激光掃描儀加快汽車座椅的設(shè)計和制造進(jìn)程
通過把基于模板的汽車座位檢查系統(tǒng)替換為電子激光掃描方法,Johnson Controls節(jié)省了6萬美元的模板成本,并把PT Cruiser設(shè)計的驗證時間從4個月縮短為三周。
如果要測試車輛的所有可能的座位配置,那就要構(gòu)建24組模板,得花費3個月的時間。測試DaimlerChrysler所要的360個座位,又花3個星期時間。如果品質(zhì)部選擇用NVision激光掃描儀來捕獲座位的輪廓,取而代之的的是構(gòu)建模板所需要的成本和3個月的延遲就可以免了,掃描儀捕獲所有360個座位的3D坐標(biāo)數(shù)據(jù)只花了3個星期時間。
“采用NVision激光掃描儀的主要好處是節(jié)省時間,因為我們要完成測試才能開始生產(chǎn),” Johnson Controls公司位于Toluca從事舒適坐椅運營的部門品質(zhì)經(jīng)理Rosa Leyva說,“但是,掃描儀也給出了更為精確的信息,我們利用它來建立制造公差?!?
Johnson Controls公司自從1985年成立至今,已經(jīng)成為了年產(chǎn)值幾十億美元的公司,擁有汽車系統(tǒng)和建筑控制的全球業(yè)務(wù)。在汽車市場,公司提供座位和輕型車車內(nèi)系統(tǒng),包括乘用車和輕型卡車。所供應(yīng)的系統(tǒng)包括:座位、頭頂裝置、車門、儀表盤、儲藏箱、電子系統(tǒng)和電池。除了電池之外,所有系統(tǒng)都銷往原始設(shè)備汽車市場,包括:DaimlerChrysler、Ford、General Motors、Honda、Nissan、Toyota和Volkswagen。 位于密歇根州的Johnson Controls的普利茅斯汽車運營部門每年為2000多萬輛車提供車內(nèi)產(chǎn)品。
為PPAP進(jìn)行測試
Johnson Control公司的Comfortseat工廠被授予合同,為DaimlerChrysler公司暢銷的PT Cruiser型車設(shè)計和制造坐椅。該車在DaimlerChrysler同樣位于Mexican城的工廠裝配。PT Cruiser有四個座位:駕駛員座位、前乘客座位和兩個備選后座。這四個座位中的每一個都有三種結(jié)構(gòu),總共有12種獨特的座位型號。Johnson應(yīng)邀按照零件生產(chǎn)批準(zhǔn)工藝(part production approval process, PPAP)來測試每一種座位型號的30個拷貝,或總共360個拷貝。
過去,他們的做法是把每一個座位與一系列輪廓相同的塑料模板比較。每一個座位需要兩組模板,一組座墊和一組座背。模板要安排在檢查支架上,以格型排列來表示座椅的關(guān)鍵輪廓線。如果一個座椅緊挨著模板的格框放置,就要排列整齊以達(dá)到OEM需要的公差之內(nèi)。在PT Cruiser的情形下,公差是±12mm。對于該車來說,總共需要24組模板以測試12個不同座椅型號中的每一個。每一組的成本大約是2,500美元,總成本大約為6萬美元。
除了成本之外,該方法的另外一個缺點是測試時間長。制做模板大約要花費3個月時間,測試360個座椅要再花3周時間,這就延遲了PPAP批準(zhǔn)的日期。
為了降低座椅測試的成本并把座椅盡快投入生產(chǎn),工廠管理人員研究了其它幾種檢查技術(shù),其中包括用來捕獲形狀的激光或白光掃描技術(shù)。白光系統(tǒng)對于工廠環(huán)境不夠穩(wěn)定,可是,還需要高技能的操作員,價格也昂貴。小型和廉價的激光系統(tǒng)也被排除在外,因為它們在掃描暗物體時所產(chǎn)生的激光功率不夠大,在工廠環(huán)境中也不夠耐用。
滿足Johnson Control公司要求的唯一系統(tǒng)就是NVision激光掃描儀。NVision激光掃描系統(tǒng)的主要組件是3D激光傳感器、一個安裝傳感器的機械臂或定位傳感裝置、一臺PC以及提取、顯示和處理數(shù)據(jù)的軟件包。掃描儀的傳感器是一個單視點激光條紋傳感器,其中集成了照明和捕獲3D數(shù)據(jù)的傳感手段。
激光條紋傳感器比簡單的激光點傳感器的掃描速度要快得多。工作過程中,它們把一束激光線投射到物體表面,與此同時,小型CCD攝像機記錄這些掃過表面的光線。專用接口卡把光線的視頻圖像轉(zhuǎn)換為400個3D坐標(biāo),容許的每秒最大數(shù)據(jù)捕獲率為1萬點。得到的結(jié)果是密集的3D數(shù)據(jù)云團(tuán),它精確地描述了物體的表面。NVision激光掃描儀可以被配置為采用若干商用定位傳感機械裝置。
Comfortseat工廠在PT Cruiser車型的座椅檢查設(shè)備中,首次采用了NVision激光掃描儀。在新的檢查工藝中,第一步是鎖住座椅背或跟以前一樣往檢查支架中加襯墊。經(jīng)過兩星期培訓(xùn)的技術(shù)員操作掃描儀,然后,手持激光傳感器以便把激光射線投射到座椅上。當(dāng)他把傳感器在座椅表面移動的時候,坐標(biāo)數(shù)據(jù)被提取并實時顯示在PC的屏幕上。該過程要對所有360個座椅重復(fù)一次,大概需要1周時間。與采用模板方法相比,Johnson Controls提前三個半月把PT Cruiser車型的座椅投入生產(chǎn)。
除了加速驗證這些座椅之外,新的檢查工藝還被用于正在設(shè)計的座椅測試之中。對于12個座椅型號中的每一個,品質(zhì)部要識別25個關(guān)鍵點。這些點的x、y和z坐標(biāo)由掃描儀獲得,然后輸入到Excel電子數(shù)據(jù)表中,對所做的30個座椅的測試取平均。
“這樣,如果一個座椅上的尺寸超出限定,從其它座椅的讀數(shù)就把它帶回內(nèi)線,”Comfortseat工廠測試實驗室的主管Leonardo Quintanar說。這些數(shù)值然后被用于設(shè)置制造公差,創(chuàng)建一個開始正常生產(chǎn)時做對比測試的主模型。
與過去僅僅由模板提供的“合格”或“不合格”評價相比,采用掃描數(shù)據(jù)來創(chuàng)建主模型,賦予Johnson Controls一種更為精確的生產(chǎn)測試方法。利用度量軟件,Johnson Controls的品質(zhì)工程師在主模型的數(shù)值和被測座椅的坐標(biāo)之間執(zhí)行量化比較,如果某一個區(qū)域超出公差,制造過程就可以看到超出部分有多少?盡管有可能手工測量座椅和模板之間的距離,可是,這樣的測量的精度太低,沒有什么價值。
采用掃描數(shù)據(jù),可以對任何差異進(jìn)行高精度的測量,有助于制造商確定問題的成因。例如,激光測量可能顯示座椅的安置對一邊或另一邊太遠(yuǎn)。利用該信息,制造商了解在何處調(diào)整工藝以解決問題。Johnson用這種方法每一個季度從12種座椅型號中選取10個座椅來測試。
其它好處
新型檢查系統(tǒng)的另一個應(yīng)用是驗證工程變更?!叭魏螘r候工程變更影響到座椅的時候,我們都要對其進(jìn)行測試,”Leyva說,“過去,那意味著要修改模板或再造新模板,所以總會延遲至少兩個月。現(xiàn)在,人們適應(yīng)工程變更的速度更快,因為一旦座椅生產(chǎn)出來,就可以立即被掃描出來?!?
采用激光掃描儀的另一個好處是節(jié)省空間?!安捎媚0澹阈枰罅康纳a(chǎn)和裝配空間,”Leyva說,“模板占據(jù)了底盤實驗室的大部分空間。因為以掃描儀取而代之,我們已經(jīng)把那些空間安排給其它用途。”
正如PT Cruiser項目所證明的那樣,激光掃描儀座椅檢查系統(tǒng)比模板的優(yōu)越性體現(xiàn)在下列四個方面:
—完全消除了模板的成本;
—讓新型座椅的設(shè)計盡快投產(chǎn);
—產(chǎn)生更為精確的測量結(jié)果;
—容許對工程變更作出快速反應(yīng);
正是由于這些優(yōu)點,Johnson Controls正在全球其它幾家工廠推廣應(yīng)用NVision激光掃描儀。
如果要測試車輛的所有可能的座位配置,那就要構(gòu)建24組模板,得花費3個月的時間。測試DaimlerChrysler所要的360個座位,又花3個星期時間。如果品質(zhì)部選擇用NVision激光掃描儀來捕獲座位的輪廓,取而代之的的是構(gòu)建模板所需要的成本和3個月的延遲就可以免了,掃描儀捕獲所有360個座位的3D坐標(biāo)數(shù)據(jù)只花了3個星期時間。
“采用NVision激光掃描儀的主要好處是節(jié)省時間,因為我們要完成測試才能開始生產(chǎn),” Johnson Controls公司位于Toluca從事舒適坐椅運營的部門品質(zhì)經(jīng)理Rosa Leyva說,“但是,掃描儀也給出了更為精確的信息,我們利用它來建立制造公差?!?
Johnson Controls公司自從1985年成立至今,已經(jīng)成為了年產(chǎn)值幾十億美元的公司,擁有汽車系統(tǒng)和建筑控制的全球業(yè)務(wù)。在汽車市場,公司提供座位和輕型車車內(nèi)系統(tǒng),包括乘用車和輕型卡車。所供應(yīng)的系統(tǒng)包括:座位、頭頂裝置、車門、儀表盤、儲藏箱、電子系統(tǒng)和電池。除了電池之外,所有系統(tǒng)都銷往原始設(shè)備汽車市場,包括:DaimlerChrysler、Ford、General Motors、Honda、Nissan、Toyota和Volkswagen。 位于密歇根州的Johnson Controls的普利茅斯汽車運營部門每年為2000多萬輛車提供車內(nèi)產(chǎn)品。
為PPAP進(jìn)行測試
Johnson Control公司的Comfortseat工廠被授予合同,為DaimlerChrysler公司暢銷的PT Cruiser型車設(shè)計和制造坐椅。該車在DaimlerChrysler同樣位于Mexican城的工廠裝配。PT Cruiser有四個座位:駕駛員座位、前乘客座位和兩個備選后座。這四個座位中的每一個都有三種結(jié)構(gòu),總共有12種獨特的座位型號。Johnson應(yīng)邀按照零件生產(chǎn)批準(zhǔn)工藝(part production approval process, PPAP)來測試每一種座位型號的30個拷貝,或總共360個拷貝。
過去,他們的做法是把每一個座位與一系列輪廓相同的塑料模板比較。每一個座位需要兩組模板,一組座墊和一組座背。模板要安排在檢查支架上,以格型排列來表示座椅的關(guān)鍵輪廓線。如果一個座椅緊挨著模板的格框放置,就要排列整齊以達(dá)到OEM需要的公差之內(nèi)。在PT Cruiser的情形下,公差是±12mm。對于該車來說,總共需要24組模板以測試12個不同座椅型號中的每一個。每一組的成本大約是2,500美元,總成本大約為6萬美元。
除了成本之外,該方法的另外一個缺點是測試時間長。制做模板大約要花費3個月時間,測試360個座椅要再花3周時間,這就延遲了PPAP批準(zhǔn)的日期。
為了降低座椅測試的成本并把座椅盡快投入生產(chǎn),工廠管理人員研究了其它幾種檢查技術(shù),其中包括用來捕獲形狀的激光或白光掃描技術(shù)。白光系統(tǒng)對于工廠環(huán)境不夠穩(wěn)定,可是,還需要高技能的操作員,價格也昂貴。小型和廉價的激光系統(tǒng)也被排除在外,因為它們在掃描暗物體時所產(chǎn)生的激光功率不夠大,在工廠環(huán)境中也不夠耐用。
滿足Johnson Control公司要求的唯一系統(tǒng)就是NVision激光掃描儀。NVision激光掃描系統(tǒng)的主要組件是3D激光傳感器、一個安裝傳感器的機械臂或定位傳感裝置、一臺PC以及提取、顯示和處理數(shù)據(jù)的軟件包。掃描儀的傳感器是一個單視點激光條紋傳感器,其中集成了照明和捕獲3D數(shù)據(jù)的傳感手段。
激光條紋傳感器比簡單的激光點傳感器的掃描速度要快得多。工作過程中,它們把一束激光線投射到物體表面,與此同時,小型CCD攝像機記錄這些掃過表面的光線。專用接口卡把光線的視頻圖像轉(zhuǎn)換為400個3D坐標(biāo),容許的每秒最大數(shù)據(jù)捕獲率為1萬點。得到的結(jié)果是密集的3D數(shù)據(jù)云團(tuán),它精確地描述了物體的表面。NVision激光掃描儀可以被配置為采用若干商用定位傳感機械裝置。
Comfortseat工廠在PT Cruiser車型的座椅檢查設(shè)備中,首次采用了NVision激光掃描儀。在新的檢查工藝中,第一步是鎖住座椅背或跟以前一樣往檢查支架中加襯墊。經(jīng)過兩星期培訓(xùn)的技術(shù)員操作掃描儀,然后,手持激光傳感器以便把激光射線投射到座椅上。當(dāng)他把傳感器在座椅表面移動的時候,坐標(biāo)數(shù)據(jù)被提取并實時顯示在PC的屏幕上。該過程要對所有360個座椅重復(fù)一次,大概需要1周時間。與采用模板方法相比,Johnson Controls提前三個半月把PT Cruiser車型的座椅投入生產(chǎn)。
除了加速驗證這些座椅之外,新的檢查工藝還被用于正在設(shè)計的座椅測試之中。對于12個座椅型號中的每一個,品質(zhì)部要識別25個關(guān)鍵點。這些點的x、y和z坐標(biāo)由掃描儀獲得,然后輸入到Excel電子數(shù)據(jù)表中,對所做的30個座椅的測試取平均。
“這樣,如果一個座椅上的尺寸超出限定,從其它座椅的讀數(shù)就把它帶回內(nèi)線,”Comfortseat工廠測試實驗室的主管Leonardo Quintanar說。這些數(shù)值然后被用于設(shè)置制造公差,創(chuàng)建一個開始正常生產(chǎn)時做對比測試的主模型。
與過去僅僅由模板提供的“合格”或“不合格”評價相比,采用掃描數(shù)據(jù)來創(chuàng)建主模型,賦予Johnson Controls一種更為精確的生產(chǎn)測試方法。利用度量軟件,Johnson Controls的品質(zhì)工程師在主模型的數(shù)值和被測座椅的坐標(biāo)之間執(zhí)行量化比較,如果某一個區(qū)域超出公差,制造過程就可以看到超出部分有多少?盡管有可能手工測量座椅和模板之間的距離,可是,這樣的測量的精度太低,沒有什么價值。
采用掃描數(shù)據(jù),可以對任何差異進(jìn)行高精度的測量,有助于制造商確定問題的成因。例如,激光測量可能顯示座椅的安置對一邊或另一邊太遠(yuǎn)。利用該信息,制造商了解在何處調(diào)整工藝以解決問題。Johnson用這種方法每一個季度從12種座椅型號中選取10個座椅來測試。
其它好處
新型檢查系統(tǒng)的另一個應(yīng)用是驗證工程變更?!叭魏螘r候工程變更影響到座椅的時候,我們都要對其進(jìn)行測試,”Leyva說,“過去,那意味著要修改模板或再造新模板,所以總會延遲至少兩個月。現(xiàn)在,人們適應(yīng)工程變更的速度更快,因為一旦座椅生產(chǎn)出來,就可以立即被掃描出來?!?
采用激光掃描儀的另一個好處是節(jié)省空間?!安捎媚0澹阈枰罅康纳a(chǎn)和裝配空間,”Leyva說,“模板占據(jù)了底盤實驗室的大部分空間。因為以掃描儀取而代之,我們已經(jīng)把那些空間安排給其它用途。”
正如PT Cruiser項目所證明的那樣,激光掃描儀座椅檢查系統(tǒng)比模板的優(yōu)越性體現(xiàn)在下列四個方面:
—完全消除了模板的成本;
—讓新型座椅的設(shè)計盡快投產(chǎn);
—產(chǎn)生更為精確的測量結(jié)果;
—容許對工程變更作出快速反應(yīng);
正是由于這些優(yōu)點,Johnson Controls正在全球其它幾家工廠推廣應(yīng)用NVision激光掃描儀。
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