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CMM multi-sensor impulsiona o rápido controlo de qualidade na linha de produção

Desde que o primeiro carro da Lotus foi produzido em 1948, a empresa tem sido um farol na indústria automóvel para o design e fabrico de carros de alto desempenho nascidos do lendário sucesso na pista de corrida. O mais recente carro desportivo, o Emira, é de longe o modelo mais preciso alguma vez concebido pela Lotus graças a uma atualização do controlo de qualidade na fábrica de automóveis desportivos da empresa em Norfolk, Inglaterra. Onde conta com o investimento numa máquina de medição de coordenadas de dois braços HC-90TR HC-90TR de 5 eixos (CMM) da LK Metrology. A célula de inspeção automatizada com multisensores, faz parte dos investimentos milionários concretizados pela Lotus desde 2017, fornecendo uma inspeção dimensional absoluta, a 100%, sem contacto e à velocidade da linha de produção, permitindo o controlo de qualidade em tempo real.

 

A CMM instalada encontra-se a um metro do chão numa base especial. Significa que um automóvel para inspeção, transportado num veículo guiado automatizado (AGV), pode aceder à área sem a necessidade de qualquer equipamento de elevação. A máquina possui volume de medição nominal de 6,3 m x 1,6 m x 2,5 m, grande o suficiente para conter todo o corpo de um automóvel. Os scanners cruzados a laser triplo são implantados em ambos os braços para medir automaticamente as características nos dois lados do veículo Lotus Emira simultaneamente. O LK HC-90 é reconhecido como a gama mais precisa do mundo de CMMs de braço horizontal, capaz de medir com uma precisão volumétrica de 10,0 μm + L/200 e com uma repetibilidade de 6 μm. A máquina combina o alto desempenho de uma CMM de ponte com a flexibilidade da configuração do braço horizontal, amplamente utilizada nas instalações de produção de veículos.

A CMM completa ciclos de medição automatizados tão rapidamente que é capaz de acompanhar o curto tempo TAKT que define a velocidade da linha de produção da Emira. Este desempenho a altas velocidades permite inspecionar todos os automóveis, tornando este modelo Lotus o primeiro cujo fabrico é sustentado por um controlo de qualidade tão completo. Com apenas duas “visitas” do automóvel, em diferentes fases da sua conceção, ao LK HC-90TR, são efetuadas um total de 130 medições em rotinas de digitalização que demoram aproximadamente 12 minutos e 8 minutos, respetivamente. Os ciclos de rápida inspeção deixam muito tempo para um AGV, que entregou um chassis à CMM, para carregá-lo e depois devolvê-lo à linha. Antes do início da metrologia, há também tempo para verificar o alinhamento do carro em relação ao sistema de ponto de referência da linha de empilhadora na CMM, bem como para calibrar os scanners a laser utilizando esferas de calibração. Para maior rapidez e precisão, são sondados com sensores que são automaticamente trocados pelos braços a partir de uma armação de transmissão automática. O mesmo sensor é utilizado para sondar algumas dimensões internas críticas do corpo do veículo, enquanto o scanner laser realiza uma varredura de alta velocidade das áreas de superfície de forma livre.

Em comparação com as práticas tradicionais de controlo de qualidade que sustentam o fabrico destes automóveis desportivos construídos à mão, constituídos por leves painéis compósitos e de alta tecnologia, os benefícios da rápida aquisição e digitalização das nuvens de pontos na célula LK são enormes. Anteriormente, um chassis de amostra teria sido submetido a uma medição do lado da linha num CMM manual que tinha um braço equipado com uma sonda de toque. Como consequência, seriam revistas muito menos características e num espaço de tempo de cinco horas, equivalendo a um a cada duas dúzias de chassis, que tiveram de ser removidos da produção e posteriormente reinseridos. Deste modo, as inspeções estariam propensas à ocorrência de erros, não só através da intervenção humana, como também devido à necessidade de reposicionar o carro durante a inspeção para compensar o percurso limitado do eixo CMM do braço manual. Para além de que qualquer um dos carros não verificados entre as amostras poderia estar fora da tolerância, levando a um retrabalho dispendioso e demorado.

 Tom Mackrill, Dimensional Quality Manager da fábrica comentou: "O Lotus Emira é o nosso último automóvel a ter um motor de combustão interna, uma vez que no futuro iremos produzir apenas automóveis elétricos. Estamos a direcionar o produto para o segmento premium do mercado global, pelo que é necessário um processo de produção muito estável." 

Solução de controlo de qualidade necessária para corresponder à taxa de produção do veículo

"A taxa de produção deste modelo automóvel em 2022 é substancialmente superior à do ano passado, quando estávamos a terminar a produção dos modelos Elise, Exige e Évora, e está a aumentar fortemente. Por isso, precisamos de uma solução de controlo de qualidade que não só suporte uma elevada precisão, como também seja rápida o suficiente para gerar grandes quantidades de dados para corresponder à taxa de produção. Analisámos outras tecnologias de inspeção, incluindo as que envolvem vários cabeçotes de medição montados em robôs; no entanto, concluímos que os robôs, especialmente se forem móveis, apresentariam um potencial erro extra, além dos dispositivos de medição que transportam e, por isso, precisariam de um sistema de medição de referência para os calibrar e realinhar."

"Concluímos, portanto, que uma CMM estática era o caminho a percorrer na produção do nosso novo automóvel, com uma configuração de dois braços e scanners cruzados a laser, proporcionando a velocidade de metrologia desejada."

Acrescentou ainda que a fiabilidade e a repetibilidade estão a impulsionar a qualidade dimensional da Emira, devolvendo dados à linha de produção para validar e controlar o processo, garantindo que cada veículo seja construído corretamente pela primeira vez. Este feedback é particularmente importante para a instalação de painéis compostos devido ao potencial de variabilidade nas ligações adesivas.

Scanners a laser de posicionamento infinito

Os cabeçais de dois eixos Renishaw PHS-2 transportados por scanners laser possuem a capacidade de rotação contínua e têm um posicionamento infinito, ao contrário dos cabeçotes convencionais da sonda que só se ajustam em passos incrementais. Assim, cada scanner pode ser inclinado com precisão ao longo de um ciclo de inspeção, permitindo um posicionamento ideal dentro e fora do chassis para uma rápida aquisição de dados geométricos e de forma livre. Quando dentro do veículo, o PHS-2 é capaz de rodar sob o controlo do programa para olhar para fora do corpo para efetuar medições. Os programas DMIS que controlam cada braço são essencialmente imagens espelhadas uns dos outros, com movimentos adicionais inseridos separadamente para abordar pequenas diferenças únicas em cada lado do corpo do veículo.

O scanner transversal Nikon XC65DX-LS com três linhas de laser captura superfícies numa única orientação e a digitalização adquire três vezes mais a quantidade de dados que um scanner laser de uma única linha pode adquirir.

Permite ciclos de inspeção curtos no LK HC-90TR para suportar um controlo de qualidade a 100% do corpo Emira. A tecnologia incorporada permite que o sensor não seja afetado pela cor ou refletividade do que está a ser medido. Também fornece ajuste automático e em tempo real das definições não só entre as riscas laser sucessivas, mas também para pontos individuais ao longo de cada linha. A variante LS do scanner possui uma distância de inter-off mais longa, até 170 mm, permitindo-lhe aceder a funcionalidades de difícil acesso.

Inspeção da carroçaria do veículo em duas fases

Os AGVs entregam cada Emira à CMM da linha de produção, tanto desde o final da linha de enquadramento (fase 1) como quando o veículo está totalmente montado (fase 2). É depositado, sem intervenção manual, na linha um leitor de código de barras, conhecido como um sistema de scripting, verifica o número de identificação do veículo, a cor, seja a unidade do lado direito ou esquerdo e ainda deve ser executado um programa de metrologia de fase 1 ou fase 2. O veículo na sua condição de fase 1 não é o corpo convencional em branco, uma vez que os painéis do corpo já estão pintados e a coluna de direção e a fiação elétrica já instaladas.

Scanner laser Nikon montado no cabeçal da Renishaw de posicionamento infinito

Após a calibração automática dos scanners a laser, fazem 130 medições em torno do carro nas duas fases para avaliar a precisão do mesmo. A suspensão do motor e os pontos de montagem são áreas críticas para a inspeção. O controlo do gap-and-flush é especialmente importante, uma vez que o espaçamento entre painéis tem impacto direto na qualidade percebida do veículo na sala de exposição.

Os programas são criados em grande parte automaticamente a partir de modelos CAD do Emira no software LK CAMIO. Garante que o scanner a laser se mova ao longo de caminhos de modo que as superfícies que estão a ser medidas estejam sempre dentro do seu campo de visão. As nuvens de pontos, de baixo ruído capturadas, são filtradas para produzir malhas lisas e altamente detalhadas que podem ser alinhadas para permitir a comparação dos dados medidos com o modelo CAD. As ferramentas de inspeção estão incluídas para a extração de recursos inteligentes, toleranciamento de GD&T e análise de perfis, apoiadas pelo rápido feedback dos resultados para a linha de produção e relatórios abrangentes.

A Lotus Cars optou por implementar esta solução de metrologia em processo, offline e em duas fases, uma vez que é mais conveniente para as necessidades da empresa. No entanto, noutros cenários, um HC-90TR ou mais poderia ser posicionado dentro da própria linha de produção, verificando as dimensões antes de o veículo passar para a próxima operação de construção. Outras aplicações offline incluem auditorias de qualidade e de verificação.

Solução chave na mão automatizada

 

A célula de metrologia foi instalada e encomendada pela LK na fábrica do Reino Unido em janeiro de 2021, antes do início da produção do Emira. O equipamento automatizado tem sido determinante para aumentar a eficiência de produção e reduzir o custo da mão-de-obra dos automóveis, garantindo que a inspeção dimensional controla o processo de fabrico, em vez de se limitar a qualificar a conformidade dos dados medidos. Este está a impulsionar a estratégia de produção para a melhoria contínua de todo o processo com o objetivo de fabricar peças sem defeitos, sendo este o propósito da Indústria 4.0 com a qual o hardware e software LK são compatíveis.

  Mackrill concluiu: "A Lotus nunca tinha trabalhado com a LK antes, mas tinha experiência anterior com CMM noutra fábrica de automóveis. Assim que decidimos que o padrão-ouro da medição de coordenadas estáticas era a melhor direção de metrologia a seguirmos, analisámos várias ofertas de diferentes potenciais fornecedores. A LK destacou-se por ser a melhor em termos de tecnologia de ponta. A construção em cerâmica da máquina proporciona uma excelente estabilidade combinada com o baixo peso, garantindo maior precisão e velocidade. A LK concedeu uma solução chave na mão, multi-sensor, totalmente configurada, completa com os primeiros programas de medição e acessórios. Apenas os acessórios que suportam o corpo do veículo é que foram facultados por nós."

Para destacar a confiança que a Lotus Cars tem na LK, o fabricante automóvel também investiu recentemente em quatro outras CMMs, todas máquinas menores do tipo ponte, para a sua divisão de Lotus Advanced Structures nas proximidades. Utilizado para o controlo de qualidade dos componentes do chassis, o investimento adicional incluiu três máquinas LK ALTERA M com áreas de medição nominalmente 3 m x 2 m x 1,5 m, 2 x 1,5 x 1,2 m e 1,5 m x 1,0 m x 0,8 m, respetivamente, e um LK ULTIMA CMM maior e mais preciso com um volume de 4 x 2 m x 2 m x 2 m.

Para mais informações: www.lkmetrology.com