chúng kết hợp độ bền cao với trọng lượng thấp. Tuy nhiên, hiệu suất tuyệt vời này phải trả giá đắt vì những vật liệu tiên tiến này đặt ra nhiều thách thức trong sản xuất.

Các thành phần composite được tạo ra bằng cách xếp lớp các lớp sợi đơn hướng hoặc vải dệt thoi, được xử lý để tạo ra phần rắn cuối cùng. Có một số cách kết hợp các sợi thành một tấm mà sau đó có thể được xếp lớp thành một phần, mỗi cách thường liên quan đến mức độ tự động hóa lớn, chẳng hạn như hệ thống đặt sợi tự động (AFP) hoặc hệ thống bện rô-bốt.

Độ bền của một bộ phận composite phụ thuộc rất nhiều vào sự liên kết chính xác của các sợi mà nó được tạo ra – tất cả là về hướng của sợi. Các sợi được đặt kém có thể dẫn đến một loạt các khuyết tật ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cấu trúc của phần cuối cùng. Việc phát hiện các khuyết tật như vậy, từ các khoảng trống và chồng chéo cho đến sự hiện diện của các vật lạ và mảnh vụn, ở giai đoạn sản xuất tương đối sớm sẽ hiệu quả và tiết kiệm chi phí hơn nhiều so với việc chỉ nhận ra vật liệu có những điểm yếu không thể chấp nhận được khi nó là một phần của một bộ phận hoàn chỉnh .

Điều đó có nghĩa là việc kiểm tra chất lượng trong quá trình lắp đặt có tầm quan trọng sống còn. Việc kiểm tra sợi đã đặt cần được thực hiện giữa quá trình đặt từng lớp để đảm bảo rằng hướng của sợi vẫn nằm trong các thông số yêu cầu trong toàn bộ vật liệu. Với các bộ phận phức hợp dành cho cấu trúc ô tô và hàng không vũ trụ dày được tạo thành từ hàng chục lớp, việc kiểm tra này rõ ràng có thể khá tốn thời gian, đặc biệt khi bạn cho rằng phương pháp kiểm tra đã thiết lập là kiểm tra trực quan được thực hiện thủ công bởi người vận hành với một kính lúp.

Zeeshan Qureshi, Kỹ sư nghiên cứu chính của nhóm Phân tích thiết kế và Tự động hóa tổng hợp tại Trung tâm vật liệu tổng hợp AMRC, giải thích rằng 70% hoặc hơn tổng thời gian của máy được sử dụng bởi loại kiểm tra thủ công này. Qureshi cho biết : “ Đó là một chi phí rất lớn đối với các đối tác của chúng tôi,  đó là lý do tại sao chúng tôi đang nghiên cứu một số hệ thống kiểm tra trong quy trình tự động tiềm năng có thể giúp giảm đáng kể hoặc thậm chí loại bỏ hoàn toàn việc kiểm tra thủ công để họ đạt được năng suất cao hơn trong nhà máy của họ.”

Phát triển các giải pháp mới cho các nhà sản xuất thuộc mọi quy mô trên toàn thế giới là mục tiêu của Trung tâm Hỗn hợp AMRC. Qureshi cho biết: “ Khách hàng của chúng tôi rất đa dạng, từ những công ty hàng không vũ trụ lớn như Airbus, Boeing, Rolls Royce và BAE Systems, cho đến một số OEM ô tô như McLaren và Toyota Motorsport,” Qureshi cho biết. “ Nhưng chúng tôi không chỉ giới hạn trong việc làm việc với các nhà cung cấp OEM hoặc Cấp 1/Cấp 2. Chúng tôi cũng ở đây để giúp đỡ một số doanh nghiệp vừa và nhỏ tại địa phương, giúp họ giải quyết một số vấn đề về sản xuất và thiết kế mà họ đang gặp phải trong các cơ sở của mình và trở nên cạnh tranh hơn trên thị trường.”

Cung cấp cho các doanh nghiệp đó các giải pháp mới tiên tiến là nơi các giải pháp kiểm tra tổng hợp của Hexagon tham gia vào câu chuyện. Nghiên cứu của Trung tâm hỗn hợp AMRC về các khía cạnh kiểm tra sản xuất vật liệu composite bắt đầu bằng một cuộc khảo sát thị trường và hợp tác chặt chẽ với các nhóm khác trong AMRC cũng như các đối tác thương mại, để tìm ra hệ thống nào đang được sử dụng thành công trong các ứng dụng liên quan. Công việc nền tảng này đã thu hút sự chú ý của họ về khả năng của Cánh tay tuyệt đối và các tùy chọn máy quét laze khác nhau của nó.

“Chúng tôi phát hiện ra rằng Hexagon đã phát triển một hệ thống kiểm tra hỗn hợp đặc biệt để đo hướng sợi, mà chúng tôi tin rằng có thể là ứng cử viên tiềm năng để giải quyết một số vấn đề kiểm tra của chúng tôi,” Qureshi cho biết:Họ đã nhanh chóng có thể mang một hệ thống như vậy vào trung tâm để thực hiện một nghiên cứu điển hình – Cánh tay tuyệt đối với Máy quét Laser RS5 và Hệ thống Tầm nhìn 3D.

Vision System 3D là một cảm biến dựa trên máy ảnh có thể phát hiện chính xác hướng của từng sợi composite. Hệ thống sử dụng Cánh tay tuyệt đối để tham chiếu vị trí và kết hợp với các lần quét được thực hiện bằng chức năng quét laze của cánh tay, dữ liệu định hướng sợi quang này có thể được ánh xạ lên mô hình ba chiều của bộ phận đang được kiểm tra bằng nền tảng phần mềm Explorer 3D chuyên dụng.

Nhóm đã nhanh chóng có thể áp dụng hệ thống này cho một số kiểm tra đảm bảo chất lượng kiểm tra theo yêu cầu của các quy trình sản xuất bộ phận composite của họ, chủ yếu là những kiểm tra liên quan đến việc đo hướng sợi của các bộ phận composite. Qureshi cho biết: “ Hệ thống này cho phép chúng tôi xác thực công việc thiết kế và mô phỏng mà chúng tôi thực hiện tại bàn làm việc để đảm bảo ý định thiết kế của chúng tôi đang được sản xuất, vì vậy, nó trở thành một bước xác thực tốt cho quy trình thiết kế và sản xuất của chúng tôi,” Qureshi nói .

  Qureshi cho biết: “Chúng tôi chủ yếu sử dụng hệ thống này để dệt và bện cũng như sau quá trình tạo hình trước. “ Điều đó có thể bao gồm những thứ như dệt 2D, 2.5D và 3D hoặc tạo hình vải khô thành hình dạng cuối cùng bằng các quy trình cơ nhiệt. Khi chúng tôi thực hiện quy trình sản xuất ban đầu đó, chúng tôi có thể mang bộ phận đến máy trạm và chúng tôi sẽ sử dụng hệ thống kiểm tra mới để quét bộ phận nhằm tạo cấu hình 3D của bộ phận mà chúng tôi có. Sau đó, chúng tôi sẽ tiếp tục và chụp ảnh bề mặt mà chúng tôi vừa quét. Bằng cách sử dụng một số thuật toán nâng cao được tích hợp trong phần mềm, sau đó chúng tôi có thể xác định hướng của sợi quang và điều đó có thể cho chúng tôi biết một số lỗi có trong bộ phận.”

“Chúng tôi có thể đưa thông tin đó trở lại phần mềm thiết kế và phân tích của mình để cập nhật các mô hình của chúng tôi với dữ liệu từ bộ phận được sản xuất để thực hiện phân tích mà sau đó chúng tôi có thể so sánh với bộ phận được thiết kế. Điều này cung cấp thông tin có giá trị để so sánh môi trường ‘thực’ và ‘ảo’ mà chúng ta làm việc.”

Nhưng đó không phải là kết thúc của quá trình. Điều quan trọng là dữ liệu kiểm tra này có thể được đưa trở lại quy trình sản xuất để cải thiện hoạt động sản xuất trong tương lai. “Bước đầu tiên, chúng tôi có thể thử sửa một số chương trình và giảm thiểu những lỗi đó thông qua lập trình tốt hơn,”Qureshi nói:Nhưng đôi khi các khuyết tật; chỉ cần đi đến bản chất của hình học hoặc tình trạng của vật liệu, và đối với những loại khuyết tật đó, quy trình sửa chữa thích hợp có thể được thực hiện thay thế, cho dù đó là loại bỏ các lớp hoặc phần cụ thể và chuyển tiếp chúng lên bề mặt. bề mặt một lần nữa.

Từ đó, nó sẽ được bảo dưỡng và xử lý hậu kỳ, tiếp theo là các bộ phận được gửi đi kiểm tra không phá hủy để đảm bảo chúng đáp ứng các thông số đảm bảo chất lượng cần thiết.

Các thuật toán phần mềm mà Vision System 3D được xây dựng dựa trên đó là cốt lõi của những gì làm cho giải pháp này trở thành một giải pháp đột phá như vậy cho AMRC. Qureshi cho biết: “ Explorer 3D có một thuật toán rất phát triển và mạnh mẽ để phát hiện các hướng của sợi quang . “Điều này rất hữu ích đối với chúng tôi vì biết được độ chính xác của hướng sợi của bộ phận của bạn, nó cung cấp cho chúng tôi thông tin rất có giá trị để so sánh với các thiết kế bên ngoài, nhằm so sánh hiệu suất cấu trúc sẽ như thế nào trong sản phẩm được sản xuất. phần.”

“Một trong những lợi thế của việc có hệ thống này là cảm biến cũng có thể được tích hợp với các máy bố trí tổng hợp khác, chẳng hạn như máy AFP, máy bện, khâu hoặc máy dệt 2.5D hoặc 3D mà chúng tôi có trong AMRC,” cho biết Qureshi. “ Vì vậy, về cơ bản, chúng tôi có thể lấy hệ thống, gắn nó vào các hệ thống sản xuất hỗn hợp khác của chúng tôi, điều này sẽ yêu cầu thiết kế một số đồ đạc để gắn cảm biến. Sau khi hoàn thành, chúng tôi có thể dễ dàng tiếp tục và bắt đầu thực hiện kiểm tra trong quá trình hoặc trực tuyến, nhằm giảm hơn nữa thời gian kiểm tra tổng thể mà các đối tác của chúng tôi đang phải đối mặt.”

Để biết thêm thông tin: www.hexagonmi.com