Đảm bảo chất lượng sản xuất kim loại tấm với phương pháp đo 3D

21/04/2020

Để rút ngắn thời gian sản xuất và đảm bảo chất lượng trong toàn bộ quy trình sản xuất, công ty Voestalpine Automotive Components ứng dụng phương pháp đo quang học của hãng GOM, cụ thể là máy quét ATOS Triple Scan từ khâu thử khuôn đến sản xuất hàng loạt.

Máy quét ATOS Triple Scan đang đo 3D linh kiện cơ khí trong xưởng sản xuất công ty Voestalpine

Voestalpine Automotive Components tọa lạc tại Schwäbisch Gmünd và là một trong những nhà sản xuất phụ tùng thân xe hàng đầu thế giới chuyên về chế tạo các linh kiện có kết cấu phức tạp và khung xe. Các hãng xe nổi tiếng như Daimler, Porsche, BMW và Audi dựa vào kinh nghiệm chuyên môn của Voestalpine cả về thử khuôn lẫn sản xuất hàng loạt các linh kiện kim loại tấm. Để đáp ứng nhu cầu cao của khách hàng, công ty tập trung quản lí chất lượng và kiểm soát tất cả các quy trình thay vì chỉ tập trung vào sản phẩm cuối như thường lệ. Việc kiểm soát quy trình bắt đầu ngay từ việc thử khuôn do đó luôn cho ra các linh kiện chất lượng cao và tỉ lệ phế phẩm thấp.

Sản xuất linh kiện dập nhanh và chính xác

Voestalpine sản xuất gần 370 linh kiện khác nhau với bề dày mỗi tấm từ 0.6mm đến 2.5mm. Điều này cho thấy lợi thế quan trọng của kĩ thuật đo 3D quang học đối với việc thử khuôn. Trong quá trình sản xuất khuôn dập nóng và khuôn dập nguội, hệ thống máy quét ATOS Triple Scan được sử dụng để số hóa toàn bộ chi tiết được dập lần đầu tiên khi thử khuôn.

Chỉ cần nhìn sơ qua là biết một chi tiết có nằm trong dung sai cho phép hay không và vị trí nào trong khuôn cần phải chỉnh sửa. Điều này cho phép hiệu chỉnh khuôn nhanh chóng và so sánh với dữ liệu mô phỏng. Daniel Schiller – Trưởng bộ phận đo lường giải thích: “Nếu khuôn cần sửa những lỗi nhỏ, chúng tôi có thể phay trực tiếp trên tệp dữ liệu STL từ hệ thống đo. Khi khuôn cần chỉnh sửa những lỗi quan trọng, việc tái cấu trúc bề mặt được thực hiện dựa trên dữ liệu quét”.

Ngoài ra, hệ thống ATOS tạo ra lưới đa giác STL hình thành một cơ sở dữ liệu chính xác dành cho thiết kế ngược. Do đó, dữ liệu CAD của khuôn luôn được cập nhật giúp rút ngắn thời gian sản xuất và làm tăng độ tin cậy của linh kiện.

Hình 1: Tại Voestalpine, việc kiểm tra dung sai được thực hiện trên phần mềm GOM Inspect. Nhờ vào mô phỏng cụ thể, có thể dễ dàng xác định độ lệch của trạng thái thực tế so với dữ liệu CAD.

Các lợi thế nhờ quá trình đo nhanh, dữ liệu quét đầy đủ và chính xác

Một ưu điểm khác của phép đo không tiếp xúc với máy ATOS là dữ liệu số hóa luôn có sẵn. Vì quy trình đo tiếp xúc yêu cầu xác định trước các điểm đo và tất cả các điểm còn lại sẽ không được ghi lại trên biên dạng của chi tiết. Tuy nhiên, hệ thống ATOS đo được đến 16 triệu điểm trên mỗi lần quét, do đó giúp tăng tốc quá trình đo và đảm bảo dữ liệu chính xác và đầy đủ. Daniel Schiller nói: “Đây là một lợi thế thiết yếu, ví dụ như khi gặp vấn đề hoặc rắc rối ở giai đoạn sau của quy trình”.

Trong trường hợp này, tất cả dữ liệu theo yêu cầu đã được số hóa và có thể dùng được ngay. Không cần phải gá và đo lại. “Hơn nữa, việc trực quan hóa toàn bộ dữ liệu rất hữu ích cho việc hiệu chỉnh khuôn thủ công được thực hiện sau đó”. Trong trường hợp này, các chuyên gia đo lường của Schwäbisch Gmünd sử dụng hệ thống ATOS Triple Scan như một thiết bị lưu động để quét toàn bộ khuôn trong suốt quá trình sản xuất. Thiết bị đo được tháo rời khỏi phần đầu của robot và cố định trên giá đỡ di động, quá trình này được thực hiện chỉ trong vòng vài phút.

Kết quả là có thể trực tiếp kiểm tra hình dạng và bề dày sản phẩm từ hai nửa khuôn trực tiếp tại xưởng sản xuất thông qua lắp ráp ảo.

Hình 2: Hệ thống máy quét số hóa 3D ATOS Triple Scan được sử dụng như một hế thống tự động và cả điều khiển bằng tay. Robot có thể nhanh chóng được chuyển đổi thành giá đỡ di dộng.

Đo kiểm hàng loạt tự động

Hình 3. Daniel Schiller – Trưởng bộ phận đo lường tại Công ty sản xuất Linh kiện Ô tô Voestalpine.

Tuy nhiên, đo toàn bộ khuôn với máy ATOS chỉ là một trong các lĩnh vực ứng dụng được thực hiện tại Voestalpine. Trọng tâm chính là giám sát hàng loạt các linh kiện đã sản xuất. Đó là lý do tại sao các thiết bị đo được điều khiển bởi robot đặt trong phòng sản xuất trực tiếp tại dây chuyền ép để tránh việc các thiết bị phải di chuyển quãng đường dài để đến phòng đo.

Trong khâu giám sát hàng loạt, cả chi tiết dập nguội và dập nóng đều được đo. Các vật thể cần đo bao gồm trụ A-, B-, C-, dầm ngang, dầm dọc cho đến các cửa và ốp hông. Trước khi đi vào sản xuất hàng loạt, phần mềm đo kiểm GOM Inspect nhập các điểm đo đã được xác định trước cho phép đo tự động ở các bước tiếp theo.

Chuyên gia đo lường giải thích: “Việc lặp lại lần thứ 2 khiến cho hệ thống máy quét ATOS Triple Scan trở nên thuận lợi hơn khi quét ”. Ông ấy bổ sung thêm: “Khi đạt tới 100 điểm đo hoặc nhiều hơn nữa, các chi tiết dập đã được GOM ghi nhớ”. Bên cạnh số lượng điểm đo, hình dạng chi tiết và độ dày kim loại tấm là những lí do khác để lựa chọn máy quét 3D. Thậm chí cả các biên dạng của chi tiết phức tạp bao gồm các đặc tính điển hình như mẫu hình lỗ, vết cắt cũng được đo toàn bộ.

Nhờ vào phép đo linh kiện toàn phần và quy trình đo nhanh chóng, phương pháp này đã đáp ứng các yêu cầu của Voestalpine. Tất cả các bộ phận sản xuất đều nhận được báo cáo đo lường dưới dạng tệp PDF trong suốt quá trình sản xuất hàng loạt. Điều này có nghĩa là nhân viên làm việc tại xưởng dập có thể tìm thấy kết quả ở bất kỳ thời điểm nào để biết độ chính xác về kích thước của chi tiết nằm trong dung sai cho phép và đáp ứng các yêu cầu về chất lượng hay không.

Hình 4: Đặc tính cạnh sắc điển hình như mẫu hình lỗ, vết cắt và đường bao được số hóa với độ chính xác dưới 1 micron.

Lợi thế cạnh trạnh do tối ưu hóa quy trình

Phương pháp đo 3D đã chứng minh được giá trị của nó, đặc biệt là liên quan đến số hóa toàn bộ khuôn và các sản phẩm dập cũng như các phép đo trong quá trình sản xuất hàng loạt. Bằng cách kết hợp máy đo ATOS di dộng vào các quá trình, Voestalpine có thể đảm bảo chất lượng toàn diện, do đó, đảm bảo năng suất quá trình cao và chất lượng ổn định.