Seit dem Bau des ersten Lotus-Fahrzeugs im Jahr 1948 ist das Unternehmen ein Leuchtturm in der Automobilindustrie für die Entwicklung und Herstellung von Hochleistungsfahrzeugen, die aus dem legendären Erfolg auf der Rennstrecke hervorgegangen sind. Der neueste Sportwagen, der Emira, ist das bei weitem präziseste Modell, das jemals von Lotus gebaut wurde, dank einer Verbesserung der Qualitätskontrolle im Sportwagenwerk des Unternehmens in Norfolk, England. Dazu gehört die Investition in eine 5-Achsen-Koordinatenmessmaschine (KMG) HC-90TR von LK Metrology. Die automatisierte Multisensor-Prüfzelle ist Teil der millionenschweren Investitionen, die Lotus seit 2017 getätigt hat. Sie ermöglicht eine absolute, 100-prozentige, berührungslose Dimensionsprüfung bei Produktionsgeschwindigkeit und ermöglicht eine Qualitätskontrolle in Echtzeit.
Das installierte KMG wird auf einem speziellen Fundament einen Meter tief in den Boden eingelassen. Das bedeutet, dass ein Auto für die Inspektion, das auf einem fahrerlosen Transportfahrzeug (FTS) transportiert wird, den Bereich ohne Hebevorrichtungen erreichen kann. Das Messvolumen der Maschine beträgt nominal 6,3 m x 1,6 m x 2,5 m und ist damit groß genug, um eine komplette Karosserie aufzunehmen. An beiden Armen werden fortschrittliche Dreifach-Laser-Kreuzscanner eingesetzt, um Merkmale automatisch auf beiden Seiten des Lotus Emira Fahrzeugs gleichzeitig zu messen. Die LK HC-90 ist nach eigenen Angaben das genaueste Horizontalarm-KMG der Welt, das eine volumetrische Genauigkeit von 10,0 μm + L/200 und eine Wiederholgenauigkeit von 6 μm erreicht. Das Gerät kombiniert die hohe Leistung eines Brücken-KMGs mit der Flexibilität der in der Fahrzeugproduktion weit verbreiteten Horizontalarm-Konfiguration.
Das KMG führt die automatisierten Messzyklen so schnell durch, dass es mit der schnellen TAKT-Zeit mithalten kann, die die Geschwindigkeit der Emira-Produktionslinie bestimmt. Dank des schnellen Durchsatzes kann jedes Auto geprüft werden, so dass dieses Lotus-Modell das erste ist, dessen Herstellung durch eine derart umfassende Qualitätskontrolle unterstützt wird. Bei zwei Besuchen des Fahrzeugs in verschiedenen Stadien seiner Herstellung im LK HC-90TR werden insgesamt 130 Messungen in Scanning-Routinen durchgeführt, die etwa 12 Minuten bzw. 8 Minuten dauern. Die schnellen Prüfzyklen lassen einem AGV, das ein Fahrgestell zum KMG gebracht hat, genügend Zeit, es zu beladen und anschließend wieder an die Linie zurückzubringen. Bevor die Messung beginnt, bleibt außerdem Zeit, die Ausrichtung des Fahrzeugs in Bezug auf das Referenzpunktsystem im KMG zu überprüfen und die Laserscanner mit speziellen Kalibrierkugeln zu kalibrieren. Um Schnelligkeit und Genauigkeit zu gewährleisten, werden sie mit Sensoren angetastet, die von den Armen automatisch über eine automatische Wechselvorrichtung ausgetauscht werden. Derselbe Sensor wird für das Abtasten einiger kritischer Innenabmessungen der Fahrzeugkarosserie verwendet, während der Laserscanner die Freiformflächen mit hoher Geschwindigkeit abtastet.
Im Vergleich zu den traditionellen Verfahren der Qualitätskontrolle bei der Herstellung dieser weitgehend handgefertigten Sportwagen, die aus leichten Hightech-Verbundplatten bestehen, sind die Vorteile der schnellen Punktwolkenerfassung und Digitalisierung in der LK-Zelle enorm. Früher wurde ein Musterchassis auf einem manuellen KMG mit einem Arm, der mit einem Messtaster ausgestattet war, zeilenseitig gemessen. Weniger Merkmale wurden in bis zu fünf Stunden an typischerweise einem von zwei Dutzend Chassis geprüft, die aus der Produktion genommen und anschließend wieder eingesetzt werden mussten. Das Fehlerpotenzial war nicht nur durch menschliches Eingreifen gegeben, sondern auch dadurch, dass das Fahrzeug während der Prüfung neu positioniert werden musste, um die begrenzten Achsenverfahrwege des KMG mit manuellem Arm zu kompensieren. Noch schwerwiegender war, dass jedes der nicht geprüften Fahrzeuge zwischen den Mustern außerhalb der Toleranz liegen konnte, was zu zeitaufwändigen und teuren Nacharbeiten in der weiteren Produktion führte.
Tom Mackrill, Dimensional Quality Manager im Werk, kommentierte: "Der Lotus Emira ist unser letztes neues Auto mit Verbrennungsmotor, da wir in Zukunft komplett auf Elektroantrieb umstellen werden. Wir zielen mit dem Produkt auf das Premium-Segment des Weltmarktes ab, daher ist ein sehr stabiler Produktionsprozess erforderlich, um eine hohe Fertigungsqualität zu gewährleisten."
Benötigte QC-Lösung zur Anpassung der Fahrzeugproduktionsrate
"Die Produktionsrate dieses Fahrzeugmodells im Jahr 2022 ist wesentlich höher als im letzten Jahr, als wir die Produktion der Modelle Elise, Exige und Evora beendeten, und sie steigt stark an. Wir brauchen also eine QC-Lösung, die nicht nur eine hohe Präzision unterstützt, sondern auch schnell genug ist, um große Datenmengen zu generieren, um mit der Produktionsrate Schritt zu halten. Wir haben andere Inspektionstechnologien geprüft, darunter auch solche mit verschiedenen robotermontierten Messköpfen. Wir kamen jedoch zu dem Schluss, dass Roboter, insbesondere wenn sie mobil sind, zusätzlich zu den Messgeräten, die sie tragen, weitere potenzielle Fehler einbringen und ein Referenzmesssystem benötigen, um sie zu kalibrieren und neu auszurichten."
"Wir kamen daher zu dem Schluss, dass ein statisches KMG für die Produktion unseres neuen Fahrzeugs der richtige Weg ist, wobei eine Zwei-Arm-Konfiguration und Laser-Kreuz-Scanner die erforderliche Messgeschwindigkeit gewährleisten."
Er fügte hinzu, dass die Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit die Qualität der Abmessungen des Emira vorantreiben, indem sie Daten an die Produktionslinie zurückmelden, um den Prozess zu validieren und zu kontrollieren und sicherzustellen, dass jedes Fahrzeug beim ersten Mal richtig gebaut wird. Eine solche Rückmeldung ist besonders wichtig für die Anlage zur Herstellung von Verbundplatten, da es bei den Klebeverbindungen zu Schwankungen kommen kann.
Unendlich positionierbare Laserscanner
Die zweiachsigen CNC-Handgelenke PHS-2 von Renishaw, an denen die Laserscanner befestigt sind, können sich kontinuierlich drehen und stufenlos positionieren - im Gegensatz zu herkömmlichen Tastköpfen, die sich nur in kleinen Schritten verstellen lassen. Jeder Scanner kann daher während eines Prüfzyklus sehr präzise ausgerichtet werden, was eine optimale Positionierung sowohl innerhalb als auch außerhalb des Fahrgestells für die schnelle Erfassung von Freiform- und Geometriedaten ermöglicht. Im Inneren des Fahrzeugs kann der PHS-2 programmgesteuert gedreht werden, um das Innere der Karosserie zu betrachten und Messungen vorzunehmen. Die DMIS-Programme, die jeden Arm steuern, sind im Wesentlichen spiegelbildlich zueinander, wobei zusätzliche Bewegungen separat eingefügt werden, um die geringfügigen Unterschiede zwischen den einzelnen Seiten der Fahrzeugkarosserie zu berücksichtigen.
Der Kreuzscanner Nikon XC65DX-LS mit drei Laserlinien erfasst in einer einzigen Ausrichtung und einem einzigen Scandurchlauf die dreifache Menge an Daten, die mit einem Einlinien-Laserscanner erfasst werden kann. Er ermöglicht kurze Inspektionszyklen auf dem LK HC-90TR zur Unterstützung der 100-prozentigen Qualitätskontrolle des Emira-Körpers. Die eingebaute Technologie bedeutet, dass der Sensor unbeeinflusst von der Farbe oder dem Reflexionsvermögen des Messobjekts ist. Außerdem ermöglicht sie eine automatische Echtzeitanpassung der Einstellungen nicht nur zwischen aufeinanderfolgenden Laserstreifen, sondern auch für einzelne Punkte entlang jeder Linie. Die LS-Variante des Scanners zeichnet sich durch einen größeren Abstand von bis zu 170 mm aus, so dass auch schwer zugängliche Merkmale erreicht werden können.
Zweistufige Inspektion der Karosserie
AGVs liefern jeden Emira von der Produktionslinie zum CMM, sowohl am Ende der Rahmenlinie (Stufe 1) als auch wenn das Fahrzeug vollständig montiert ist (Stufe 2). Es wird ohne manuelle Eingriffe in der Fertigungslinie abgelegt, und ein Barcodeleser, ein so genanntes Skripting-System, überprüft die Identifikationsnummer des Fahrzeugs, die Farbe, ob es sich um ein Rechts- oder Linkslenkerfahrzeug handelt und ob ein Messprogramm der Stufe 1 oder Stufe 2 ausgeführt werden soll. Bei dem Fahrzeug im Zustand der Stufe 1 handelt es sich nicht um eine herkömmliche Rohkarosserie, da die Karosserieteile bereits lackiert sind und die Lenksäule und die Kabelbäume bereits vorhanden sind.
Nach der automatischen Kalibrierung der Laserscanner werden in den beiden Phasen 130 Messungen rund um das Fahrzeug vorgenommen, um die Genauigkeit des Fahrzeugs zu beurteilen. Aufhängungs- und Motorbefestigungspunkte sind kritische Bereiche für die Inspektion. Die Kontrolle von Spalt und Bündigkeit ist besonders wichtig, da sich die Abstände zwischen den Platten direkt auf die wahrgenommene Qualität des Fahrzeugs im Ausstellungsraum auswirken.
Die Programme werden weitgehend automatisch aus den CAD-Modellen des Emira in der Software LK CAMIO erstellt. Sie stellt sicher, dass sich die Laserscanner so bewegen, dass sich die zu messenden Oberflächen immer innerhalb ihres Sichtfeldes befinden. Die erfassten rauscharmen Punktwolken werden gefiltert, um glatte, hochdetaillierte Netze zu erzeugen, die ausgerichtet werden können, um einen Vergleich der gemessenen Daten mit dem CAD-Modell zu ermöglichen. Die Inspektionswerkzeuge ermöglichen eine intelligente Merkmalsextraktion, GD&T-Toleranz und Profilanalyse, unterstützt durch eine schnelle Rückmeldung der Ergebnisse an die Produktionslinie und umfassende Berichte.
Lotus Cars entschied sich für diese zweistufige Offline-In-Prozess-Messtechniklösung, da sie für die Bedürfnisse des Unternehmens am zweckmäßigsten ist. In anderen Szenarien könnten jedoch ein oder mehrere HC-90TR in der Fertigungsstraße selbst positioniert werden, um die Abmessungen zu überprüfen, bevor das Fahrzeug zum nächsten Fertigungsschritt weitergeleitet wird. Weitere Offline-Anwendungen sind Qualitätsaudits und Verifikationsprüfungen.
Schlüsselfertige automatisierte Lösung
Die Messzelle wurde von LK im Januar 2021 im britischen Werk installiert und in Betrieb genommen, bevor die Emira-Produktion anlief. Die automatisierte Ausrüstung hat entscheidend dazu beigetragen, die Produktionseffizienz zu steigern und die Arbeitskosten der Fahrzeuge zu senken, indem sie sicherstellt, dass die Maßkontrolle den Fertigungsprozess steuert und nicht nur die Übereinstimmung der gemessenen Daten überprüft. Sie treibt die Produktionsstrategie für die kontinuierliche Verbesserung einzelner Teile und des gesamten Prozesses mit dem Ziel der Null-Fehler-Fertigung voran, was das Ziel von Industrie 4.0 ist, mit dem die LK-Hardware und -Software kompatibel ist.
Herr Mackrill schloss: "Lotus hatte vorher noch nicht mit LK zu tun, aber ich hatte bereits Erfahrungen mit der KMG-Marke während meiner Tätigkeit in einem anderen Automobilwerk. Nachdem wir beschlossen hatten, dass der Goldstandard der statischen Koordinatenmessung der richtige Weg für uns ist, haben wir eine Reihe von Angeboten verschiedener potenzieller Lieferanten geprüft. LK erwies sich als der beste Anbieter im Bereich der Spitzentechnologie. Die keramische Konstruktion des Geräts bietet eine hervorragende Stabilität bei geringem Gewicht, was sich positiv auf Genauigkeit und Geschwindigkeit auswirkt. LK lieferte eine vollständig konfigurierte, schlüsselfertige Multisensor-Lösung mit Messprogrammen und Zusatzgeräten. Lediglich die Vorrichtungen zur Aufnahme der Karosserie wurden von uns geliefert".
Um das Vertrauen von Lotus Cars in LK zu unterstreichen, hat der Fahrzeughersteller vor kurzem auch in vier weitere KMGs, allesamt kleinere Brückenmaschinen, für die nahe gelegene Abteilung Lotus Advanced Structures investiert. Für die Qualitätskontrolle von Fahrwerkskomponenten wurden drei LK ALTERA M mit Messbereichen von nominell 3 m x 2 m x 1,5 m, 2 x 1,5 x 1,2 m bzw. 1,5 m x 1,0 m x 0,8 m sowie ein größeres, genaueres LK ULTIMA KMG mit einem Prüfvolumen von 4 m x 2 m x 2 m angeschafft.
Quelle: Metrology News