Hệ thống đo quét 3D tăng tốc quá trình đo vỏ thân ô tô

Báo cáo của công ty Allgaier Automotive về hiệu quả của việc sử dụng hệ thống đo quét 3D trong đo lường vỏ thân ô tô

Địa điểm/ Quốc gia: Uhingen, Đức

Hệ thống GOM: Máy ATOS ScanBox 6130

Phần mềm GOM: ATOS Professional, GOM Inspect Professional

Lĩnh vực: Chế tạo khuôn và sản xuất linh kiện

Công ty Allgaier Automotive là hệ thống nhà cung cấp cho ngành công nghiệp ô tô toàn cầu và là công ty hàng đầu thế giới về sản xuất kim loại tấm. Các lĩnh vực chuyên môn chính của công ty này bao gồm sản xuất khuôn và dập sản phẩm, công nghệ nhiên liệu và thân xe.

Allgaier kết hợp kinh nghiệm lâu năm với việc sử dụng công nghệ tiên tiến nhất. Cho dù sản xuất các chi tiết và linh kiện dập từ thép và nhôm hay phát triển khuôn dập định hình: trong quá trình sản xuất, mỗi bước làm việc đều diễn ra trong sự phối hợp chặt chẽ với khách hàng.

Đối với các nhà sản xuất ôtô và cung cấp linh kiện, việc lắp ráp trùng khít các tấm vỏ thân xe và khuôn của chúng thường mất nhiều thời gian kéo theo nhiều phép thử sai. Với sự trợ giúp của các hệ thống đo 3D, công ty Allgaier Automotive đã cố gắng giảm tới 50% thời gian đo kiểm trong việc chế tạo khuôn, sản xuất và lắp ráp.

Trong những năm qua, những chiếc xe được xuất xưởng đã trở nên nặng hơn. Kích thước lớn hơn, động cơ mạnh hơn và các tính năng hiện đại hơn để nâng cao độ an toàn và thoải mái đã dẫn đến việc trọng lượng xe tăng lên đáng kể. Kết quả là một số xe đời mới đã nặng hơn 500kg so với phiên bản ra đời vào những năm 1980. Khối lượng tăng lên đồng nghĩa với mức tiêu hao nhiên liệu và lượng khí thải CO₂ nhiều hơn. Ngay cả với những chiếc xe điện mới tiết kiệm năng lượng, cấu trúc nhẹ cũng đóng vai trò quan trọng vì mỗi kilôgam thừa sẽ làm giảm hành trình của xe – vốn là điều không mong đợi trong bất kì tình huống nào. Vì vậy, câu “càng nhẹ càng tốt” đặc biệt đúng khi thiết kế và chế tạo xe điện. Đây là lí do tại sao các nhà sản xuất ô tô và các nhà cung cấp linh kiện ngày càng tập trung vào việc sử dụng vật liệu nhẹ để giảm trọng lượng xe, đặc biệt là trọng lượng thân xe.

Allgaier Automotive là đối tác quan trọng của các nhà sản xuất ô tô trong quá trình này. “Nhu cầu không ngừng tăng lên. Vì vậy vấn đề then chốt là chúng tôi phải liên tục điều chỉnh các quy trình liên quan đến chất lượng của mình”, ông Alpay  Örscüoglu – Trưởng Bộ Phận Kinh Doanh Dập Tấm của hãng Allgaier Automotive cho biết.

Tập đoàn Allgaier có trụ sở ở Uhingen, miền Nam nước Đức. Được thành lập vào năm 1906, tập đoàn đã cung cấp khuôn và linh kiện dập từ những năm 1920. Ngày nay, hoạt động chủ yếu tập trung vào hai lĩnh vực là công nghệ xử lí và ô tô. Allgaier Automotive là nhà cung cấp linh kiện ô tô toàn cầu và là công ty hàng đầu thế giới trong lĩnh vực dập kim loại tấm.

“Lợi thế cốt lõi mà chúng tôi có được so với các đối thủ cạnh tranh là cung cấp các quy trình từ đầu đến cuối từ một nguồn duy nhất”, Klaus Wetzstein – Trưởng Bộ Phận Kinh Doanh Thân Ô tô giải thích “từ việc phát triển, lên kế hoạch, thiết kế và phê duyệt đến việc tạo mẫu và sản xuất hàng loạt”.

Nhu cầu về kiểm soát chất lượng đang gia tăng, một đặc điểm khác của Allgaier Automotive được ông Örscüoglu nhấn mạnh là tính linh hoạt cao trong việc đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường và phát triển hơn nữa công nghệ và phương thức sản xuất hiện có, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất. Để đảm bảo chất lượng, Allgaier Automotive đã sử dụng máy đo 3D của GOM trong việc chế tạo khuôn, sản xuất và lắp ráp chi tiết (mỗi máy ở mỗi khu vực) kể từ tháng 8 năm 2016. Jürgen Straub – Trưởng Bộ Phận Quản Lí Chất Lượng Ôtô nhận xét: “Kiểm soát chất lượng đã trở thành một phần quan trọng  trong các quy trình của chúng tôi trong những năm gần đây. Tuy nhiên, các kĩ thuật đo tiếp xúc truyền thống ngày càng chứng tỏ chúng là một nút thắt gây ra sự chậm trễ đáng kể trong một số trường hợp”.

Thiết bị được chọn là ATOS ScanBox 6130, thậm chí có thể chứa và đo được các chi tiết thân xe cỡ lớn nhờ vào cổng tiếp nhận rộng. “Chúng tôi đã sử dụng nó để đo các tấm hông xe dài tới 3m mà không gặp bất cứ vấn đề gì” Manuela  Hausch – Quản lí Công Nghệ Đo Lường, Bộ Phận Dập và Sản Xuất Linh Kiện Ôtô.

Máy đo 3D dành cho chế tạo khuôn, kiểm tra hàng loạt và lắp ráp

Thiết bị lõi của hệ thống ATOS ScanBox là máy quét 3D quang học ATOS Triple Scan. Máy quét sử dụng các phương pháp chiếu vân sáng thay vì các điểm đo riêng lẻ để đo quang học toàn bộ bề mặt của 1 cấu kiện dựa trên dữ liệu đám mây điểm có độ phân giải cao. Các dãy vân sáng được ghi lại bởi hai máy ảnh. Một hình ảnh rất chi tiết bao gồm hàng triệu điểm đo có thể được ghi lại trong vòng vài giây mà không có tiếp xúc về mặt vật lý. Phần mềm GOM tính toán tọa độ vật thể 3 chiều cho từng điểm ảnh.

Lưới đa giác được tính toán mô tả các bề mặt dạng tự do và các yếu tố hình học có thể được so sánh với bản vẽ hoặc trực tiếp so sánh với tập dữ liệu CAD trong việc phân tích hình dạng và kích thước. Các thuật toán đặc biệt cũng cho phép các cạnh của chi tiết được đo với độ chính xác dưới một pixel. Khái niệm này tạo điều kiện cho việc kiểm tra toàn bộ bề mặt, vị trí khe hở, vết cắt và độ đàn hồi, đường xoắn, kích thước khe hở và độ lệch cũng như các thuộc tính khác của việc dập định hình kim loại tấm.

“Nhờ vào phép đo toàn diện, toàn bộ phần thân xe có thể được quét rất nhanh so với công nghệ đo tiếp xúc và không có bất kỳ điểm mù nào.” Ông Hausch giải thích  “Một lợi thế thực sự đáng kể khác so với các giao thức đo tiếp xúc là các đồ thị màu sắc. Mã màu giúp cho việc phát hiện các vùng có vấn đề rất nhanh chóng và dễ dàng, vì vậy các nhà sản xuất công cụ của chúng tôi có thể nhìn thấy ngay nơi mà họ cần thực hiện một vài tinh chỉnh”.

Örscüoglu nói thêm rằng: “Với phép đo quang học, giờ đây chúng tôi có lợi thế là nhận được kết quả rất nhanh, vì vậy chúng tôi có thể can thiệp kịp thời vào quá trình sản xuất khi chúng tôi đang xử lí một bộ khuôn, một linh kiện dập hoặc một cụm lắp ráp”.

Allgaier Automotive sử dụng máy quét của GOM xuyên suốt chuỗi giá trị của nó. Đầu tiên bộ khuôn được thiết kế bằng CATIA V5. Sau đó chúng được gia công, lắp ráp, được đo bằng hệ thống ATOS, được sửa chữa và cuối cùng được gửi đi để sản xuất mẫu thử. “Đây là nơi mẫu thử đầu tiên được dập và nó được đo bằng máy quét GOM” – ông Klaus Wetzstein, người đứng đầu Bộ Phận Kinh Doanh Thân Xe giải thích. “Nhìn chung mẫu thử đầu tiên thường bị lệch theo một hướng nhất định so với hình dạng ban đầu khi chúng vừa được dập.”

Sản xuất khuôn nhanh hơn nhờ vào kết quả đo toàn diện

Vì kim loại tấm sau khi vuốt và dập sẽ đàn hồi hoặc biến dạng nên kết quả đo được sẽ khác với hình dạng trên khuôn. Để bù trừ hình dạng, khuôn phải được thiết kế dựa trên kinh nghiệm rất nhiều vì nó sẽ không hoàn toàn trùng khớp với kích thước của dữ liệu ban đầu mà thay vào đó, nó sẽ được bù trừ sai số hình học do ảnh hưởng của quá trình dập hoặc hành vi của sản phẩm sau khi dập.

“Nói cách khác đó là sự kết hợp giữa kinh nghiệm và cảm nhận theo cách của bạn – thứ mà chúng ta phải làm lại với từng chi tiết.” Straub giải thích “Hành vi của kim loại tấm phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm vật liệu, độ dày vật liệu, độ biến dạng, bán kính uốn, v.v… Ngay cả nhà thiết kế giỏi nhất cũng có thể thiết kế một bộ khuôn dập ra sản phẩm chính xác ngay lần thử đầu tiên.” Một phép đo toàn diện đối với chi tiết được thực hiện và dựa trên kết quả này, việc sửa khuôn được thực hiện và mô phỏng được điều chỉnh. Điều này được lặp lại cho đến khi chi tiết do khuôn dập ra giống với chi tiết đã thiết kế.

Các vòng lặp này cũng được thực hiện lại trên máy dập và các chi tiết lắp ráp. Wetzstein nói: “Những mẫu đầu tiên ra khỏi xưởng thân xe và sau đó được mang đi đo. Từ kết quả đo này, chúng tôi có thể biết chúng có phù hợp để sản xuất hàng loạt hay không. Nếu câu trả lời là có, hàng loạt sản phẩm sẽ được ra mắt. Nếu câu trả lời là không, xưởng dập hoặc xưởng sản xuất thân xe sẽ điều chỉnh và mang mẫu đi đo lại. Với ATOS Scanbox, đây là một quá trình tương đối nhanh – đây là một khích lệ lớn đối với chúng tôi. Các phép đo cũng được thực hiện suốt quá trình sản xuất hàng loạt dựa trên kế hoạch đo kiểm theo chu kì nhất định mà khách hàng yêu cầu”.

Tốc độ đo cao tối ưu hóa kiểm định hàng loạt, một số khách hàng quy định 3 mẫu thử đối với mỗi lần dập, một số khác yêu cầu 5 lần in hoặc thậm chí nhiều hơn, Nhưng nhờ vào tốc độ của hệ thống GOM tự động, điều này không thành vấn đề nữa.” Housch nói: “Ví dụ, chúng tôi vừa tiết kiệm 50% thời gian so với với đo tiếp xúc khi đo một mui xe. Thay vì mất 2 giờ, chúng tôi đã đo xong trong 45 phút. Và đó là chi tiết kim loại tấm kích thước 1,60m x 1,50m. Hơn nữa, các báo cáo đo lường của hệ thống GOM có nhiều thông tin hơn so với giao thức đo tiếp xúc.”

Toàn bộ quá trình quét mẫu và kiểm tra thậm chí đến việc xuất báo cáo đều hoạt động hoàn toàn tự động. Chức năng Auto Teaching của máy đo giúp lập trình để đo theo chuỗi dễ dàng hơn. Nếu kế hoạch đo kiểm đã được lưu làm mẫu trong hệ thống thì nó có thể dễ dàng được thực hiện lại lần nữa chỉ bằng cách nhấn nút. Sau đó, kết quả đo lường sẽ được tạo ra ở định dạng theo yêu cầu dưới dạng bảng hoặc biểu đồ màu thể hiện độ lệch so với CAD.

Biểu đạt kết quả bằng đồ họa đấy nhanh toàn bộ quá trình sản xuất

Wetzstein còn giải thích cặn kẽ hơn: “Nhờ vào đồ thị màu sắc, chúng tôi có thể xác định rõ các  giai đoạn vận hành, ví dụ các chi tiết đã được uốn cong như thế nào.” Nhờ đó, người quản lý trong xưởng thân xe có thể ngay lập tức đưa ra hành động kịp thời, đo lại và điều chỉnh lại mọi thứ cho đến khi đạt được yêu cầu. Người đứng đầu Bộ Phận Kinh Doanh Thân Xe cho biết thêm: “Với hệ thống GOM, độ lệch có thể thấy ngay lập tức dựa trên màu sắc, trong khi chúng tôi thường phải mất hàng giờ để đánh giá và so sánh các điểm đo trên máy đo tiếp xúc. Đây là một bước nhảy vọt của chúng tôi trong lắp ráp.”

Ông Örscüoglu cũng vô cùng hài lòng với các hệ thống của GOM: “Bây giờ, chúng tôi sẽ phát hiện và phòng ngừa sai lệch nhanh hơn một cách đáng kể cho dù là trong khuôn, chi tiết dập hoặc cụm lắp ráp. Điều này sẽ tăng tốc đáng kể toàn bộ quá trình của chúng tôi từ khâu thiết kế đến khâu hoàn thành cụm lắp ráp.

Về công ty GOM

GOM phát triển, sản xuất và phân phối phần mềm, máy móc và thiết bị cho công nghệ đo tọa độ 3D và thử nghiệm 3D dựa trên kết quả nghiên cứu mới nhất và các công nghệ tiên tiến nhất. Với hơn 60 văn phòng và hơn 1000 chuyên gia đo lường, GOM cam kết tư vấn chuyên sâu cũng như hỗ trợ và dịch vụ chuyên nghiệp. Hiện có hơn 17.000 hệ thống đã được lắp đặt giúp cải thiện sản phẩm và quy trình sản xuất trong ngành công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ và hàng tiêu dùng.