Oplossen van lekkageproblemen bij autodeuren
Scanning and Inspection Pty wendt zich tot PolyWorks® en analyseert de relatie tussen het deurframe en de carrosserie van de auto in minder dan 1 uur.
Fabrikanten weten wanneer er iets fout gaat, maar uitzoeken waarom dat zo is, is vaak een veel ingewikkelder proces. Het daaropvolgende onderzoek kost tijd, geld en middelen. Zelfs als het probleem uiteindelijk is geïdentificeerd, is het maken van gekwantificeerde aanpassingen nog een stap op weg naar rectificatie. Soms is het geproduceerde onderdeel anders dan het ontworpen onderdeel, of anders dan hoe het zou moeten zijn of in het verleden is geweest, maar hoeveel, waar en in welke richting? Voor een grote Australische autofabrikant was het identificeren van de oorzaak van lekkage bij deurpanelen een prioriteit.
ModelMaker Z70 gemonteerd op een FaroArm
De uitdaging
Een autofabrikant heeft onlangs een van die onvermijdelijke productiescenario's meegemaakt. Ze kwamen variaties tegen in de uitlijning van bepaalde afdichtingen van cabinedeuren voor passagiers die ze hebben geproduceerd en gemonteerd. Het was duidelijk dat bepaalde auto's die tijdens één specifiek facet van de autoproductie waren gemaakt, waren zoals verwacht: de deuren en afdichtingen sloten allemaal naadloos aan op de rest van de carrosserie. De producten die later van de productielijn kwamen, hadden echter last van waterlekkage tijdens de testfase. De eerste taak betrof het lokaliseren waar het water doorkwam, maar de meer ingewikkelde analyse betrof de relatie tussen het deurframe en de carrosserie van de auto. Het was echter een hele uitdaging om uit te vinden wat er anders was dan bij de voertuigen die niet lekten, en om te bepalen hoeveel, waar en in welke richting.
Als één batch van de autoassemblages uit de productie kwam en geen lekkageproblemen ondervond en andere, die later geproduceerd werden, wel gingen lekken, dan moeten ze op de een of andere manier van structuur verschillen. Waarin verschilt de problematische deurframe-assemblage van die bij een 'goede auto'? Om te weten te komen welke wijzigingen er tijdens de productie moeten worden aangebracht, moet de klant de afwijking kunnen kwantificeren. De relatie en de variaties tussen de 'goede' en 'slechte' deurframe-assemblages moeten worden geëvalueerd. Er werd een gedetailleerde vergelijkende analyse gemaakt, die dankzij de nieuwste laserscantechnologie en de PolyWorks®-softwaresuite binnen enkele uren kon worden uitgevoerd.
De oplossing
Gegevensacquisitie
Om de oppervlakte-informatie snel en efficiënt vast te leggen, gebruikten de specialisten van Scanning and Inspection een laserscanner gemonteerd op een meetarm. Het type laserscanner dat voor deze toepassing werd gebruikt was de ModelMaker Z70, een hoogwaardige scanner die een oppervlak kan digitaliseren met een opmerkelijke dichtheid van 0,05 mm x 0,05 mm, wat neerkomt op ongeveer 400 punten per vierkante millimeter. Dit resulteert in een realistische, volledige, digitale 3D-weergave van het onderdeel, een overvloed aan gegevens die wachten om omgezet te worden in nuttige informatie. De scanner krijgt zijn 3D-referentie van een draagbare CMM, in dit geval een Platinum FaroArm, die meet met een herhaalbaarheid van ±0,051 mm, afhankelijk van de grootte. De FaroArm en MMZ70-laserscanner werden ter plekke in positie gebracht dankzij een zwaar statief, zodat de hardware gemakkelijk naast de betreffende autodeuren kon worden opgesteld. Het vastleggen van de vereiste oppervlaktegegevens nam slechts enkele minuten per auto in beslag.
Het PolyWorks-proces
Nadat de scangegevens verzameld waren, begon de nabewerkingsfase van de analyse. Met behulp van PolyWorks hebben specialisten van Scanning and Inspection Pty Ltd. de lasergescande gegevens van de 'lekkende' auto virtueel uitgelijnd met die van de 'goede' auto en geavanceerde meet- en vergelijkingsanalyses uitgevoerd. Voordat de vergelijkende analyses werden uitgevoerd, moest er echter een reeks manipulaties van puntenwolken worden uitgevoerd in PolyWorks.
Gegevensacquisitie
De scanuitlijning verfijnen
Tijdens de gegevensacquisitiefase van de taak werden verschillende scanpassages verkregen. Elke scanpatch wordt automatisch uitgelijnd met behulp van de ingebouwde uitlijntechnologie van de meetarm die de ruimtelijke referentie levert voor de veranderende locatie van de laserscanner. De meeste puntenwolken die door de laserscanner worden verkregen, 'zitten' bovenop andere puntenwolken die al door andere passages van de scanner zijn geregistreerd. Bepaalde delen van het onderdeel worden daarom meer dan eens gemeten. Deze gebieden met gegevens op meerdere niveaus worden overlappingsgebieden genoemd.
Om de uitgelijnde puntenwolk van de draagbare CMM te verfijnen, gebruikt de IMAlign-module van PolyWorks deze overlappingsgebieden om alle scans opnieuw uit te lijnen. Eerst werd een afwijkingsanalyse uitgevoerd op de uitgelijnde puntenwolk. PolyWorks berekent automatisch de gemiddelde afstanden tussen elke overlappende scan en geeft een kleur weer die een afwijkingswaarde vertegenwoordigt. In één oogopslag kunnen gebruikers de scans identificeren die buiten tolerantie zijn en die verbeterd kunnen worden door ze opnieuw uit te lijnen.
Vervolgens werd met behulp van de 'best-fit'-uitlijntechnologie van PolyWorks een nieuwe uitlijning uitgevoerd. Om 'schuiven' tussen patches in dezelfde buurt te voorkomen, worden voor elke scan automatisch acht controlepunten ingesteld, die de vrijheidsgraden beperken. Deze functie onderscheidt PolyWorks van andere oplossingen voor scanuitlijning, die vaak te maken hebben met problemen met schuiven tijdens het uitlijnen. Nadat de beperkte best-fit-uitlijning is uitgevoerd, wordt een nieuwe afwijkingsanalyse berekend en een kleurenkaart weergegeven.
De laatste stap bestaat uit het maken van een puntenwolkmodel in één laag door op intelligente wijze het gemiddelde te nemen van alle overlappende scans met behulp van de PolyWorks-technologie 'overlap verminderen'. De resulterende puntenwolk kan nu worden omgezet in een oppervlak dat gebruikt wordt voor verdere analyses, zoals door-to-door-vergelijkingen. De scanmethodologie was hetzelfde voor zowel de 'lekkende' als de 'goede' auto's. Alle randafwerking van de raam- en deurframes werd verwijderd om alleen de structurele stalen onderdelen na productie bloot te leggen. Tijdens het vastleggen van de gegevens waren de deuren gesloten en werden de relevante gebieden met betrekking tot de lekkende afdichtingen gescand met de MMZ70-laser.
Terwijl de laserstreep over het oppervlak werd bewogen en tienduizenden 3D-punten per seconde werden verzameld, verscheen het daaropvolgende oppervlak onmiddellijk op het computerscherm. De mogelijkheden van deze realtime weergave van puntenwolken op het oppervlak betekenden dat gebieden die gemist waren, of nog gescand moesten worden, op het moment van de meting geïdentificeerd en dus verantwoord konden worden.
Een polygonaal model creëren
Een polygonaal model maken
Om de oppervlakken van de 'goede' en 'slechte' deurframe-assemblages te kunnen vergelijken, moest Scanning and Inspection de puntenwolken omzetten naar iets dat het als oppervlak kon gebruiken. PolyWorks zette de tientallen miljoenen punten van de puntenwolk in een oogwenk om in een driehoekig mesh. De software gebruikte elk van de punten als knooppunten voor de miljoenen kleine driehoeken die het construeerde.
Om de verschillende vormen van het gescande object nauwkeurig te beschrijven, gebruikt PolyWorks minder driehoeken voor de meer consistente delen van het oppervlak van de auto en meer driehoeken wanneer de contouren complexer worden, allemaal gebaseerd op tolerantiewaarden die door de gebruiker zijn opgegeven. De parameters voor de dichtstbijzijnde 'buur' en de zoekafstand worden ook vastgelegd vóór de omzetting en om het driehoeksoppervlak te creëren en de inherente ruis van de digitizer tot een minimum te beperken.
Door-to-door-vergelijkingen
Met behulp van een complexe reeks 'kleinste kwadraten'-wiskunde en oppervlakteanalyse werden de twee zojuist getrianguleerde en geoptimaliseerde datasets van laserscans op elkaar gelegd en uitgelijnd met behulp van de best-fit-uitlijningstechnologie van PolyWorks. PolyWorks ontwikkelde vervolgens een kleurgecodeerd distributiepatroon om de vergelijking van de twee assemblages te accentueren. De resulterende kleurfoutenkaart maakt het mogelijk om gemakkelijk patronen te onderscheiden die identificeren hoe de 'slechte' autodeur die lekkage vertoont, zich verhoudt tot de 'goede' autodeur.
De B-stijl en de onderste delen van de deuren hebben een lichtgroene (bijna aqua) kleur die duidt op een afwijking van minder dan ±0,5 mm tussen de twee sets deuren. Andere gebieden, zoals het stalen raamframe dat aan de deur zelf gelast is, worden in groen weergegeven, wat overeenkomt met een afwijking van ±1 - 2 mm. Tot slot geeft het oranje gedeelte, dat zich op het chassis van de auto bevindt, ook een afwijking van ±1 - 2 mm aan.
Met andere woorden, toen de B-stijlen van de twee auto's tot op 0,5 mm nauwkeurig uitgelijnd waren, bevonden de raamframes van de lekkende auto zich tussen 0,5 mm en 2 mm onder die van de auto die niet gevoelig was voor lekkage, een afstand die zeker groot genoeg was om water door te laten.
De voordelen
De technici van Scanning and Inspection ontdekten dat het veel eenvoudiger zou zijn om de lasnaden die verantwoordelijk zijn voor de positie van het deurframe te veranderen dan om het chassis op welke manier dan ook aan te passen. Het laswerk waar het raamframe tegen de deur komt, werd aangepast zodat het frame niet zo laag zat (vergeleken met de deur die niet lekte).
Het hele inspectieproces van PolyWorks werd in minder dan 1 uur uitgevoerd.
De conclusies van het onderzoek concentreerden zich voornamelijk op de bezorgdheid van de klant over het raamframe van het voertuig, of meer specifiek de manier waarop dit aan het hoofdportier was gelast. Er werden passende aanpassingen uitgevoerd met betrekking tot de lasbehandelingen om ervoor te zorgen dat het frame van het raam niet meer te ver binnen de ideale positie lag, zoals aangegeven in het oorspronkelijke CAD-ontwerp.
De nauwkeurigheid en flexibiliteit van de FaroArm en de MMZ70-laserscanner, gebruikt in combinatie met de PolyWorks-software van wereldklasse, stelden deze autofabrikant in staat tot het volgende:
- Snel de bron van het lekkageprobleem identificeren
- Nauwkeurig de fysieke afwijking meten van 'slechte' autodeurassemblages vergeleken met de 'goede' (met hoeveel, waar en in welke richting)
- Het assemblageproces aanpassen door de lasnaden aan te passen waar het frame van het raam en de deur samenkomen
- Het hele inspectieproces uitvoeren in minder dan 1 uur
