多传感器三坐标测量仪驱动快速生产线质量控制

 

自1948年制造出第一辆莲花汽车以来,该公司一直是汽车行业的一盏明灯,其设计和制造的高性能汽车诞生于赛道上的传奇成功。最新的跑车Emira是迄今为止由莲花公司制造的最精确的模型,这要归功于该公司在英国诺福克的跑车工厂的质量控制升级。它包括投资于LK Metrology公司的5轴HC-90TR双臂坐标测量机(CMM)。这个自动化的多传感器检测单元是莲花公司自2017年以来数百万英镑投资的一部分,以生产线的速度提供绝对的、100%的、非接触式的尺寸检测,实现实时质量控制。

已安装的CMM被安装在一个特殊的基础上,深入地面一米。这意味着自动导引车(AGV)携带的检测用汽车能够进入该区域,而不需要任何起重设备。该 机器的测量体积名义上为6.3米×1.6米×2.5米,大到足以容纳整个车体。先进的三激光交叉扫描仪部署在两个臂上,可同时自动测量莲花Emira汽车两侧的特征。LK HC-90被称为世界上最精确的水平臂式坐标测量机系列,能够测量到10.0微米+L/200的体积精度,重复精度为6微米。该 机器结合了桥式坐标测量机的高性能和广泛用于汽车生产厂的水平臂配置的灵活性。

三坐标测量机完成自动测量周期的速度非常快,能够跟上确定Emira生产线速度的快速TAKT时间。快速的吞吐量使每辆汽车都能得到检测,这使莲花汽车成为第一款由如此全面的质量控制支持的生产车型。在LK HC-90TR对处于不同制造阶段的汽车进行两次访问时,在扫描程序中共进行了130次测量,分别耗时约12分钟和8分钟。快速检测周期为向CMM输送底盘的AGV留下了充足的时间,使其能够装载底盘并随后将其送回生产线。在计量开始之前,还有时间验证汽车相对于坐标测量机中的汽车线参考点系统的对齐情况,以及使用专用校准球校准激光扫描仪。为了提高速度和准确性,他们使用传感器进行触摸探测,这些传感器由机械臂从自动更换架上自动交换。同一传感器用于探测车体的一些关键内部尺寸,而激光扫描仪则对自由形状的表面区域进行高速扫描。

与支持这些主要由高科技、轻质复合材料面板制造的手工跑车的传统质量控制做法相比,LK单元中的快速点云采集和数字化的好处是巨大的。以前,样品底盘会在手动CMM上进行线侧测量,该CMM的测量臂配备了一个触摸式探头。通常情况下,每几十个底盘中就有一个要经过5个小时的检查,而这些底盘必须从生产中取出来,然后再重新装上。不仅由于人为干预,而且由于在检测过程中需要重新定位汽车,以补偿手动臂式坐标测量机有限的轴行程,因此有可能出现错误。更严重的是,样品之间任何一个未检查的汽车都可能超出公差,导致进一步的耗时和昂贵的返工。

工厂的尺寸质量经理Tom Mackrill评论说:"莲花Emira是我们最后一款拥有内燃机的新车,因为我们今后将采用全电动汽车。我们将产品瞄准全球市场的高端市场,因此需要一个非常稳定的生产过程,以确保高制造质量"。

需要QC解决方案来配合车辆生产速度

"2022年该车型的生产速度大大高于去年,当时我们正在结束Elise、Exige和Evora车型的生产,并且正在强劲增长。因此,我们需要一个QC解决方案,它不仅支持高精度,而且速度足够快,能够快速生成大量数据,以配合生产速度。我们审查了其他检测技术,包括涉及各种机器人安装的测量头的技术;然而,我们得出结论,机器人,特别是如果它们是移动的,除了它们携带的测量设备的误差外,还会引入额外的潜在误差,并且需要一个参考测量系统来校准和重新调整它们"。

"因此,我们得出结论,静态CMM是我们新车生产的必经之路,双臂配置和激光交叉扫描器提供了所需的计量速度。"

他补充说,可靠性和可重复性通过向生产线反馈数据来验证和控制过程,从而推动Emira的尺寸质量,确保每辆汽车在第一时间就被制造出来。由于粘接剂的潜在变化,这种反馈对复合板框架设施特别重要。

无限定位激光扫描器

雷尼绍PHS-2双轴数控手腕承载着激光扫描仪,能够连续旋转,具有无限的定位能力,而不像传统的测座只能以增量方式调整。因此,在整个检测周期内,每个扫描仪的角度都非常精确,可以在底盘内部和外部进行最佳定位,快速获取自由形状和几何数据。当在车辆内部时,PHS-2能够在程序控制下旋转,向外看车身内部以进行测量。控制每个手臂的DMIS程序基本上是彼此的镜像,分别插入额外的运动,以解决车体每一侧特有的微小差异。

尼康XC65DX-LS交叉扫描仪具有三条激光线,在一个方向和扫描通道中捕获的数据量是单线激光扫描仪所能获得的三倍。它使LK HC-90TR的检查周期很短,以支持对Emira机身的100%质量控制。内置技术意味着传感器不受被测物的颜色或反射率的影响。它还提供自动、实时调整设置,不仅在连续的激光条纹之间,而且对每条线上的个别点也是如此。该扫描仪的LS变体标志着它有一个较长的站立距离,可达170毫米,使其能够接触到难以触及的特征。

两阶段的车体检查

AGV将每辆Emira从生产线上运送到CMM,包括从装框线的末端(第1阶段)和车辆完全组装好后(第2阶段)的早期。它是在没有人工干预的情况下存放在汽车生产线上的,一个被称为脚本系统的条形码阅读器验证了车辆的识别号、颜色、是右手还是左手驾驶,以及是否应该运行第一阶段或第二阶段的计量程序。处于第一阶段的车辆不是传统的白车身,因为车身面板已经上漆,转向柱和线束也已到位。

在对激光扫描仪进行自动校准后,他们在两个阶段对汽车周围进行130次测量,以评估车辆的准确性。悬架和发动机安装点是检查的关键区域。控制间隙和平齐特别重要,因为面板之间的间距直接影响到展厅中对车辆的感知质量。

程序主要是根据LK CAMIO 软件中Emira的CAD模型自动创建的。它确保激光扫描仪沿着路径移动,使被测量的表面总是在其视野范围内。捕获的低噪声点云经过过滤,产生光滑的、高度详细的网格,可以对准,以便将测量数据与CAD模型进行比较。检测工具包括智能特征提取、GD&T公差和轮廓分析,并有快速反馈结果到生产线和综合报告的支持。

莲花汽车公司选择实施这种两阶段、离线、过程中的计量解决方案,因为这对该公司的需求来说是最方便的。然而,在其他情况下,一个或多个HC-90TR可以被安置在生产线本身,在车辆进入下一个制造操作之前检查尺寸。其他离线应用包括质量审核和验证检查。

全套自动化解决方案

在Emira开始生产之前,LK公司于2021年1月在英国工厂安装并调试了该计量单元。自动化设备在提高生产效率和降低汽车的劳动力成本方面发挥了作用,它确保了尺寸检测对制造过程的控制,而不仅仅是对测量数据的符合性进行鉴定。它正在推动生产战略,以零缺陷制造为目标,不断改进单个零件和整个流程,这是工业4.0的全部目的,而LK的硬件和软件与之兼容。

Mackrill先生总结说:"Lotus以前没有和LK打过交道,但我以前在另一家汽车厂工作时对CMM品牌有经验。一旦我们决定静态坐标测量的黄金标准是我们要采取的正确计量方法,我们就审查了不同潜在供应商的一些产品。在高端技术方面,LK脱颖而出。该机器的陶瓷结构提供了出色的稳定性,并结合轻量级的精度和速度。LK提供了一个完全配置的、多传感器的、交钥匙的解决方案,其中包括初稿的测量程序和附属设备。只有支持车体的夹具是由我们提供的"。

为了强调莲花汽车公司对LK的信任,这家汽车制造商最近还投资了另外四台CMM,都是较小的桥式机器,用于其附近的莲花高级结构部门。用于底盘部件的质量控制,进一步的投资包括三台LK ALTERA M机器,其测量范围分别为3 m x 2 m x 1.5 m,2 x 1.5 x 1.2 m,以及1.5 m x 1.0 m x 0.8 m,还有一台更大、更高精度的LK ULTIMA三坐标测量机,检测范围为4 mx 2 m x 2 m。

资料来源。 Metrology News