Rozwiązywanie problemów dotyczących przecieków w zespołach drzwi samochodowych
Scanning and Inspection Pty skorzystała z PolyWorks® i analizuje relacje pomiędzy ramą drzwi a nadwoziem w czasie krótszym niż 1 godzina.
Producenci wiedzą, kiedy coś idzie nie tak, ale znalezienie przyczyny jest często znacznie bardziej skomplikowanym procesem. Związane z tym dochodzenie pochłania czas, pieniądze i zasoby. Nawet gdy problem zostanie już ostatecznie zidentyfikowany, wprowadzenie ilościowych korekt to kolejny etap w celu jego usunięcia. Czasami wyprodukowana część różni się od części zaprojektowanej lub różni się od tego, jaka powinna być lub była w przeszłości, ale jak bardzo, gdzie i w jakim kierunku? Dla dużego australijskiego producenta samochodów znalezienie przyczyny nieszczelności w zespołach drzwi stanowiło priorytet.
ModelMaker Z70 zamontowany na FaroArm
Wyzwanie
Producent samochodów miał ostatnio do czynienia z jednym z takich nieuniknionych scenariuszy produkcyjnych. Napotkał on różnice w dopasowaniu niektórych produkowanych i montowanych przez siebie uszczelek drzwi kabiny pasażerskiej. Widać było, że niektóre samochody, które zostały wyprodukowane w jednej partii produkcyjnej, były zgodne z oczekiwaniami, a drzwi i uszczelki idealnie pasowały do reszty nadwozia. Jednak pojazdy schodzące z linii produkcyjnej w późniejszym czasie na etapie testów wykazywały brak wodoszczelności. Pierwsze zadanie dotyczyło zlokalizowania punktów, przez które przedostawała się woda, natomiast bardziej skomplikowana analiza odnosiła się do relacji pomiędzy ramą drzwi a nadwoziem. Wyzwaniem było jednak określenie różnicy w stosunku do szczelnych pojazdów oraz ustalenie, jak duży jest wyciek, w którym miejscu i w jakim kierunku.
Jeśli jedna partia zespołów po produkcji nie miała problemów z nieszczelnością, a inne wyprodukowane w późniejszym okresie były nieszczelne, musiały istnieć jakieś różnice strukturalne. Czym różni się problematyczny zespół ramy drzwi od swojego odpowiednika w zgodnym pojeździe? Aby stwierdzić, jakie zmiany należy wprowadzić podczas produkcji, klient musi być w stanie określić ilościowo rozbieżność. Trzeba ocenić związek i różnice pomiędzy „dobrymi” i „złymi” zespołami ram drzwi. Przeprowadzono szczegółową analizę porównawczą, a dzięki najnowszej technologii skanowania laserowego i pakietowi oprogramowania PolyWorks była ona możliwa w ciągu kilku godzin.
Rozwiązanie
Pozyskiwanie danych
Aby szybko i sprawnie wychwycić informacje dotyczące powierzchni, specjaliści ze Scanning and Inspection wykorzystali skaner laserowy zamontowany na ramieniu przegubowym. Skaner laserowy wykorzystany w tym przypadku to ModelMaker Z70, zdolny do digitalizacji powierzchni z niezwykłą gęstością 0,05 mm x 0,05 mm, czyli około 400 punktów na milimetr kwadratowy. W rezultacie otrzymujemy realistyczną, trójwymiarową cyfrową reprezentację części oraz liczne dane do przekształcenia w użyteczne informacje. Skaner pobiera odniesienie 3D z przenośnej maszyny współrzędnościowej, w tym przypadku Platinum FaroArm, która dokonuje pomiarów z powtarzalnością od ±0,051 mm w zależności od rozmiaru. Ramię FaroArm i skaner laserowy MMZ70 przewieziono na miejsce dzięki wytrzymałemu statywowi, co pozwoliło na wygodne ustawienie sprzętu w pobliżu drzwi samochodu. Zebranie niezbędnych danych dotyczących powierzchni zajęło zaledwie kilka minut na samochód.
Proces PolyWorks
Po zebraniu danych ze skanowania rozpoczął się etap analizy. Korzystając z programu PolyWorks, specjaliści z firmy Scanning and Inspection Pty Ltd. wirtualnie nałożyli dane zeskanowane laserowo z „nieszczelnego” samochodu na dane z samochodu „zgodnego” oraz przeprowadzili zaawansowane analizy pomiarowe i porównawcze. Przed wykonaniem analiz porównawczych trzeba było jednak przetworzyć chmurę punktów w programie PolyWorks.
Pozyskiwanie danych
Ulepszenie wyrównania skanu
Na etapie pozyskiwania danych wykonano kilka przejść skanera. Każda łatka skanowania jest automatycznie wyrównywana przy użyciu natywnej technologii wyrównywania ramienia przegubowego, zapewniającej odniesienie przestrzenne dla zmieniającej się lokalizacji skanera laserowego. Większość chmur punktów pozyskanych przez skaner laserowy jest osadzona na innych, które zostały już uwzględnione przez inne przejścia skanera. Niektóre fragmenty są w związku z tym mierzone więcej niż raz. Te obszary wielowarstwowych danych nazywa się obszarami nakładania się.
Aby ulepszyć chmurę punktów uzyskaną z przenośnej maszyny współrzędnościowej, moduł PolyWorks IMAlign wykorzystuje obszary nakładania się do ponownego wyrównania wszystkich skanów. Najpierw przeprowadzono analizę odchylenia na uzyskanej chmurze punktów. PolyWorks automatycznie oblicza średnie odległości pomiędzy nakładającymi się skanami i wyświetla kolor reprezentujący wartość odchylenia. Użytkownicy mogą szybko zidentyfikować skany, które wykraczają poza tolerancję i które można poprawić poprzez ponowne wyrównanie.
Następnie, wykorzystując technologię wyrównania PolyWorks, wykonano ponowne wyrównanie. Aby zapobiec przesunięciom pomiędzy sąsiednimi łatkami, dla każdego skanu automatycznie wyznaczanych jest osiem punktów kontrolnych, które ograniczają stopień swobody. Ta cecha odróżnia PolyWorks od innych rozwiązań do wyrównywania skanów, w których często występują problemy z przesunięciem podczas wyrównywania skanów. Po wykonaniu ograniczonego wyrównania, obliczana jest nowa analiza odchylenia i wyświetlana jest mapa kolorów.
Ostatni etap polega na stworzeniu jednowarstwowego modelu chmury punktów poprzez inteligentne uśrednienie wszystkich nakładających się skanów przy użyciu technologii redukowania nakładania się PolyWorks. Powstałą chmurę punktów można teraz przekształcić w powierzchnię, która posłuży do dalszych analiz, takich jak porównania poszczególnych drzwi. Metoda skanowania była taka sama zarówno dla samochodów „nieszczelnych”, jak i „dobrych”. Z ram okiennych i drzwiowych usunięto wszystkie listwy obwodowe, odsłaniając jedynie poprodukcyjne, konstrukcyjne elementy stalowe. Drzwi były zamknięte podczas całego procesu gromadzenia danych, a odpowiednie obszary powiązane z nieszczelnymi uszczelkami zeskanowano przy użyciu lasera MMZ70.
W miarę przesuwania laserowego paska po powierzchni, który zbiera dziesiątki tysięcy punktów 3D na sekundę, na ekranie komputera pojawiała się kolejna powierzchnia. Możliwość wyświetlania chmury punktów w czasie rzeczywistym oznacza, że obszary pominięte lub nadal wymagające skanowania można zidentyfikować w czasie pomiaru i w konsekwencji uwzględnić.
Tworzenie modelu wielokątnego
Tworzenie modelu wielokątnego
Aby porównać powierzchnie „dobrych” i „złych” zespołów ram drzwi, firma Scanning and Inspection musiała przekonwertować chmury punktów na coś, co można wykorzystać jako powierzchnię. PolyWorks błyskawicznie przekształcił dziesiątki milionów punktów z chmury punktów w siatkę triangulacyjną. Program użył każdego z punktów jako węzłów dla milionów małych trójkątów.
Aby dokładnie opisać poszczególne kształty zeskanowanego obiektu, PolyWorks używa mniejszej ilości trójkątów dla bardziej spójnych fragmentów powierzchni samochodu i większej ilości trójkątów, gdy konturowanie jest skomplikowane, opierając się o wartości tolerancji określone przez użytkownika. Parametry najbliższego sąsiada i odległości wyszukiwania również określa się przed konwersją, aby utworzyć powierzchnię triangulacyjną i zredukować do minimum nieodłączny szum digitizera.
Porównanie poszczególnych drzwi
Przy użyciu skomplikowanej metody „najmniejszych kwadratów” i analizy powierzchni, dwa triangulacyjne i zoptymalizowane zestawy danych ze skanowania laserowego ułożono jeden na drugim i wyrównano przy użyciu technologii najlepszego dopasowania PolyWorks. Następnie PolyWorks opracował kolorowy wzór rozmieszczenia wskazujący porównanie obu zespołów. Powstała w ten sposób kolorowa mapa błędów pozwala łatwo wyróżnić wzorce, które określają stosunek „złych” drzwi samochodu, w których występują wycieki, do „dobrych” drzwi samochodu.
Słupek B i dolne części drzwi mają jasnozielony kolor, który wskazuje na odchylenie poniżej ±0,5 mm między dwoma zestawami drzwi. Inne obszary, takie jak stalowa rama okienna przyspawana do samych drzwi, zilustrowano na zielono, co odpowiada odchyleniu ±1–2 mm. Wreszcie pomarańczowy obszar, znajdujący się na podwoziu samochodu, również wskazuje odchylenie w granicach ±1–2 mm.
Zatem gdy słupki B obu samochodów były wyrównane z dokładnością do 0,5 mm, ramy okienne nieszczelnego samochodu znajdowały się od 0,5 mm do 2 mm poniżej ramy pojazdu niepodatnego na przecieki, co jest odchyleniem na tyle dużym, by spowodować wyciek.
Korzyści
Inżynierowie ze Scanning and Inspection stwierdzili, że dużo łatwiej będzie zmienić spawy odpowiedzialne za położenie ramy drzwi niż w jakikolwiek sposób dostosować podwozie. Zgrzew w miejscu styku ramy okiennej z drzwiami wyregulowano tak, by rama nie znajdowała się tak nisko (w porównaniu do drzwi, które nie przeciekały).
Cały proces kontroli w PolyWorks zajął mniej niż godzinę.
Wnioski dotyczyły głównie zastrzeżeń klienta do ramy okiennej pojazdu, a dokładniej do sposobu jej zgrzewania z zespołem drzwi głównych. W związku z procesami spawalniczymi przeprowadzono odpowiednie korekty, aby rama okienna nie była zbyt oddalona od swojego idealnego położenia, określonego w początkowym projekcie CAD.
Dokładność i elastyczność FaroArm i skanera laserowego MMZ70, zastosowanych w połączeniu ze światowej klasy oprogramowaniem PolyWorks, umożliwiły producentowi samochodów:
- Szybkie zidentyfikowanie źródła problemu z nieszczelnością
- Dokładny pomiar odchylenia fizycznego „złych” zespołów drzwi samochodowych w stosunku do „dobrych” drzwi (o ile, gdzie i w jakim kierunku)
- Zmianę procesu montażu poprzez dostosowanie zgrzewu w miejscu styku ramy okiennej z drzwiami
- Przeprowadzenie całego procesu inspekcji w czasie krótszym niż 1 godzina
