電動汽車制造的自動化質量控制

編者按

隨著電動汽車的日益普及，許多工程師和質量控制專家在進行零部件檢測時都面臨著新的挑戰。為了應對這個挑戰，形創公司開發了用于自動化質量控制的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人員的情況下提高檢測效率。本文原載于2020年11月的《質量文摘》。作者杰羅姆-亞歷山大?拉瓦（Jerome-Alexandre Lavoie）是從事3D測量技術開發的形創公司的產品經理，在3D數據管理方面積累了10多年經驗，目前負責形創公司的自動化質量控制解決方案。

隨著電動汽車的日益普及，許多工程師和質量控制專家在進行零件檢測時面臨著新的挑戰。傳統汽車主要由機械部件組成，而電動汽車包括由軟件控制的復雜電氣機械設備。雖然電動汽車的運動部件比燃油車少，但它有無數復雜的子系統，這些子系統會影響電動汽車的性能和操縱性。

為了提高產品安全性和生產能力，越來越多的電動汽車制造商開始在工廠和生產車間使用自動化質量控制系統。采用這種系統后，生產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，從而創造更多的產能和更快的上市時間。

電動汽車行業面臨的質量控制挑戰

1.質量控制效率低下，缺乏熟練勞動力，生產效率低下

在當今嚴峻的勞動力市場上，缺乏具備質量控制檢測經驗和專業技能的熟練勞動力。

傳統的人工檢測或三坐標測量機（CMMs）檢測需要花費一定的時間，并受到操作人員效率水平和人因因素的影響。三坐標測量機通常置于一個專用實驗室，這意味著需要進行大量的編程、設置，以及與生產線之間的來回反饋。三坐標測量機的檢測速度不快，需要計量專家進行操作。所有這些因素都會大幅減緩質量控制檢測的執行速度。

2.復雜的電動汽車零部件和生產類型需要進行復雜的檢測

由于電動汽車零部件和子系統可能比傳統汽車更復雜，檢測可能需要特殊的步驟。例如，一些常規的檢測技術可能對表面處理敏感，因此需要預先對零件進行表面處理，以執行正確的檢測。這種準備需要額外的時間，很難預測。如果做得不好，可能影響檢測準確性。

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現某個質量問題，不合格的部件被輸送到生產線上，這條生產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特定周期開始之前，通常需要對成品部件進行100%的檢測。

值得注意的是，汽車行業正在向多品種和小批量生產的電動汽車發展。這意味著質量控制團隊必須不斷地改變三坐標測量機的編程，而這同樣需要時間以及經驗豐富的計量學家的專業知識。

3.在速度和準確性之間取得平衡

如前所述，傳統的人工檢測或三坐標測量機檢測依賴于技術人員的技能，這會損害數據的準確性、可靠性和可重復性。特別是三坐標測量機對周圍生產環境的振動、灰塵和濕度也非常敏感：事實上，三坐標測量機經常需要固定在一個獨立的混凝土板上以保證檢測的準確性，大大增加了部署的成本和復雜性。

關于準確性，有觀點認為傳統的三坐標測量機非常精確——甚至過于精確。例如，在沖壓或焊接表面輪廓、修剪點等工藝，最嚴格的公差是±0.5毫米，±1.0毫米和±1.5毫米也并不少見。三坐標測量機的精度可達幾微米，是這種最小公差要求的10到100倍。這意味著對于某些應用程序來說，三坐標測量機往往過于精確。因此，三坐標測量機應該只在確實需要其精度的情況下使用，讓其他更快的技術檢測大多數零件。

解決方案

形創公司（Creaform）開發了用于自動化質量控制的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人員的情況下提高檢測效率。

這是一款功能強大的機器人光學三坐標掃描儀，可以在任何自動化的質量控制過程中執行在線檢測。無論生產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.高生產率

圖為使用自動化質量控制系統對發動機支架進行質量控制

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

2.多任務處理

通過軟件平臺，檢測員可以同時進行數據采集和分析，以加快吞吐量。

3.強大的工業設計

自動化質量控制系統適用于任何生產環境。無論穩定性、振動性和熱變化如何，自動化質量控制系統都可以實現0.025毫米的車間精度。

4.自動校準

在吞吐量加快的情況下，該掃描儀不會出現隨時間精度漂移的問題。

自動化質量控制系統的優點

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

更重要的是，自動化質量控制系統可以快速集成到生產線中，無須長時間培訓或重大停機。

1.快速實施與培訓

自動化質量控制系統可以在短短一星期內安裝。任何技能水平的技術人員都可以在一天內完成培訓。這解決了制造商的人力資源問題，并減少了實施自動化質量控制系統的停機時間。

2.全尺寸檢測——更快

電動汽車制造商面臨更快向市場發布創新產品的壓力，MetraSCAN 3D-R等自動化質量控制解決方案可以在不犧牲測量精度、可靠性和可重復性的情況下，滿足數據采集速度的需求。

一些制造商使用自動化質量控制系統將數據采集檢測時間從數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格和行業規定生產的。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大型原始設備制造商的零部件供應商。最近在他們定制的自動化質量控制系統中增加了兩個MetraSCAN 3D-R系統，用于評估電動汽車的發動機支架安裝質量，并縮短周期時間。

發動機支架使用了具有復雜幾何形狀的焊接結構零件，因此檢測難度大且耗時。支架還使用了反射鍍鋅鋼，進一步加大了檢測難度。

通過使用MetraSCAN 3D-R，質量控制團隊可以在數秒內捕捉到高水平的測量數據，WAT公司對發動機支架的檢測時間從1小時30分鐘大幅度縮短到8分鐘。這是用傳統的三坐標測量機所無法達到的。

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