Radar Laser báo trước một sự thay đổi mô hình trong đo lường ô tô

Nikon Metrology, một bộ phận của Tập đoàn Nikon đa quốc gia của Nhật Bản, đã ủng hộ và triển khai phép đo tuyệt đối, tự động tại xưởng sản xuất trong nhiều năm. Một sản phẩm mà nó cung cấp là Radar Laser. Phiên bản mới nhất, APDIS, là một bước tiến đáng kể trong quá trình phát triển của công nghệ và đặc biệt phù hợp để sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô.

Radar Laser có thể bắt nguồn từ đầu những năm 1990. Vào đầu những năm 2000, nó đã được các OEM của ngành hàng không vũ trụ và chuỗi cung ứng của họ áp dụng để hỗ trợ sản xuất và lắp ráp cấu trúc khung máy bay. Nó đã rất thành công nhờ khả năng thu thập dữ liệu chính xác, có thể theo dõi tự động, không tiếp xúc ở các tọa độ tuyệt đối trên phạm vi dài và trên một trường quan sát rộng mà không cần chuẩn bị bề mặt.

Do những thuộc tính này, ngành công nghiệp ô tô đã xác định các cơ hội sử dụng Radar Laser làm hệ thống đo tọa độ tự động. Sau khi triển khai ban đầu tại nhiều nhà máy ô tô khác nhau, Nikon Metrology bắt đầu phát triển công nghệ này hơn nữa để làm cho công nghệ này thậm chí còn hiệu quả hơn khi sử dụng trong lĩnh vực này dựa trên sự tư vấn và phản hồi từ những người dùng đầu tiên đó và toàn ngành công nghiệp ô tô.

Kết quả là sự ra mắt của APDIS vào cuối năm 2020. Phần giới thiệu minh họa hoàn hảo những lợi ích của sự hợp tác chặt chẽ mà Nikon Metrology tìm kiếm với khách hàng và đối tác của mình trong quá trình phát triển các giải pháp đo lường. Trong trường hợp này, APDIS cải thiện các tính năng cốt lõi giúp Radar laze trở thành một công cụ có giá trị trong đo lường ô tô. Các phép đo nhanh hơn, xử lý dễ dàng hơn, gắn rô bốt được cập nhật và giao diện người dùng được cải thiện, tất cả tạo ra một sản phẩm tốt hơn cho các ứng dụng ô tô trong khi vẫn duy trì phương pháp đo không tiếp xúc, độ chính xác cao, tuyệt đối.

Nhà máy sản xuất ô tô điển hình không giống như môi trường phòng sạch trong sản xuất máy bay, nhưng APDIS có thể đối phó với nhiều điều kiện môi trường và sàn nhà xưởng. Hơn nữa, việc sản xuất phương tiện được tự động hóa cao, vì vậy hệ thống đo lường cũng phải có khả năng bắt kịp tốc độ bằng cách cung cấp khả năng thu thập dữ liệu tự động, nhanh chóng. Với Radar Laser APDIS, có thể thu được hàng chục phép đo tính năng từ một vị trí duy nhất một cách nhanh chóng và hiệu quả. Điều này mang lại lợi ích cho các ứng dụng hoàn toàn tự động, được gắn rô-bốt bằng cách đơn giản hóa rất nhiều việc lập trình và sửa đổi dẫn đến vận hành nhanh gọn và linh hoạt.

Sự phát triển hữu cơ của đo lường trong lĩnh vực ô tô

Đo lường tự động để hỗ trợ sản xuất xe bắt đầu vào những năm 1980 khi các nhà sản xuất bắt đầu giới thiệu máy đo tọa độ có thể lập trình (CMM) trong phòng kiểm tra tách biệt với dây chuyền sản xuất. Máy rất tốt trong việc đo chính xác ở tọa độ tuyệt đối, nhưng gây ra sự chậm trễ về thời gian khi vận chuyển các bộ phận và cụm lắp ráp để kiểm tra và cũng do chu kỳ đo chậm.

Cơ sở này đã cố gắng hỗ trợ quá trình tiền sản xuất, ra mắt phương tiện và sản xuất số lượng lớn, thường được yêu cầu phân tích chuyên sâu, tốn nhiều thời gian để giải quyết một vấn đề cụ thể. Kết quả là nó thường bị thắt cổ chai, vì vậy có xu hướng tăng tốc mọi thứ bằng cách lấy ít điểm đo hơn. Tuy nhiên, trong một quy trình sản xuất được phân phối thông thường, hơn hai phần ba số mẫu sẽ đến từ phần ± 1 sigma của phân phối, cho thấy rằng các bộ phận tốt đang được sản xuất. Tỷ lệ đo lường bộ phận thấp với ít điểm đo lường hơn trên mỗi bộ phận có nghĩa là xác suất các bộ phận kém chất lượng được chọn để đo lường là tương đối thấp, mang lại cái nhìn sai lệch về tình hình thực tế và có khả năng che giấu cả sự biến thiên do nguyên nhân chung và nguyên nhân đặc biệt, cho đến khi nó tự biểu hiện ở khách hàng (nội bộ hoặc bên ngoài) là lỗi.

Do đó, CMM truyền thống có thiếu sót nghiêm trọng khi là giải pháp một hệ thống bao gồm kiểm soát quy trình. Vào thời điểm các vấn đề và lỗi được phát hiện, nhiều phương tiện bị lỗi có thể đã đi qua dây chuyền sản xuất. Tùy thuộc vào bản chất của vấn đề, có rủi ro là nhân viên có thể bỏ qua thực tế là một số phương tiện bị lỗi và để chúng đi vào sản xuất cuối cùng.

Vào giữa những năm 1990, đã có một nỗ lực hợp tác trong ngành giữa các nhà sản xuất và nhà cung cấp thiết bị đo lường để thực hiện kiểm soát chất lượng trong dây chuyền. Ban đầu, các CMM được triển khai trong dây chuyền sản xuất để không phải tháo các bộ phận và cụm lắp ráp. Mặc dù là một giải pháp hợp lý, nhưng việc thiếu kiểm soát khí hậu (quan trọng đối với độ chính xác) cùng với tốc độ tương đối chậm và bản chất xúc giác của phép đo, có nghĩa là đây là một giải pháp cuối cùng không thành công. Sau đó, một phương pháp thay thế đã được phát triển, điển hình là sử dụng công nghệ tam giác laser. Ở đây, nhiều cảm biến được cố định trên một khung thép lớn, khung này bao quát toàn bộ tổ hợp được đo và cung cấp phép đo nhanh hơn, thường xuyên hơn – mặc dù chỉ là tương đối –.
tính năng.

Nhược điểm của giải pháp này là các cảm biến là tĩnh và các OEM bắt đầu yêu cầu các cảm biến gắn trên robot một cách tự nhiên để mang lại sự linh hoạt hơn. Cải tiến này cũng cho phép đo lường một số bộ phận và cụm lắp ráp trước đây đã bị bỏ qua (vì lý do chi phí) chẳng hạn như cụm đóng cửa (cửa, mui xe và nắp boong). Các ô ”ngoại tuyến” đã được triển khai, trong đó một số phần đóng được sản xuất được đo trên cơ sở mẫu để mở rộng phạm vi tiếp cận của phương pháp kiểm soát chất lượng hiện có. Các tế bào cảm biến gắn rô bốt nội tuyến và ngoại tuyến này không chỉ giới thiệu một hệ thống đo lường khác, với độ chính xác giảm do sự thay đổi vị trí và nhiệt độ của rô bốt mà còn bổ sung yêu cầu lập trình rô bốt quan trọng. Tuy nhiên, quan trọng nhất, vẫn cần phải loại bỏ nhiều bộ phận hơn khỏi sản xuất theo định kỳ và vận chuyển chúng đến phòng kiểm tra để xác minh các phép đo nội tuyến (hoặc ngoại tuyến) – cái gọi là ‘mối tương quan’. Đó chính là điều mà các nhà sản xuất muốn tránh, vì nó đã quay ngược thời gian.

Sự ra đời của loại đo lường cảm biến gắn trên rô-bốt này đồng thời tạo ra một vấn đề khác. Bằng cách sử dụng rô-bốt để di chuyển các cảm biến, có xu hướng thêm quá nhiều điểm đo chỉ vì điều đó là có thể. Ngoài ra, có một đặc điểm là tiền đã được chi cho việc triển khai thiết bị kiểm tra linh hoạt, nên tận dụng tối đa khoản đầu tư đó bằng cách sử dụng nó để trích xuất càng nhiều thông tin đo lường càng tốt. Nó nhanh chóng vượt khỏi tầm kiểm soát, vì dữ liệu phải được tương quan và phân tích, dẫn đến nhu cầu về nguồn lực quản lý và vận hành ngày càng tăng, làm tăng chi phí.

Bất kể phương pháp được OEM chọn để kiểm soát chất lượng các bộ phận và cụm lắp ráp của xe, vẫn có yêu cầu đo lường các hạng mục khác trên sàn nhà máy, chẳng hạn như đồ gá lắp ráp và dụng cụ.

Việc vận chuyển thiết bị này đến phòng CMM đơn giản là không thực tế và công nghệ nội tuyến mới không phù hợp với nhiệm vụ vì dữ liệu tuyệt đối được yêu cầu. Cần có một công cụ đo lường riêng biệt (về bản chất thường là thủ công) và sử dụng các kỹ thuật đo lường khác với những kỹ thuật đã được CMM và thiết bị nội tuyến sử dụng. Ở giai đoạn này, có thể có một hoặc nhiều CMM trong bộ phận kiểm tra, có thể là một hoặc hai hệ thống gắn rô-bốt trong và gần dây chuyền sản xuất và một hệ thống riêng để kiểm tra đồ gá và đồ gá. Vấn đề trở nên tồi tệ hơn. Khoảng năm 2007, các nhà sản xuất xe bắt đầu xem xét kỹ lưỡng phép đo khe hở và độ phẳng, dựa trên báo cáo của ngành đã đạt được sức hút thực sự. Sự xuất hiện trực quan của bên ngoài của chiếc xe ngày càng trở nên quan trọng, vì nó được coi là một chỉ báo về chất lượng xuyên suốt và có khả năng tăng doanh số bán hàng. Người ta cũng nhận ra rằng sự phù hợp chính xác của các cụm đóng giúp tiết kiệm vật liệu về mặt giảm các yêu cầu bảo hành liên quan đến đóng cửa cứng, tiếng ồn của gió và nước xâm nhập.

Thiết bị đo lường nội tuyến hiện tại có thể được sử dụng để đo khe hở và độ tuôn ra không? Về lý thuyết là có, nhưng các sản phẩm đang nổi lên trên thị trường cho loại ứng dụng này, được phát triển riêng cho nhiệm vụ này. Các nhà sản xuất hầu như bắt buộc phải mua một hệ thống như vậy – có khả năng là trong cả quy trình sản xuất thân xe màu trắng và quy trình lắp ráp cuối cùng. Vì vậy, một hệ thống đo lường khác đã kết thúc trên sàn nhà máy cùng với tất cả những hệ thống khác.

Trong vòng 10 năm qua, các nhà sản xuất cũng như nhà cung cấp ngày càng nỗ lực hướng tới cùng một mục tiêu: một cách cung cấp dữ liệu đo lường ‘tuyệt đối’ trong quy trình sản xuất. Đây là mục tiêu cuối cùng của hầu hết các OEM: dữ liệu tuyệt đối, có thể theo dõi được cung cấp kịp thời mà không loại bỏ một bộ phận nào khỏi quy trình sản xuất. Nhiều phương pháp khác nhau đã được phát triển, mỗi phương pháp có cách tiếp cận vấn đề cụ thể của riêng chúng. Mỗi hệ thống cũng có xu hướng có phương pháp hiệu chuẩn và xác minh riêng, như một phương tiện để chứng minh tính hiệu quả của chúng. Tuy nhiên, cuối cùng tất cả chúng đều có xu hướng được ‘xác nhận’, thông qua so sánh với CMM thực vật, mà thậm chí ngày nay vẫn cung cấp tài liệu tham khảo trong Body Shop.

Một yếu tố chung, liên quan đến sự phát triển này trong BIW Metrology, là mỗi khi một kỹ thuật đo lường mới được thêm vào, nó sẽ làm tăng chi phí không chỉ do chi tiêu vốn mà còn do nhu cầu thuê và đào tạo nhân viên để vận hành và bảo trì nó. Các quyết định phải được đưa ra ở đâu để thực hiện các phép đo và hệ thống phải được tích hợp vào môi trường tự động để phù hợp với quy trình sản xuất tổng thể. Thời gian trôi qua, ở mỗi bước các phương pháp đo lường khác nhau đã được giới thiệu và nhiều công việc hơn đã được tạo ra. Ngày nay, có thể có tới tám hoặc chín loại phương pháp đo lường khác nhau trong Sản xuất BIW, một số trong số đó thường không được sử dụng đúng mức. Thay vì tăng cường theo đuổi sự chính xác,

Mục tiêu – Một hệ thống đo lường phổ biến, có độ chính xác cao cho mọi ứng dụng

Nikon Metrology khẳng định rằng CMM và hầu hết các kỹ thuật đo lường khác xung quanh nhà máy sản xuất phương tiện có thể được thay thế bằng hệ thống đo tọa độ Radar Laser thế hệ tiếp theo, APDIS. Giải pháp đo ổn định, không phụ thuộc vào nhiệt độ, tuyệt đối, không tiếp xúc là một tham chiếu trung tâm đáng tin cậy, chính xác như CMM truyền thống. Nó báo trước sự chấm dứt tâm lý silo phổ biến, theo đó các công nghệ đo lường riêng lẻ khác nhau hoạt động ở các khu vực riêng biệt trong nhà máy, với tất cả các vấn đề về giao tiếp gây ra.

Xu hướng trong ngành công nghiệp ô tô hướng tới chất lượng cao hơn, các sản phẩm được tùy chỉnh và kiểm tra hoàn toàn tự động, với mục tiêu là Chất lượng 4.0. Công cụ đa năng plug-and-play APDIS, bằng cách thay thế nhiều phương pháp đo lường, hài hòa nỗ lực triển khai và hỗ trợ các hướng di chuyển này trong tất cả các bộ phận của nhà máy. Việc thu thập dữ liệu được ưu tiên hơn là đo lường, tương quan và xác nhận liên tục nhờ có một nền tảng đo lường chung và một ngôn ngữ duy nhất chỉ yêu cầu một phần mềm phân tích. Lý tưởng cho việc kiểm tra lặp đi lặp lại các đối tượng phức tạp với bất kỳ màu sắc nào và nhiều loại vật liệu mà không cần chuẩn bị bề mặt, đồng thời có thể đo ngay cả những khu vực khó tiếp cận mà không cần mục tiêu quang điện ảnh, tấm phản xạ ngược hoặc đầu dò cầm tay, APDIS có phạm vi hoạt động từ một nửa một mét, cho phép cài đặt nhỏ gọn trong khi duy trì an toàn bộ phận. Tính linh hoạt trong cài đặt được đảm bảo bằng cách có các giao diện lắp đặt tiêu chuẩn và bộ điều hợp rô-bốt cải tiến. Máy ảnh HD mới và hệ thống quang học cải tiến của Nikon mang lại trải nghiệm người dùng tốt hơn nhiều và cái nhìn rõ ràng về những gì đang được đo.

Với khả năng và độ chính xác về tốc độ được nâng cao, rõ ràng Lader Radar có thể được sử dụng để thay thế CMM cả trong bộ phận kiểm soát chất lượng cũng như trên khu vực phân xưởng, trong dây chuyền, gần dây chuyền hoặc trong các khu vực lắp ráp phụ. Với dữ liệu nội tuyến chính xác, có thể theo dõi, các kế hoạch đo lường giảm thiểu hoặc lấy mẫu có thể được sử dụng với tùy chọn kiểm tra đầy đủ hơn trong thời gian tạm dừng sản xuất, giảm nghi ngờ về lỗi và loại bỏ nhu cầu so sánh và tương quan với thiết bị chính. Có thể dễ dàng tháo APDIS khỏi giá treo tĩnh hoặc rô-bốt và được sử dụng như một thiết bị đo lường di động cho đồ gá, đồ gá và công việc điều tra trong môi trường sản xuất.

Do đó, tất cả các vấn đề về đo lường đã tích tụ trong các nhà máy sản xuất phương tiện trong hơn 30 năm qua có thể được giải quyết nhanh chóng bằng cách sử dụng công cụ đa năng đo tọa độ có độ chính xác cao, linh hoạt, mạnh mẽ phù hợp với các môi trường xưởng sản xuất này với mức bảo vệ IP54. Chi phí hoạt động có thể được giảm đáng kể bằng cách áp dụng nó.

Để biết thêm thông tin: www.nikonmetrology.com

Bài viết trên là từ sách trắng của Nikon Metrology có sẵn để tải xuống.