Depuis la construction de la première voiture Lotus en 1948, la société est un phare de l'industrie automobile pour la conception et la fabrication de voitures hautes performances nées d'un succès légendaire sur les circuits de course. La dernière voiture de sport, l'Emira, est de loin le modèle le plus précis jamais construit par Lotus grâce à une mise à niveau du contrôle de la qualité dans l'usine de voitures de sport de la société à Norfolk, en Angleterre. Elle comprend l'investissement dans une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT ) 5 axes HC-90TR à double bras de LK Metrology. La cellule d'inspection automatisée et multi-capteurs, qui fait partie des investissements de plusieurs millions de livres sterling réalisés par Lotus depuis 2017, fournit une inspection dimensionnelle absolue, à 100 % et sans contact, à la vitesse de la ligne de production, permettant un contrôle de la qualité en temps réel.
La MMT installée est enfoncée d'un mètre dans le sol sur une fondation spéciale. Cela signifie qu'une voiture à inspecter transportée par un véhicule à guidage automatique (AGV) peut accéder à la zone sans avoir besoin d'aucun équipement de levage. La machine a un volume de mesure nominal de 6,3 m x 1,6 m x 2,5 m, suffisamment grand pour contenir une carrosserie entière. Des scanners transversaux avancés à triple laser sont déployés sur les deux bras pour mesurer automatiquement et simultanément les caractéristiques des deux côtés du véhicule Lotus Emira. La LK HC-90 est présentée comme la gamme de MMT à bras horizontal la plus précise au monde, capable de mesurer avec une précision volumétrique de 10,0 μm + L/200 et une répétabilité de 6 μm. La machine combine les hautes performances d'une MMT de type pont avec la flexibilité de la configuration à bras horizontal largement utilisée dans les usines de production de véhicules.
La MMT effectue des cycles de mesure automatisés si rapidement qu'elle est capable de suivre le temps TAKT qui définit la vitesse de la ligne de production Emira. Ce débit rapide permet d'inspecter chaque voiture, faisant de ce modèle Lotus le premier dont la fabrication est soutenue par un contrôle de qualité aussi complet. Lors de deux visites de la voiture à différentes étapes de sa construction au LK HC-90TR, un total de 130 mesures sont effectuées dans des routines de balayage prenant respectivement environ 12 minutes et 8 minutes. Les cycles d'inspection rapides laissent largement le temps à un AGV qui a livré un châssis à la MMT de le charger et de le ramener ensuite sur la ligne. Avant que la métrologie ne commence, on a également le temps de vérifier l'alignement de la voiture par rapport au système de points de référence de la ligne de la MMT, ainsi que d'étalonner les scanners laser à l'aide de sphères d'étalonnage dédiées. Pour des raisons de rapidité et de précision, ils sont palpés à l'aide de capteurs qui sont échangés automatiquement par les bras à partir d'un support de changement automatique. Le même capteur est utilisé pour sonder certaines dimensions internes critiques de la carrosserie du véhicule, tandis que le scanner laser effectue un balayage à grande vitesse des surfaces de forme libre.
Par rapport aux pratiques traditionnelles de contrôle de la qualité qui sous-tendent la fabrication de ces voitures de sport en grande partie construites à la main, à partir de panneaux composites légers et de haute technologie, les avantages de l'acquisition rapide de nuages de points et de la numérisation dans la cellule LK sont énormes. Auparavant, un châssis échantillon aurait été mesuré en ligne sur une MMT manuelle dont le bras était équipé d'un palpeur. Des caractéristiques moins nombreuses auraient été vérifiées en cinq heures sur un châssis sur deux douzaines, qui devait être retiré de la production et remis en place par la suite. Il y avait un risque d'erreur, non seulement en raison de l'intervention humaine, mais aussi parce qu'il fallait repositionner la voiture pendant l'inspection pour compenser les déplacements limités des axes de la MMT à bras manuel. Plus grave encore, n'importe lequel des wagons non contrôlés entre les échantillons pouvait être hors tolérance, ce qui entraînait des retouches coûteuses en temps et en argent en aval de la production.
Tom Mackrill, responsable de la qualité dimensionnelle à l'usine, commente : "La Lotus Emira est notre dernière nouvelle voiture à posséder un moteur à combustion interne, car nous allons passer au tout électrique à l'avenir. Nous visons le segment haut de gamme du marché mondial, et un processus de production très stable est donc nécessaire pour garantir une qualité de fabrication élevée."
Une solution de contrôle qualité s'impose pour répondre à la cadence de production des véhicules
"Le taux de production de ce modèle de voiture en 2022 est sensiblement plus élevé que l'année dernière, lorsque nous terminions la production des modèles Elise, Exige et Evora, et il augmente fortement. Nous avons donc besoin d'une solution de contrôle qualité qui non seulement prenne en charge la haute précision, mais qui soit également suffisamment rapide pour générer rapidement de grandes quantités de données afin de correspondre à la cadence de production. Nous avons passé en revue d'autres technologies d'inspection, y compris celles faisant appel à diverses têtes de mesure montées sur des robots ; cependant, nous avons conclu que les robots, en particulier s'ils sont mobiles, introduiraient une erreur potentielle supplémentaire en plus de celle des appareils de mesure qu'ils portent et qu'ils auraient besoin d'un système de mesure de référence pour les étalonner et les réaligner."
"Nous sommes donc arrivés à la conclusion qu'une MMT statique était la solution pour la production de notre nouvelle voiture, avec une configuration à deux bras et des scanners laser transversaux fournissant la vitesse de métrologie requise."
Il a ajouté que la fiabilité et la répétabilité sont à l'origine de la qualité dimensionnelle de l'Emira en renvoyant des données à la chaîne de production pour valider et contrôler le processus, garantissant que chaque véhicule est construit correctement dès la première fois. Ce retour d'information est particulièrement important pour l'installation d'encadrement des panneaux composites en raison du potentiel de variabilité des liaisons adhésives.
Scanners laser à positionnement infini
Les poignets CNC à deux axes PHS-2 de Renishaw qui portent les scanners laser sont capables de tourner en continu et d'avoir un positionnement infini, contrairement aux têtes de sonde conventionnelles qui ne s'ajustent que par paliers. Chaque scanner peut donc être orienté très précisément tout au long d'un cycle d'inspection, ce qui permet un positionnement optimal à l'intérieur et à l'extérieur du châssis pour une acquisition rapide de données géométriques et de formes libres. Lorsqu'il se trouve à l'intérieur du véhicule, le PHS-2 est capable de pivoter sous le contrôle du programme pour regarder l'intérieur de la carrosserie vers l'extérieur et prendre des mesures. Les programmes DMIS contrôlant chaque bras sont essentiellement des images miroir l'un de l'autre, avec des mouvements supplémentaires insérés séparément pour tenir compte des différences mineures propres à chaque côté de la carrosserie du véhicule.
Le scanner transversal Nikon XC65DX-LS à trois lignes laser capture, en une seule orientation et un seul passage de balayage, trois fois la quantité de données pouvant être acquises par un scanner laser à une seule ligne. Il permet des cycles d'inspection courts sur le LK HC-90TR afin de soutenir le contrôle de qualité à 100 % du corps de l'Emira. La technologie intégrée signifie que le capteur n'est pas affecté par la couleur ou la réflectivité de ce qui est mesuré. Elle permet également un ajustement automatique et en temps réel des paramètres, non seulement entre les bandes laser successives, mais aussi pour les points individuels le long de chaque ligne. La variante LS du scanner signifie qu'il dispose d'une plus grande distance d'éloignement, jusqu'à 170 mm, ce qui lui permet d'accéder à des éléments difficiles à atteindre.
Inspection en deux étapes de la carrosserie du véhicule
Les AGV livrent chaque Emira à la CMM à partir de la ligne de production, à la fois au début de la fin de la ligne de cadrage (étape 1) et lorsque le véhicule est entièrement assemblé (étape 2). Il est déposé sans intervention manuelle dans la ligne de carrosserie et un lecteur de codes à barres, appelé système de script, vérifie le numéro d'identification du véhicule, sa couleur, s'il s'agit d'une conduite à droite ou à gauche et si un programme de métrologie de stade 1 ou de stade 2 doit être exécuté. Le véhicule, dans son état de stade 1, n'est pas une carrosserie blanche classique, car les panneaux de carrosserie sont déjà peints et la colonne de direction et les faisceaux de câbles sont en place.
Après l'étalonnage automatique des scanners laser, ils prennent 130 mesures autour de la voiture au cours des deux étapes pour évaluer la précision du véhicule. Les points de fixation de la suspension et du moteur sont des zones critiques pour l'inspection. Le contrôle de l'espacement et de l'affleurement est particulièrement important, car l'espacement entre les panneaux a un impact direct sur la qualité perçue du véhicule dans la salle d'exposition.
Les programmes sont créés en grande partie automatiquement à partir des modèles CAO de l'Emira dans le logiciel LK CAMIO . Celui-ci veille à ce que les scanners laser se déplacent le long de trajectoires telles que les surfaces à mesurer se trouvent toujours dans leur champ de vision. Les nuages de points à faible bruit capturés sont filtrés pour produire des mailles lisses et très détaillées qui peuvent être alignées pour permettre la comparaison des données mesurées avec le modèle CAO. Des outils d'inspection sont inclus pour l'extraction intelligente des caractéristiques, le tolérancement GD&T et l'analyse des profils, avec un retour rapide des résultats vers la ligne de production et des rapports complets.
Lotus Cars a choisi de mettre en œuvre cette solution de métrologie en deux étapes, hors ligne et en cours de fabrication, car elle est la plus adaptée aux besoins de l'entreprise. Toutefois, dans d'autres scénarios, un ou plusieurs HC-90TR pourraient être positionnés sur la ligne de production elle-même, pour vérifier les dimensions avant que le véhicule ne passe à l'opération de fabrication suivante. Parmi les autres applications hors ligne, citons les audits de qualité et les contrôles de vérification.
Solution automatisée clé en main
La cellule de métrologie a été installée et mise en service par LK dans l'usine britannique en janvier 2021, avant le début de la production d'Emira. L'équipement automatisé a joué un rôle déterminant dans l'augmentation de l'efficacité de la production et la réduction du contenu du coût de la main-d'œuvre des voitures en garantissant que l'inspection dimensionnelle contrôle le processus de fabrication, plutôt que de simplement qualifier la conformité des données mesurées. Il oriente la stratégie de production vers l'amélioration continue des pièces individuelles et de l'ensemble du processus dans le but de parvenir à une fabrication zéro défaut, ce qui est l'objectif de l'industrie 4.0 avec laquelle le matériel et le logiciel LK sont compatibles.
M. Mackrill conclut : "Lotus n'avait jamais eu affaire à LK auparavant, mais j'avais déjà fait l'expérience de la marque CMM lorsque je travaillais dans une autre usine automobile. Une fois que nous avons décidé que l'étalon-or de la mesure des coordonnées statiques était la voie à suivre en matière de métrologie, nous avons examiné un certain nombre d'offres de différents fournisseurs potentiels. LK est apparu comme le meilleur en termes de technologie haut de gamme. La construction en céramique de la machine offre une excellente stabilité combinée à un poids léger pour la précision et la vitesse. LK a fourni une solution clé en main, multi-capteurs, entièrement configurée, avec des programmes de mesure et des accessoires de premier ordre. Seuls les dispositifs de fixation de la carrosserie ont été fournis par nos soins.
Pour souligner la confiance que Lotus Cars accorde à LK, le constructeur automobile a également investi récemment dans quatre autres MMT, toutes des machines plus petites de type pont, pour sa division voisine Lotus Advanced Structures. Utilisées pour le contrôle de la qualité des composants de châssis, les investissements supplémentaires comprennent trois machines LK ALTERA M avec des enveloppes de mesure nominales de 3 m x 2 m x 1,5 m, 2 x 1,5 x 1,2 m et 1,5 m x 1,0 m x 0,8 m respectivement, ainsi qu'une MMT LK ULTIMA plus grande et plus précise avec un volume d'inspection de 4 m x 2 m x 2 m.
Source : Metrology News