電動(dòng)汽車制造的自動(dòng)化質(zhì)量控制

編者按

隨著電動(dòng)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(cè)時(shí)都面臨著新的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)，形創(chuàng)公司開(kāi)發(fā)了用于自動(dòng)化質(zhì)量控制的3D掃描解決方案，能夠讓電動(dòng)汽車制造商在不影響檢測(cè)精度或缺少熟練技術(shù)人員的情況下提高檢測(cè)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(cè)量技術(shù)開(kāi)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(yàn)，目前負(fù)責(zé)形創(chuàng)公司的自動(dòng)化質(zhì)量控制解決方案。

隨著電動(dòng)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(cè)時(shí)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(dòng)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(dòng)汽車的運(yùn)動(dòng)部件比燃油車少，但它有無(wú)數(shù)復(fù)雜的子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)會(huì)影響電動(dòng)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(lái)越多的電動(dòng)汽車制造商開(kāi)始在工廠和生產(chǎn)車間使用自動(dòng)化質(zhì)量控制系統(tǒng)。采用這種系統(tǒng)后，生產(chǎn)過(guò)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(cè)過(guò)程，從而創(chuàng)造更多的產(chǎn)能和更快的上市時(shí)間。

電動(dòng)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(dòng)力，生產(chǎn)效率低下

在當(dāng)今嚴(yán)峻的勞動(dòng)力市場(chǎng)上，缺乏具備質(zhì)量控制檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)技能的熟練勞動(dòng)力。

傳統(tǒng)的人工檢測(cè)或三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMMs）檢測(cè)需要花費(fèi)一定的時(shí)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(cè)量機(jī)通常置于一個(gè)專用實(shí)驗(yàn)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(lái)回反饋。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的檢測(cè)速度不快，需要計(jì)量專家進(jìn)行操作。所有這些因素都會(huì)大幅減緩質(zhì)量控制檢測(cè)的執(zhí)行速度。

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

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

此外，許多電動(dòng)汽車部件是無(wú)法返工的。這意味著，如果檢測(cè)人員未能發(fā)現(xiàn)某個(gè)質(zhì)量問(wèn)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(dòng)汽車制造商在批量生產(chǎn)特定周期開(kāi)始之前，通常需要對(duì)成品部件進(jìn)行100%的檢測(cè)。

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(dòng)汽車發(fā)展。這意味著質(zhì)量控制團(tuán)隊(duì)必須不斷地改變?nèi)鴺?biāo)測(cè)量機(jī)的編程，而這同樣需要時(shí)間以及經(jīng)驗(yàn)豐富的計(jì)量學(xué)家的專業(yè)知識(shí)。

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(cè)或三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)依賴于技術(shù)人員的技能，這會(huì)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(cè)量機(jī)對(duì)周圍生產(chǎn)環(huán)境的振動(dòng)、灰塵和濕度也非常敏感：事實(shí)上，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)經(jīng)常需要固定在一個(gè)獨(dú)立的混凝土板上以保證檢測(cè)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(cè)量機(jī)非常精確——甚至過(guò)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(jiàn)。三坐標(biāo)測(cè)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(duì)于某些應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)往往過(guò)于精確。因此，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)該只在確實(shí)需要其精度的情況下使用，讓其他更快的技術(shù)檢測(cè)大多數(shù)零件。

解決方案

形創(chuàng)公司（Creaform）開(kāi)發(fā)了用于自動(dòng)化質(zhì)量控制的3D掃描解決方案，能夠讓電動(dòng)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(cè)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(dòng)化的質(zhì)量控制過(guò)程中執(zhí)行在線檢測(cè)。無(wú)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(dòng)化質(zhì)量控制系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)支架進(jìn)行質(zhì)量控制

無(wú)論零件大小、表面、裝飾和幾何特征如何，自動(dòng)化質(zhì)量控制系統(tǒng)都可以每秒捕獲高達(dá)180萬(wàn)個(gè)測(cè)量值。

2.多任務(wù)處理

通過(guò)軟件平臺(tái)，檢測(cè)員可以同時(shí)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(jì)

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

4.自動(dòng)校準(zhǔn)

在吞吐量加快的情況下，該掃描儀不會(huì)出現(xiàn)隨時(shí)間精度漂移的問(wèn)題。

自動(dòng)化質(zhì)量控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

無(wú)論是使用一體化解決方案還是定制的自動(dòng)化質(zhì)量控制解決方案，電動(dòng)汽車制造商都可以在沒(méi)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(cè)。

更重要的是，自動(dòng)化質(zhì)量控制系統(tǒng)可以快速集成到生產(chǎn)線中，無(wú)須長(zhǎng)時(shí)間培訓(xùn)或重大停機(jī)。

1.快速實(shí)施與培訓(xùn)

自動(dòng)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(wèn)題，并減少了實(shí)施自動(dòng)化質(zhì)量控制系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間。

2.全尺寸檢測(cè)——更快

電動(dòng)汽車制造商面臨更快向市場(chǎng)發(fā)布創(chuàng)新產(chǎn)品的壓力，MetraSCAN 3D-R等自動(dòng)化質(zhì)量控制解決方案可以在不犧牲測(cè)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(dòng)化質(zhì)量控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)采集檢測(cè)時(shí)間從數(shù)小時(shí)縮短到僅幾分鐘，他們相信這些通過(guò)檢測(cè)的部件是按照規(guī)格和行業(yè)規(guī)定生產(chǎn)的。提高檢測(cè)能力最終有助于提高吞吐量。

WAT公司是德國(guó)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(dòng)化質(zhì)量控制系統(tǒng)中增加了兩個(gè)MetraSCAN 3D-R系統(tǒng)，用于評(píng)估電動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝質(zhì)量，并縮短周期時(shí)間。

發(fā)動(dòng)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(cè)難度大且耗時(shí)。支架還使用了反射鍍鋅鋼，進(jìn)一步加大了檢測(cè)難度。

通過(guò)使用MetraSCAN 3D-R，質(zhì)量控制團(tuán)隊(duì)可以在數(shù)秒內(nèi)捕捉到高水平的測(cè)量數(shù)據(jù)，WAT公司對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)支架的檢測(cè)時(shí)間從1小時(shí)30分鐘大幅度縮短到8分鐘。這是用傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)所無(wú)法達(dá)到的。

因?yàn)槭褂昧梭w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。