Công nghệ đo lường cung cấp chìa khóa sản xuất E-Mobility

Nhà máy linh kiện của Volkswagen ở Salzgitter, Đức sản xuất các linh kiện quan trọng cho APP 310, một hệ truyền động điện giúp khả năng di chuyển bằng điện có thể tiếp cận được với nhiều đối tượng khách hàng bắt đầu từ năm nay. Khái niệm stator kẹp tóc cải tiến của truyền động đưa ra những thách thức hoàn toàn mới cho việc đảm bảo chất lượng. Câu trả lời đến từ một giải pháp đo lường từ Giải pháp Chất lượng Công nghiệp ZEISS. Giờ đây, việc sản xuất ổ điện hàng loạt quy mô lớn có thể tiến hành không bị cản trở.

Mô-men xoắn cực đại 310 newton mét, 204 PS và phạm vi hoạt động 550 km. Đây là những thông số kỹ thuật cơ bản trên VW ID.3, chiếc xe sản xuất hoàn toàn bằng điện đầu tiên của Volkswagen. Chiếc xe nhỏ gọn này là chiếc đầu tiên trong loạt xe điện do tập đoàn Volkswagen lên kế hoạch, với những nỗ lực nhất quán để chuyển sang sử dụng điện gần như không có nhà sản xuất ô tô nào sánh kịp. Và tương lai điện của VW sắp trở thành hiện thực: chẳng bao lâu nữa, có tới 500.000 chiếc xe ID.3 dự kiến ​​sẽ lăn bánh khỏi dây chuyền lắp ráp chỉ riêng ở Đức.

Các cơ sở sản xuất bổ sung ở các quốc gia có nhu cầu cao về ô tô điện, chẳng hạn như Trung Quốc, sẽ chứng kiến ​​số lượng này còn tăng hơn nữa. Các bộ phận thiết yếu của bộ truyền động điện APP 310 – một phần của nền tảng ma trận truyền động điện mô-đun (MEB) của Volkswagen – được sản xuất tại nhà máy Volkswagen Group Components ở Salzgitter. Chúng bao gồm rôto và stato. Đối với stato, Volkswagen đã chọn một thiết kế sáng tạo sử dụng công nghệ kẹp tóc. “Điều này cho phép các stato được sản xuất trong thời gian chu kỳ tương tự như được sử dụng trong động cơ đốt trong, nhưng đây không phải là lợi thế duy nhất: Động cơ kẹp tóc mạnh hơn đáng kể so với truyền động điện tiêu chuẩn và nó cũng nhẹ hơn đáng kể,”Philip Kurz, người chịu trách nhiệm thiết kế và thử nghiệm động cơ tại nhà máy linh kiện ở Salzgitter, giải thích. Kurz nói, đây là một công nghệ mà nhiều nhà sản xuất đang nghiên cứu, “nhưng chúng tôi chắc chắn là người đầu tiên đạt được sản xuất hàng loạt quy mô lớn của nó.”

Nhưng một phần thiết yếu của bức tranh ghép hình, đảm bảo chất lượng, ban đầu đã khiến nhà máy gặp khó khăn. Bản chất của các kẹp tóc khiến chúng ta không thể đo chúng bằng các phương pháp xúc giác hoặc quang học thường được sử dụng trong sản xuất động cơ. Vì lý do này, ZEISS đã hợp tác với Volkswagen trong năm qua để phát triển một giải pháp đo lường đáp ứng tất cả các yêu cầu của VW và cho phép nhà sản xuất ô tô bắt đầu sản xuất hàng loạt xe điện theo kế hoạch.

Đảm Bảo Chất Lượng Cho Một Loại Động Cơ Sản Xuất Hoàn Toàn Mới

Stator mới được sử dụng trong APP 310, với tên gọi nội bộ là truyền động điện, sử dụng các kẹp tóc bọc đồng thay vì cuộn dây đồng truyền thống. Trong một quy trình tự động, chúng được uốn thành hình dạng của những chiếc kẹp tóc quá khổ, đúng như tên gọi. Pascal Schmidt, một thành viên của nhóm đảm bảo chất lượng ở Salzgitter, giải thích: Do tính chất của những chiếc kẹp tóc và quy trình được sử dụng để sản xuất chúng, hiệu quả của công nghệ đo lường truyền thống tỏ ra hạn chế. “Đồng dễ bị biến dạng, đó là lý do tại sao chúng tôi không thể sử dụng các phương pháp xúc giác. Ngoài ra, nó sáng bóng và bán trong suốt nên cảm biến quang học khó phát hiện.”

Điều này còn phức tạp bởi thực tế là hình dạng của các chốt trong quá trình sản xuất không khớp với hình dạng của chúng khi chúng được lắp thành một nhóm vào các rãnh trên stato. Và cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, ‘phong bì cài đặt ảo’ yêu cầu một cách tiếp cận hoàn toàn mới để đảm bảo chất lượng trong sản xuất động cơ. Đầu cuộn dây, bao gồm hơn 100 kẹp tóc, phải được quét bằng cảm biến. ảo
phong bì lắp đặt tương ứng với kích thước của vỏ ổ điện và trong mọi trường hợp không được phép để các kẹp tóc tiếp xúc với nó. Do đó, Volkswagen cần tìm một giải pháp đo lường có khả năng xử lý vật liệu kẹp tóc đồng thời có khả năng quét toàn bộ đầu cuộn dây và kẹp tóc ở cả trạng thái sản xuất và trạng thái lắp đặt. Họ cũng cần phát triển một chiến lược đo lường hiệu quả có khả năng đáp ứng tất cả các yêu cầu về chất lượng và an toàn theo luật định và nội bộ của công ty đối với truyền động điện. Khả năng của ổ đĩa đạt tới 16.000 vòng / phút đòi hỏi các thành phần chất lượng cao nhất.

Câu trả lời: Hệ thống đa cảm biến & Thiết bị thích ứng

“Độ chính xác hoàn toàn không phải là vấn đề,” Philip Kurz nhấn mạnh. “Trong sản xuất động cơ truyền thống, đôi khi vấn đề chỉ là một phần nghìn milimét. Dung sai trên ổ điện của chúng tôi nhỏ hơn. Đó là vấn đề về tính khả thi hơn nhiều.” Vào đầu năm 2019, ZEISS và Volkswagen Group Components ở Salzgitter đã bắt đầu một dự án hợp tác với mục đích tìm giải pháp cho những thách thức đảm bảo chất lượng này. “Khi chúng tôi đã xác định các yêu cầu nội bộ đối với cảm biến, rõ ràng là máy đo tọa độ đa cảm biến ZEISS PRISMO là giải pháp lý tưởng,”Kurz nói. Trong cấu hình đã chọn, máy đo tọa độ được trang bị đầu đo quét xúc giác ZEISS VAST XXT, cảm biến dạng quang học ZEISS LineScan và cảm biến ánh sáng trắng màu ZEISS DotScan, cũng như một bộ xoay xoay.

Nếu có thể, VW ưu tiên sử dụng quy trình xúc giác để đo bó các lớp cách nhiệt trên stato, vì đây là phương pháp chính xác nhất. Vỏ cài đặt ảo được kiểm tra bằng ZEISS LineScan. Điều này số hóa đầu cuộn dây ở dạng đám mây điểm, sau đó có thể so sánh điểm này với mô hình CAD mục tiêu. Các kẹp tóc được đo bằng ZEISS DotScan. Để kiểm tra các chốt định vị riêng lẻ trước khi lắp đặt trên stato, ZEISS đã phát triển một thiết bị có khả năng kẹp các chốt định vị để đo chính xác ở cùng một vị trí mà chúng sẽ ở vị trí chủ yếu khi chúng được lắp đặt trên stato. “Đây không phải là một thủ tục mới. Ví dụ, nó cũng được sử dụng trong xây dựng cơ thể. Họ gọi nó là đồ gá chính,” Philip Kurz nói.“Chúng tôi hiện đang áp dụng nguyên tắc này lần đầu tiên vào quá trình sản xuất động cơ.“ Ngoài ra, đối với gói cán màng, ZEISS đã phát triển một thiết bị kẹp cho phép cố định gói này để đo xúc giác có thể tái tạo.

Giải pháp toàn diện, cùng phát triển

Chuyên môn về phần cứng của ZEISS chỉ là một trong nhiều yếu tố thuyết phục Volkswagen hợp tác với họ. Kurz cho biết: “Một điểm quyết định khác đối với chúng tôi là phần cứng và phần mềm hoạt động liền mạch với nhau . “ Tôi làm việc với ZEISS CALYPSO cho tất cả các loại cảm biến. Tất cả dữ liệu đo lường được thu thập ở đó và tôi có thể ghi lại mọi thứ song song trong ZEISS PiWeb. Đây là một giải pháp toàn diện thông minh, ổn định và thân thiện ngoài sức tưởng tượng.”Điều này đặc biệt quan trọng đối với Volkswagen, vì việc đảm bảo chất lượng của hệ truyền động điện được thực hiện ngay trong quá trình sản xuất. Không phải các kỹ sư đo lường, mà là các công nhân sản xuất, những người tiến hành kiểm tra ngẫu nhiên các bộ phận được sản xuất và lắp ráp mỗi ngày. Pascal Schmidt, người giám sát các công nhân sản xuất trong các nhiệm vụ này, cho biết họ được trang bị tối ưu cho việc này: “ Với CALYPSO, ZEISS cung cấp một giao diện rõ ràng với hình ảnh và văn bản cho phép người vận hành chọn những gì anh ta muốn làm. Người vận hành chèn bộ phận cần đo, nhập bộ phận đó từ máy nào, chọn chương trình đo, sau đó phần còn lại sẽ tự động chạy. Hầu như không có gì có thể xảy ra sai sót.”Và ZEISS PiWeb cũng thuyết phục với khả năng tạo các báo cáo đo lường có ý nghĩa một cách nhanh chóng và dễ dàng, đồng thời trực quan hóa rõ ràng dữ liệu đo lường – bao gồm cả chế độ xem CAD, sơ đồ biểu mẫu, hiển thị sai màu và biểu đồ.

Philip Kurz cũng hài lòng rằng Tập đoàn Volkswagen đã tìm ra giải pháp toàn diện cho thế hệ truyền động mới nhất này: “Tôi cần thiết bị tốt từ các nhà cung cấp hiểu rõ những gì đang bị đe dọa. ZEISS tạo ra các sản phẩm nổi bật, được phát triển toàn diện. Những người trong chúng ta khi lập kế hoạch không bao giờ tìm kiếm các thiết bị cụ thể mà tìm kiếm một giải pháp đo lường toàn diện. ZEISS hiểu sản phẩm và nhu cầu đo lường của chúng tôi, đồng thời có thể phát triển trong danh mục đầu tư của mình giải pháp lý tưởng phù hợp nhất với yêu cầu của chúng tôi.”Giờ đây, Volkswagen có thể tập trung vào việc đáp ứng số lượng sản xuất mục tiêu của họ. Các mẫu nền tảng MEB bổ sung, chẳng hạn như SUV điện VW ID.4 và coupe VW ID.5, đã sẵn sàng. Tương lai của hệ truyền động điện kẹp tóc của Volkswagen có rất nhiều ứng dụng tiềm năng — và nhờ các giải pháp đo lường được ZEISS và Volkswagen cùng nhau phát triển, tương lai này hiện đã được đảm bảo.

Để biết thêm thông tin: www.zeiss.com/imt