Решения для инспекции на месте производства 3D-координатно-измерительными машинами для крупных компонентов аэрокосмической и автомобильной промышленности

Типичные условия работы и ключевые проблемы производств

Распространенный сценарий: инспекция первой партии новых аэрокосмических переборки или прототипа шасси автомобиля. Компонент, часто размером несколько метров в поперечнике, изготавливается в производственной ячейке. Согласно действующим протоколам, требуется забронировать время на стационарной координатно-измерительной машине (CMM), которая обычно находится в отдельной климатизированной метрологической лаборатории. Логистические сложности начинаются уже на этом этапе.

Критерии оценки возврата инвестиций (ROI)

Транспортировка такой крупной и часто хрупкой детали сопряжена с риском смещения ее положения или повреждения. Процесс требует использования специализированного такелажного оборудования, занимает полезное пространство производственного цеха и отнимает несколько часов непроизводительного времени на погрузочно-разгрузочные работы. После доставки в лабораторию деталь необходимо тщательно повторно закрепить и выровнять по системе координат машины, что само по себе может привести к появлению погрешностей и требует участия высококвалифицированных специалистов.

Ключевые проблемы очевидны:

• Задержки производства: деталь не может быть передана на последующие этапы обработки во время транспортировки, закрепления и измерения, что создает разрыв в производственном процессе длительностью в несколько дней.
• Риск погрешности измерений: перемещение детали может нарушить ее состояние после изготовления, поэтому результаты измерений могут не отражать ее реальные параметры во время сборки.
• Неэффективное использование ресурсов: квалифицированный персонал метрологических служб и дорогостоящее оборудование CMM заняты длительными процедурами настройки вместо проведения аналитических работ, создающих добавленную стоимость.
• Реактивный контроль качества: при таком длительном цикле обратной связи отклонение размеров в производственном процессе может оставаться незамеченным в течение нескольких дней, что потенциально ведет к дорогостоящей переделке всей партии.

Подход к разработке решения

Решение заключается в изменении традиционного подхода: вместо того чтобы доставлять деталь к машине, подвести измерительную систему к детали. Такая стратегия инспекции на месте производства требует платформы 3D-координатно-измерительной машины метрологического класса, адаптированной для работы в производственных условиях цеха.

Система должна обеспечивать высокую точность без контролируемых условий лаборатории, собирая данные плотного облака точек сложных геометрий прямо на месте изготовления или сборки компонента. Цель — сократить цикл обратной связи по качеству с нескольких дней до нескольких часов, что позволяет реализовать полноценный контроль в процессе производства.

Процесс внедрения

1. Подготовка и развертывание системы: портативная измерительная система доставляется к компоненту, находящемуся на его производственном приспособлении или сборочном стенде. Настройка включает размещение оптического трекера на устойчивом штативе в пределах его рабочей зоны и закрепление отражающих маркеров или ручного зонда на компоненте для создания общей системы координат. Обычно этот процесс занимает несколько минут, а не часов.

1. Сбор данных: оператор использует ручной беспроводной сканер или зонд, положение которых динамически отслеживается оптической системой. Он свободно перемещается вокруг компонента, собирая миллионы точек измерения для создания полного цифрового двойника. Высокая надежность системы позволяет проводить эти работы в обычных производственных условиях с типичными уровнями вибрации и колебаний температуры.

1. Мгновенная обработка и анализ: по мере сбора данных собственные алгоритмы программного обеспечения немедленно начинают их обработку. Облако точек автоматически выравнивается по номинальной CAD-модели. Ключевые особенности, поверхности и геометрические размеры извлекаются и сравниваются с проектными допусками (GD&T).

1. Результаты и принятие решений: в течение короткого времени после завершения сканирования формируется полный отчет. Он включает цветовые карты отклонений, сводки о прохождении/непрохождении контроля критических размеров и данные для принятия практических решений. Отчет в цифровом формате отправляется инженерам по качеству и производству, что позволяет немедленно принимать решения о дальнейшей работе, корректировке оснастки или проведении анализа первопричин отклонений.

Соответствие продуктов INSVISION требованиям к инспекции на месте производства

Для таких сложных задач инспекции на месте производства оптическая трекинговая 3D-координатно-измерительная машина INSVISION X-Track разработана с учетом всех специфических сложностей. Ее преимущества основаны на нескольких ключевых принципах проектирования:

• Портативность и гибкость: основной блок трекера разработан для простого перемещения и настройки рядом с крупными деталями, что избавляет от необходимости перемещать саму деталь.
• Устойчивость к производственным условиям: система сохраняет заявленную точность измерений в условиях переменного освещения, колебаний температуры и производственной вибрации, которые снижают точность традиционных лазерных трекеров или стационарных CMM.
• Интеллектуальное интегрированное ПО: пакет программного обеспечения системы INSVISION автоматизирует самые трудоемкие этапы обработки данных. Такие функции, как автоматическое выравнивание и проверка GD&T напрямую по облаку точек, снижают зависимость результатов от квалификации оператора и минимизируют субъективность анализа, что позволяет быстрее преобразовывать необработанные данные в полезную информацию для принятия решений.

Заметные улучшения рабочих процессов

Внедрение стратегии инспекции на месте производства с помощью 3D-координатно-измерительных машин дает заметные улучшения рабочих процессов. Самое важное из них — значительное сокращение времени на проведение инспекции. Проверка первой партии и контроль в процессе производства, которые ранее останавливали производство на несколько дней, теперь могут быть выполнены за одну смену. Такое ускорение напрямую повышает производительность цеха.

Кроме того, измерение детали в том состоянии, в котором она находится после изготовления, дает более точные данные, что позволяет проводить более точный анализ первопричин любых несоответствий. Цифровой рабочий процесс — от сбора данных до формирования отчета — исключает ошибки при ручном вводе данных, повышая отслеживаемость и готовность к прохождению проверок на соответствие требованиям. Техники освобождаются от логистических задач и работ по настройке оборудования и могут заниматься более ценной аналитической работой и улучшением производственных процессов.

Расширение сферы применения в других отраслях

Парадигма измерений на месте производства легко адаптируется для использования в других отраслях, где изготавливаются крупногабаритные высокостоимостные компоненты. Помимо аэрокосмической и автомобильной промышленности, к таким отраслям относятся:

• Тяжелое машиностроение и энергетика: измерение крупных сварных конструкций для турбин, горнодобывающего оборудования и сосудов под давлением.
• Железнодорожный транспорт и судостроение: инспекция рам локомотивов, секций корпусов судов и внутренних модулей.
• Строительное оборудование: проверка узлов стрел, шасси и крупных сварных конструкций.
• Инструментальное производство: проверка крупных форм, штампов и сборочных приспособлений прямо на станке.

Общим для всех этих отраслей является потребность в контроле размеров объектов, перемещение которых сложно, дорого или сопряжено с высоким риском, а задержки производства приводят к большим финансовым потерям.

Заключение

Ограничение, связанное с фиксированным расположением 3D-координатно-измерительных машин, является анахронизмом для современного гибкого производства. Для производителей крупногабаритных компонентов стратегическое внедрение портативной устойчивой технологии 3D-координатно-измерительных машин является прямым путем к устранению одного из самых сложных узких мест на производстве.

Благодаря возможности проведения инспекции метрологического класса на месте производства, производители могут трансформировать контроль качества из задержанного реактивного центра затрат в интегрированный проактивный драйвер роста производительности, выхода годной продукции и непрерывного улучшения процессов.