電動汽車制造的自動化質(zhì)量控制

編者按

隨著電動汽車的日益普及，許多工程師和質(zhì)量控制專家在進(jìn)行零部件檢測時都面臨著新的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這個挑戰(zhàn)，形創(chuàng)公司開發(fā)了用于自動化質(zhì)量控制的3D掃描解決方案，能夠讓電動汽車制造商在不影響檢測精度或缺少熟練技術(shù)人員的情況下提高檢測效率。本文原載于2020年11月的《質(zhì)量文摘》。作者杰羅姆-亞歷山大?拉瓦（Jerome-Alexandre Lavoie）是從事3D測量技術(shù)開發(fā)的形創(chuàng)公司的產(chǎn)品經(jīng)理，在3D數(shù)據(jù)管理方面積累了10多年經(jīng)驗，目前負(fù)責(zé)形創(chuàng)公司的自動化質(zhì)量控制解決方案。

隨著電動汽車的日益普及，許多工程師和質(zhì)量控制專家在進(jìn)行零件檢測時面臨著新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)汽車主要由機(jī)械部件組成，而電動汽車包括由軟件控制的復(fù)雜電氣機(jī)械設(shè)備。雖然電動汽車的運(yùn)動部件比燃油車少，但它有無數(shù)復(fù)雜的子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)會影響電動汽車的性能和操縱性。

為了提高產(chǎn)品安全性和生產(chǎn)能力，越來越多的電動汽車制造商開始在工廠和生產(chǎn)車間使用自動化質(zhì)量控制系統(tǒng)。采用這種系統(tǒng)后，生產(chǎn)過程中的異常情況可以立即反饋給工作人員，以便迅速采取糾正措施，加快檢測過程，從而創(chuàng)造更多的產(chǎn)能和更快的上市時間。

電動汽車行業(yè)面臨的質(zhì)量控制挑戰(zhàn)

1.質(zhì)量控制效率低下，缺乏熟練勞動力，生產(chǎn)效率低下

在當(dāng)今嚴(yán)峻的勞動力市場上，缺乏具備質(zhì)量控制檢測經(jīng)驗和專業(yè)技能的熟練勞動力。

傳統(tǒng)的人工檢測或三坐標(biāo)測量機(jī)（CMMs）檢測需要花費(fèi)一定的時間，并受到操作人員效率水平和人因因素的影響。三坐標(biāo)測量機(jī)通常置于一個專用實驗室，這意味著需要進(jìn)行大量的編程、設(shè)置，以及與生產(chǎn)線之間的來回反饋。三坐標(biāo)測量機(jī)的檢測速度不快，需要計量專家進(jìn)行操作。所有這些因素都會大幅減緩質(zhì)量控制檢測的執(zhí)行速度。

2.復(fù)雜的電動汽車零部件和生產(chǎn)類型需要進(jìn)行復(fù)雜的檢測

由于電動汽車零部件和子系統(tǒng)可能比傳統(tǒng)汽車更復(fù)雜，檢測可能需要特殊的步驟。例如，一些常規(guī)的檢測技術(shù)可能對表面處理敏感，因此需要預(yù)先對零件進(jìn)行表面處理，以執(zhí)行正確的檢測。這種準(zhǔn)備需要額外的時間，很難預(yù)測。如果做得不好，可能影響檢測準(zhǔn)確性。

此外，許多電動汽車部件是無法返工的。這意味著，如果檢測人員未能發(fā)現(xiàn)某個質(zhì)量問題，不合格的部件被輸送到生產(chǎn)線上，這條生產(chǎn)線可能立即陷入停頓。這就是為什么電動汽車制造商在批量生產(chǎn)特定周期開始之前，通常需要對成品部件進(jìn)行100%的檢測。

值得注意的是，汽車行業(yè)正在向多品種和小批量生產(chǎn)的電動汽車發(fā)展。這意味著質(zhì)量控制團(tuán)隊必須不斷地改變?nèi)鴺?biāo)測量機(jī)的編程，而這同樣需要時間以及經(jīng)驗豐富的計量學(xué)家的專業(yè)知識。

3.在速度和準(zhǔn)確性之間取得平衡

如前所述，傳統(tǒng)的人工檢測或三坐標(biāo)測量機(jī)檢測依賴于技術(shù)人員的技能，這會損害數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性和可重復(fù)性。特別是三坐標(biāo)測量機(jī)對周圍生產(chǎn)環(huán)境的振動、灰塵和濕度也非常敏感：事實上，三坐標(biāo)測量機(jī)經(jīng)常需要固定在一個獨(dú)立的混凝土板上以保證檢測的準(zhǔn)確性，大大增加了部署的成本和復(fù)雜性。

關(guān)于準(zhǔn)確性，有觀點(diǎn)認(rèn)為傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測量機(jī)非常精確——甚至過于精確。例如，在沖壓或焊接表面輪廓、修剪點(diǎn)等工藝，最嚴(yán)格的公差是±0.5毫米，±1.0毫米和±1.5毫米也并不少見。三坐標(biāo)測量機(jī)的精度可達(dá)幾微米，是這種最小公差要求的10到100倍。這意味著對于某些應(yīng)用程序來說，三坐標(biāo)測量機(jī)往往過于精確。因此，三坐標(biāo)測量機(jī)應(yīng)該只在確實需要其精度的情況下使用，讓其他更快的技術(shù)檢測大多數(shù)零件。

解決方案

形創(chuàng)公司（Creaform）開發(fā)了用于自動化質(zhì)量控制的3D掃描解決方案，能夠讓電動汽車制造商在不影響精度或缺少熟練技術(shù)人員的情況下提高檢測效率。

這是一款功能強(qiáng)大的機(jī)器人光學(xué)三坐標(biāo)掃描儀，可以在任何自動化的質(zhì)量控制過程中執(zhí)行在線檢測。無論生產(chǎn)類型是多品種和小批量，還是少品種和大批量，該掃描儀都可以作為一種整體解決方案。

1.高生產(chǎn)率

圖為使用自動化質(zhì)量控制系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)支架進(jìn)行質(zhì)量控制

無論零件大小、表面、裝飾和幾何特征如何，自動化質(zhì)量控制系統(tǒng)都可以每秒捕獲高達(dá)180萬個測量值。

2.多任務(wù)處理

通過軟件平臺，檢測員可以同時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，以加快吞吐量。

3.強(qiáng)大的工業(yè)設(shè)計

自動化質(zhì)量控制系統(tǒng)適用于任何生產(chǎn)環(huán)境。無論穩(wěn)定性、振動性和熱變化如何，自動化質(zhì)量控制系統(tǒng)都可以實現(xiàn)0.025毫米的車間精度。

4.自動校準(zhǔn)

在吞吐量加快的情況下，該掃描儀不會出現(xiàn)隨時間精度漂移的問題。

自動化質(zhì)量控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

無論是使用一體化解決方案還是定制的自動化質(zhì)量控制解決方案，電動汽車制造商都可以在沒有技術(shù)培訓(xùn)人員的情況下，以正確的精度進(jìn)行更快的檢測。

更重要的是，自動化質(zhì)量控制系統(tǒng)可以快速集成到生產(chǎn)線中，無須長時間培訓(xùn)或重大停機(jī)。

1.快速實施與培訓(xùn)

自動化質(zhì)量控制系統(tǒng)可以在短短一星期內(nèi)安裝。任何技能水平的技術(shù)人員都可以在一天內(nèi)完成培訓(xùn)。這解決了制造商的人力資源問題，并減少了實施自動化質(zhì)量控制系統(tǒng)的停機(jī)時間。

2.全尺寸檢測——更快

電動汽車制造商面臨更快向市場發(fā)布創(chuàng)新產(chǎn)品的壓力，MetraSCAN 3D-R等自動化質(zhì)量控制解決方案可以在不犧牲測量精度、可靠性和可重復(fù)性的情況下，滿足數(shù)據(jù)采集速度的需求。

一些制造商使用自動化質(zhì)量控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)采集檢測時間從數(shù)小時縮短到僅幾分鐘，他們相信這些通過檢測的部件是按照規(guī)格和行業(yè)規(guī)定生產(chǎn)的。提高檢測能力最終有助于提高吞吐量。

WAT公司是德國汽車和摩托車行業(yè)大型原始設(shè)備制造商的零部件供應(yīng)商。最近在他們定制的自動化質(zhì)量控制系統(tǒng)中增加了兩個MetraSCAN 3D-R系統(tǒng)，用于評估電動汽車的發(fā)動機(jī)支架安裝質(zhì)量，并縮短周期時間。

發(fā)動機(jī)支架使用了具有復(fù)雜幾何形狀的焊接結(jié)構(gòu)零件，因此檢測難度大且耗時。支架還使用了反射鍍鋅鋼，進(jìn)一步加大了檢測難度。

通過使用MetraSCAN 3D-R，質(zhì)量控制團(tuán)隊可以在數(shù)秒內(nèi)捕捉到高水平的測量數(shù)據(jù)，WAT公司對發(fā)動機(jī)支架的檢測時間從1小時30分鐘大幅度縮短到8分鐘。這是用傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測量機(jī)所無法達(dá)到的。

因為使用了體積更小的機(jī)器人，MetraSCAN 3D-R只需要占用很少的車間面積，所以生產(chǎn)車間需要進(jìn)行的改造也更少。