Kiểm soát sản xuất Thân vỏ xe BIW ngay trên bằng chuyền

1. Lời mở đầu

Nhu cầu tại các nhà máy lắp ráp ô tô trên toàn thế giới tiếp tục tăng cao để sản xuất nhiều xe hơn với dung sai ngày càng chặt chẽ. Với xu hướng sản xuất xe điện ngày càng tăng, những yêu cầu này chắc chắn sẽ tiếp tục. Theo báo cáo chuyên sâu năm 2019 của Frost & Sullivan, "Sự Thay Đổi Mô Hình trong Kiểm Tra Trực Tuyến Thân Xe Chưa Hoàn Thiện," 97% số người được hỏi trong ngành cho rằng "yếu tố then chốt" để áp dụng Công nghiệp 4.0 là cải thiện hiệu quả nội bộ.

Một lĩnh vực trọng tâm là quy trình kiểm tra kích thước, hay cụ thể hơn là quy trình "trực tuyến" Thân Xe Chưa Hoàn Thiện (BIW). BIW đơn giản là phần thân xe được gắn vào khung, không bao gồm các chi tiết đóng mở có bản lề. Ngành công nghiệp đã thúc đẩy việc đo lường BIW trong khi nó di chuyển trên dây chuyền lắp ráp. Khái niệm này đặt ra một thách thức đáng kể trong việc thực hiện hàng trăm phép đo chính xác "trực tuyến" mà không làm chậm dây chuyền sản xuất.

Phân tích của Frost & Sullivan về các hệ thống đo lường kích thước vào năm 2019 chỉ ra công nghệ Laser Radar là công nghệ "tốt nhất trong phân khúc" để cung cấp các kiểm tra BIW trực tuyến. Frost & Sullivan nhận định rằng "Laser Radar là một hệ thống hoàn toàn tự động, linh hoạt, mang phép đo không tiếp xúc đến dây chuyền sản xuất. Đây là một phương pháp mới bao gồm đo trực tiếp bề mặt và các đặc điểm, với khả năng thực hiện kiểm tra 100%. Hệ thống Laser Radar không phụ thuộc vào bề mặt, nghĩa là nó có thể kiểm tra hầu hết các bề mặt và không nhạy cảm với ánh sáng hoặc nhiệt độ. Đây là một lợi thế lớn của Laser Radar, đặc biệt đối với các phép đo trong dây chuyền sản xuất. Hệ thống có thể hoạt động mà không cần mục tiêu và thực hiện kiểm tra với độ chính xác rất cao. Hệ thống này cũng đạt điểm cao về khả năng sử dụng trong sản xuất tiền sản xuất (Pre-series). So với các hệ thống khác, Laser Radar có thể được áp dụng trong giai đoạn tiền sản xuất mà không cần tinh chỉnh đường quét tốn thời gian, điều chỉnh các thông số thu thập hoặc các tương quan CMM ngoại tuyến kéo dài."

API đã theo dõi sát sao mục tiêu kiểm tra BIW "trực tuyến" của ngành công nghiệp. Có một số điểm chính rút ra từ các cuộc phỏng vấn với các chuyên gia trong ngành, những người quen thuộc với công nghệ Laser Radar hiện tại và sự bất lực của nó trong việc hỗ trợ đầy đủ việc kiểm tra BIW trực tuyến. Các thuộc tính sau phải được cải thiện để các nhà sản xuất ô tô đáp ứng các yêu cầu kiểm tra "trực tuyến" - tốc độ, độ chính xác, tính linh hoạt, tính di động và độ lặp lại.

2. Công Nghệ Kiểm Tra Mới

Hệ thống LADAR 9D Động (LAser Detection and Ranging - Phát hiện và Đo khoảng cách bằng Laser) của API thu thập cả dữ liệu kích thước và hình học bề mặt, đồng thời tích hợp công nghệ giúp cải thiện đáng kể các phép đo sản xuất tự động. Hệ thống LADAR 9D đang chờ cấp bằng sáng chế này cung cấp một hệ thống đo không tiếp xúc dựa trên giao thoa kế mới lạ, bao gồm công nghệ Giao thoa kế với Tần số Laser Thay đổi Tuyến tính (Optical Frequency Chirping Interferometry - OFCI). Công nghệ OFCI sử dụng tốc độ quét nhanh 20 kHz để tạo ra một phổ rộng cho sự giao thoa quang học. Tín hiệu giao thoa mang lại độ nhạy cao hơn 100 lần so với các phương pháp phát hiện pha.

LADAR 9D sử dụng công nghệ Giao thoa kế với Tần số Laser Thay đổi Tuyến tính (OFCI) (đang chờ cấp bằng sáng chế) của API, được phát triển trong 15 năm qua, với các thành phần quan trọng được thiết kế để đạt hiệu suất và độ tin cậy tối đa. LADAR 9D cung cấp độ phân giải ở mức micron đồng thời loại bỏ các vấn đề liên quan đến độ phản xạ bề mặt, tốc độ thu thập dữ liệu chậm, độ chính xác hạn chế, góc tới hạn chế và tính nhạy cảm với tiếng ồn từ môi trường sản xuất.

3. Những Cải Tiến của LADAR 9D so với Công Nghệ Laser Radar Hiện Tại

Tốc độ

Hệ thống LADAR 9D xử lý dữ liệu đo ở tốc độ 20.000 điểm mỗi giây và với tốc độ quét 0,2 giây/cm². Công nghệ Laser Radar hiện tại xử lý dữ liệu đo ở tốc độ 4.000 điểm mỗi giây và tốc độ quét 1,0 giây/cm².

Độ chính xác

• Độ chính xác tuyến tính của LADAR 9D là 12,5μm + 1μm/m so với độ chính xác tuyến tính của Laser Radar là 20μm + 5μm/m.
• Độ chính xác 3D của LADAR 9D là 6μm/m so với 13,6μm/m của Laser Radar.

Tính linh hoạt

• Phạm vi góc của hệ thống LADAR 9D: Phương vị: +/- 320⁰, Góc nghiêng: 46⁰ – 69,4⁰ so với Laser Radar: Phương vị: +/-180⁰, Góc nghiêng: +/- 45⁰.
• LADAR 9D có thể đo các đặc điểm mong muốn của bộ phận với góc tới lên đến 85 độ so với góc tới 45 độ của Laser Radar.

Tính di động

• Thiết kế nhỏ gọn của LADAR 9D, nặng 10,4 kg, tích hợp bộ điều khiển bên trong với giao tiếp ethernet so với Laser Radar nặng 29,9 kg với bộ điều khiển bên ngoài.
• Kích thước tổng thể của LADAR 9D là 191mm (Rộng) x 254mm (Dài) x 432mm (Cao) so với Laser Radar là 286mm (Rộng) x 340mm (Dài).

Độ lặp lại

Lỗi trung bình về độ lặp lại của LADAR 9D là 35μm so với 150μm của Laser Radar.

LADAR 9D của API vượt trội hơn so với Laser Radar thông thường về Tốc độ, Độ chính xác, Độ lặp lại, Tính linh hoạt và Tính di động.

4. Giải Quyết Vấn Đề Tốc Độ Kiểm Tra của Laser Radar

Các hệ thống Laser Radar hiện tại phải liên tục cập nhật vị trí của chúng trong không gian mỗi khi chúng được di chuyển đến một vị trí đo mới. Một chiếc xe BIW có thể có hàng trăm điểm kiểm tra bắt buộc phải được đo từ nhiều vị trí Laser Radar khác nhau. Laser Radar bị giới hạn bởi ba yếu tố mà LADAR 9D đã khắc phục được:

• Mỗi khi Laser Radar di chuyển để đo một đặc điểm cần thiết, nó phải tự định hướng lại so với BIW. Quá trình này bao gồm việc đo một số "bi công cụ" với vị trí đã biết, để Laser Radar luôn có thể quét trong hệ tọa độ chính xác so với BIW. Các bi công cụ thường được lắp đặt trong một quy trình trước đó và phải được bảo vệ trong suốt quá trình kiểm tra.
• Vấn đề nghiêm trọng với công nghệ Laser Radar hiện tại là tốc độ quét. Hệ thống hiện tại quét ở tốc độ 1.000 điểm mỗi giây, so với LADAR 9D là 20.000 điểm mỗi giây.
• Vấn đề cuối cùng liên quan đến khả năng góc tới. Các hệ thống Laser Radar hiện tại có thể đạt được các phép đo chính xác với góc tới 45 độ. LADAR 9D có thể đo chính xác các bộ phận với góc tới 85 độ. Khả năng này có nghĩa là LADAR 9D sẽ cần ít vị trí đo hơn để thu thập tất cả các lần quét cần thiết so với Laser Radar cạnh tranh.

5. LADAR 9D của API và Máy Quét Laser Radian 6DoF

Để giảm đáng kể thời gian chu kỳ kiểm tra xe BIW, API kết hợp LADAR 9D Động gắn trên robot với Máy quét Laser Radian 6DoF (Bậc Tự Do). LADAR 9D được gắn trên robot công nghiệp được theo dõi theo thời gian thực bằng Máy quét Laser RADIAN 6DoF của API. API sử dụng một Cảm biến 6DoF độc đáo, được gọi là i360, được gắn trực tiếp vào LADAR 9D hoặc gắn vào robot. Vị trí 6DoF chính xác của các phép đo LADAR 9D cung cấp các tư thế robot có độ chính xác không giới hạn với ít hoặc không cần đo các bi công cụ tốn thời gian, vốn làm chậm công nghệ Laser Radar hiện tại.

Với tốc độ quét nhanh hơn, góc tới cao hơn, tốc độ lấy mẫu dữ liệu cao hơn và khả năng theo dõi 6DoF, tổng thông lượng của LADAR 9D cao hơn 3X – 4X so với công nghệ Laser Radar hiện tại.

Mặc dù việc bổ sung Máy quét Laser làm tăng chi phí thiết bị, nhưng tùy chọn này giúp giảm đáng kể thời gian chu kỳ kiểm tra xe BIW so với các hệ thống Laser Radar hiện tại.

6. Kết luận

Hệ thống LADAR 9D Động kết hợp với Máy quét Laser Radian 6DoF cải thiện đáng kể tổng thông lượng và thời gian chu kỳ. Độ chính xác tổng thể, tốc độ quét và số lượng phép đo bi công cụ tối thiểu giúp hệ thống này có khả năng thực hiện kiểm tra BIW "trực tuyến" thực tế.

LADAR 9D vượt trội hơn đáng kể so với công nghệ Laser Radar thông thường về tốc độ, độ chính xác, độ lặp lại, tính linh hoạt và tính di động. Việc bổ sung Máy quét Laser Radian 6DoF càng nâng cao khả năng của một hệ thống kiểm tra BIW "trực tuyến" thực tế.

BIW trong ngành công nghiệp ô tô chỉ là một ví dụ về sự thay đổi công nghệ này, nó sẽ mang lại lợi ích trực tiếp cho các nhà sản xuất trong mọi ngành công nghiệp và mang lại lợi thế cạnh tranh. Bấm vào đây để tìm hiểu thêm về LADAR 9D hoặc điền vào biểu mẫu bên dưới để liên hệ với chúng tôi và nói chuyện với một Chuyên gia Đo lường thực thụ ngay hôm nay.

theo: API metrology