Multisensor CMM điều khiển kiểm soát chất lượng dây chuyền sản xuất nhanh

Kể từ khi chiếc xe Lotus đầu tiên được chế tạo vào năm 1948, công ty đã trở thành ngọn hải đăng trong ngành công nghiệp ô tô về thiết kế và sản xuất những chiếc xe hiệu suất cao ra đời từ thành công huyền thoại trên đường đua. Chiếc xe thể thao mới nhất, Emira, cho đến nay là mẫu xe chính xác nhất mà Lotus từng chế tạo nhờ sự nâng cấp về kiểm soát chất lượng tại nhà máy sản xuất xe thể thao của công ty ở Norfolk, Anh. Nó bao gồm khoản đầu tư vào máy đo tọa độ hai nhánh (CMM) 5 trục HC-90TR từ LK Metrology. Tế bào kiểm tra đa cảm biến, tự động, một phần trong khoản đầu tư trị giá hàng triệu bảng do Lotus thực hiện kể từ năm 2017, mang lại khả năng kiểm tra kích thước tuyệt đối, 100%, không tiếp xúc ở tốc độ dây chuyền sản xuất, cho phép kiểm soát chất lượng theo thời gian thực.

CMM đã cài đặt được lắp đặt sâu một mét vào sàn trên một nền móng đặc biệt. Điều đó có nghĩa là một chiếc xe để kiểm tra được chở trên một phương tiện được hướng dẫn tự động (AGV) có thể tiếp cận khu vực mà không cần bất kỳ thiết bị nâng nào. Máy có thể tích đo được trên danh nghĩa là 6,3 m x 1,6 m x 2,5 m, đủ lớn để chứa cả thùng xe ô tô. Các máy quét chéo ba tia laser tiên tiến được triển khai trên cả hai cánh tay để đo các tính năng tự động trên cả hai bên của xe Lotus Emira cùng một lúc. LK HC-90 được tuyên bố là dòng CMM cánh tay ngang chính xác nhất thế giới, có thể đo với độ chính xác thể tích là 10,0 μm + L/200 và với độ lặp lại 6 μm. Máy kết hợp hiệu suất cao của CMM kiểu cầu với tính linh hoạt của cấu hình tay ngang được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất xe.

CMM hoàn thành các chu trình đo tự động nhanh đến mức có thể theo kịp thời gian TAKT nhanh xác định tốc độ của dây chuyền sản xuất Emira. Tốc độ nhanh cho phép mọi chiếc xe đều được kiểm tra, khiến mẫu xe Lotus này trở thành mẫu xe đầu tiên được hỗ trợ bởi hệ thống kiểm soát chất lượng toàn diện như vậy. Trong hai lần kiểm tra ô tô ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình chế tạo LK HC-90TR, tổng cộng 130 phép đo được thực hiện trong quy trình quét lần lượt mất khoảng 12 phút và 8 phút. Các chu kỳ kiểm tra nhanh chóng để lại nhiều thời gian cho một AGV đã giao khung gầm cho CMM để tải nó và sau đó đưa nó trở lại dây chuyền. Trước khi bắt đầu đo lường, cũng có thời gian để xác minh sự liên kết của ô tô với hệ thống điểm tham chiếu ô tô trong CMM, cũng như để hiệu chỉnh máy quét laze bằng quả cầu hiệu chuẩn chuyên dụng. Về tốc độ và độ chính xác, chúng được thăm dò bằng cảm ứng bằng cách sử dụng các cảm biến được trao đổi tự động bằng các cánh tay từ giá thay đổi tự động. Cảm biến tương tự được sử dụng để thăm dò một số kích thước bên trong quan trọng của thân xe, trong khi máy quét laze thực hiện quét tốc độ cao các khu vực bề mặt dạng tự do.

So với các phương pháp QC truyền thống làm nền tảng cho việc sản xuất những chiếc ô tô thể thao chủ yếu được chế tạo thủ công này, được làm từ các tấm composite nhẹ, công nghệ cao, lợi ích của việc thu thập và số hóa đám mây điểm nhanh trong tế bào LK là rất lớn. Trước đây, một khung mẫu sẽ trải qua quá trình đo lường trực tuyến trên CMM thủ công có một cánh tay được trang bị đầu dò cảm ứng. Ít tính năng hơn sẽ được kiểm tra trong tối đa năm giờ trên một trong vài chục khung xe, thường là một trong vài chục khung gầm, những tính năng này phải được đưa ra khỏi sản xuất và lắp lại sau đó. Có khả năng xảy ra lỗi không chỉ do sự can thiệp của con người mà còn do nhu cầu định vị lại ô tô trong quá trình kiểm tra để bù cho hành trình trục hạn chế của CMM cánh tay đòn. Nghiêm trọng hơn, bất kỳ chiếc xe nào không được kiểm tra giữa các mẫu đều có thể nằm ngoài khả năng chịu đựng,

Tom Mackrill, Giám đốc Chất lượng Kích thước tại nhà máy nhận xét: “ Lotus Emira là chiếc ô tô mới cuối cùng của chúng tôi có động cơ đốt trong, vì chúng tôi sẽ chuyển sang sử dụng hoàn toàn bằng điện trong tương lai. Chúng tôi đang hướng sản phẩm vào phân khúc cao cấp của thị trường toàn cầu, vì vậy cần phải có một quy trình sản xuất rất ổn định để đảm bảo chất lượng xây dựng cao.”

Giải pháp QC cần thiết để phù hợp với tốc độ sản xuất xe

“Tỷ lệ sản xuất mẫu xe này trong năm 2022 cao hơn đáng kể so với năm ngoái, khi chúng tôi ngừng sản xuất các mẫu Elise, Exige và Evora, và đang tăng mạnh. Vì vậy, chúng tôi cần một giải pháp QC không chỉ hỗ trợ độ chính xác cao mà còn đủ nhanh để nhanh chóng tạo ra lượng lớn dữ liệu phù hợp với tốc độ sản xuất. Chúng tôi đã xem xét các công nghệ kiểm tra khác, bao gồm cả những công nghệ liên quan đến nhiều đầu đo gắn trên rô-bốt; tuy nhiên, chúng tôi kết luận rằng rô-bốt, đặc biệt nếu chúng là thiết bị di động, sẽ gây ra nhiều lỗi tiềm ẩn hơn ngoài lỗi của các thiết bị đo lường mà chúng mang theo và sẽ cần một hệ thống đo lường tham chiếu để hiệu chỉnh và sắp xếp lại chúng.”

“Do đó, chúng tôi đã đi đến kết luận rằng CMM tĩnh là cách để sản xuất chiếc ô tô mới của chúng tôi, với cấu hình hai cánh tay đòn và máy quét chéo laze cung cấp tốc độ đo lường cần thiết.”

Ông nói thêm rằng độ tin cậy và khả năng lặp lại đang thúc đẩy chất lượng kích thước của Emira bằng cách cung cấp dữ liệu trở lại dây chuyền sản xuất để xác thực và kiểm soát quy trình, đảm bảo mỗi chiếc xe đều được chế tạo ngay từ lần đầu tiên. Phản hồi như vậy đặc biệt quan trọng đối với cơ sở đóng khung bảng tổng hợp do khả năng thay đổi trong các liên kết dính.

Máy quét Laser định vị vô hạn

Các cổ tay CNC hai trục Renishaw PHS-2 mang máy quét laze có thể xoay liên tục và có khả năng định vị vô hạn, không giống như các đầu dò thông thường chỉ điều chỉnh theo các bước tăng dần. Do đó, mỗi máy quét có thể được đặt theo góc rất chính xác trong suốt chu kỳ kiểm tra, cho phép định vị tối ưu cả bên trong và bên ngoài khung để thu thập nhanh chóng dữ liệu dạng tự do và hình học. Khi ở bên trong xe, PHS-2 có thể xoay dưới sự điều khiển của chương trình để nhìn ra bên ngoài phần bên trong thân xe để thực hiện các phép đo. Các chương trình DMIS kiểm soát mỗi cánh tay về cơ bản là hình ảnh phản chiếu của nhau, với các chuyển động bổ sung được chèn riêng để giải quyết những khác biệt nhỏ duy nhất cho mỗi bên của thân xe.

Máy quét chéo Nikon XC65DX-LS với ba đường laze chụp theo một hướng duy nhất và quét vượt qua lượng dữ liệu gấp ba lần so với máy quét laze một đường có thể thu được. Nó cho phép các chu kỳ kiểm tra ngắn trên LK HC-90TR để hỗ trợ kiểm soát chất lượng 100 phần trăm thân máy Emira. Công nghệ tích hợp có nghĩa là cảm biến không bị ảnh hưởng bởi màu sắc hoặc độ phản xạ của những gì đang được đo. Nó cũng cung cấp khả năng điều chỉnh cài đặt tự động, theo thời gian thực không chỉ giữa các vạch laser liên tiếp mà còn cho các điểm riêng lẻ dọc theo mỗi vạch. Biến thể LS của máy quét có nghĩa là nó có khoảng cách xa hơn, lên tới 170 mm, cho phép nó tiếp cận các tính năng khó tiếp cận.

Kiểm tra thân xe hai giai đoạn

AGV vận chuyển mọi Emira đến CMM từ dây chuyền sản xuất, cả sớm từ khi kết thúc dây chuyền đóng khung (giai đoạn 1) và khi phương tiện được lắp ráp hoàn chỉnh (giai đoạn 2). Nó được ký gửi mà không cần can thiệp thủ công vào carline và một đầu đọc mã vạch, được gọi là hệ thống viết mã, xác minh số nhận dạng, màu sắc của xe, cho dù đó là tay lái bên phải hay bên trái và liệu chương trình đo lường giai đoạn 1 hay giai đoạn 2 có nên được chạy hay không. Chiếc xe ở tình trạng giai đoạn 1 không có thân xe màu trắng thông thường, vì các tấm thân xe đã được sơn và cột lái và hệ thống dây điện đã được đặt sẵn.

Sau khi tự động hiệu chỉnh máy quét laze, chúng sẽ thực hiện 130 phép đo xung quanh xe trong hai giai đoạn để đánh giá độ chính xác của xe. Các điểm treo và lắp động cơ là những khu vực quan trọng để kiểm tra. Việc kiểm soát khoảng cách giữa các tấm và khoảng cách là đặc biệt quan trọng, vì khoảng cách giữa các tấm ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cảm nhận của chiếc xe trong phòng trưng bày.

Các chương trình phần lớn được tạo tự động từ các mô hình CAD của Emira trong phần mềm LK CAMIO. Nó đảm bảo các máy quét laze di chuyển dọc theo các đường sao cho các bề mặt được đo luôn nằm trong tầm nhìn của chúng. Các đám mây điểm nhiễu thấp được chụp được lọc để tạo ra các mắt lưới mịn, có độ chi tiết cao, có thể được căn chỉnh để cho phép so sánh dữ liệu đo được với mô hình CAD. Các công cụ kiểm tra được bao gồm để trích xuất tính năng thông minh, dung sai GD&T và phân tích hồ sơ, được hỗ trợ bởi phản hồi kết quả nhanh chóng cho dây chuyền sản xuất và báo cáo toàn diện.

Lotus Cars đã chọn triển khai giải pháp đo lường hai giai đoạn, ngoại tuyến, trong quá trình này vì nó phù hợp nhất với nhu cầu của công ty. Tuy nhiên, trong các tình huống khác, một chiếc HC-90TR trở lên có thể được định vị trong chính dây chuyền sản xuất, kiểm tra kích thước trước khi phương tiện chuyển sang hoạt động chế tạo tiếp theo. Các ứng dụng ngoại tuyến khác bao gồm kiểm tra chất lượng và kiểm tra xác minh.

Giải pháp tự động hóa chìa khóa trao tay

Tế bào đo lường đã được LK lắp đặt và đưa vào hoạt động tại nhà máy ở Vương quốc Anh vào tháng 1 năm 2021, trước khi bắt đầu sản xuất ở Emira. Thiết bị tự động đã góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm hàm lượng chi phí lao động của ô tô bằng cách đảm bảo rằng việc kiểm tra kích thước kiểm soát quy trình sản xuất, thay vì chỉ đơn thuần xác định tính tuân thủ của dữ liệu đo được. Nó đang thúc đẩy chiến lược sản xuất để cải tiến liên tục các bộ phận riêng lẻ và toàn bộ quy trình với mục tiêu sản xuất không có lỗi, đây là toàn bộ mục đích của Công nghiệp 4.0 mà phần cứng và phần mềm LK tương thích.

Ông Mackrill kết luận: “ Lotus chưa từng làm việc với LK trước đây nhưng tôi đã có kinh nghiệm về thương hiệu CMM trước đó trong thời gian làm việc tại một nhà máy ô tô khác. Khi chúng tôi đã quyết định rằng tiêu chuẩn vàng của phép đo tọa độ tĩnh là lộ trình đo lường chính xác để chúng tôi thực hiện, chúng tôi đã xem xét một số đề xuất từ ​​các nhà cung cấp tiềm năng khác nhau. LK nổi bật là tốt nhất về công nghệ cao cấp. Cấu trúc gốm của máy mang lại sự ổn định tuyệt vời kết hợp với trọng lượng nhẹ cho độ chính xác và tốc độ. LK đã cung cấp một giải pháp chìa khóa trao tay, đa cảm biến, được cấu hình đầy đủ hoàn chỉnh với các chương trình và phụ kiện đo dự thảo đầu tiên. Chỉ có những đồ đạc hỗ trợ thân xe là do chúng tôi cung cấp”.

Để nhấn mạnh niềm tin mà Lotus Cars dành cho LK, nhà sản xuất xe gần đây cũng đã đầu tư vào bốn CMM nữa, tất cả đều là máy kiểu cầu nhỏ hơn, cho bộ phận Kết cấu nâng cao Lotus gần đó. Được sử dụng để kiểm soát chất lượng các bộ phận khung gầm, khoản đầu tư bổ sung bao gồm ba máy LK ALTERA M với phạm vi đo lần lượt là 3 m x 2 m x 1,5 m, 2 x 1,5 x 1,2 m và 1,5 m x 1,0 m x 0,8 m và lớn hơn, độ chính xác cao hơn LK ULTIMA CMM với khối lượng kiểm tra 4 m x 2 m x 2 m.

Để biết thêm thông tin: www.lkmetrology.com