Un Lotus Emira entregado por un vehículo guiado automáticamente desde la línea de producción a la CMM de LK para inspección de la fase 1
La inspección dimensional controla el proceso de fabricación y aumenta la eficiencia operativa
Desde que se fabricó el primer coche Lotus en 1948, la empresa ha sido líder en la industria automotriz por el diseño y manufactura de autos de alto rendimiento que nacieron de su éxito de los circuitos de carreras. Emira es el último auto deportivo de alta precisión jamás construido gracias a una mejora en el control de calidad en la fábrica de coches deportivos de la empresa en Hethel, Norfolk, Reino Unido. Lotus Cars invirtió en una máquina de medición de coordenadas (CMM) de 5 ejes HC-90TR fabricada en Castle Donington por LK Metrology. Una celda de inspección automática y de multi sensores forma parte de las inversiones realizadas por Lotus desde 2017, es capaz de realizar inspecciones dimensionales sin contacto al 100 % a la velocidad de la línea de producción, lo que permite un control de calidad en tiempo real.
La CMM de Hethel se encuentra instalada a un metro de profundidad sobre una base especial. Esto significa que la inspección de un auto transportado en un carro guiado de forma automática (AGV) puede acceder a la zona sin necesidad de ningún equipo de elevación. La máquina tiene un volumen de medición de 6.3 x 1.6 x 2.5 mts, lo suficientemente grande como para contener una carrocería completa. Los escáneres transversales de triple láser en ambos brazos son para medir las características de ambos lados del Lotus Emira de forma simultánea. Cabe destacar que la LK HC-90 es el modelo de CMM de brazo horizontal más precisa, capaz de medir con una precisión volumétrica de 10.0 μm + L/200 y con una repetibilidad de 6 μm. La máquina combina el performance de una CMM tipo puente con la flexibilidad de la configuración de brazo horizontal utilizada en las plantas de automóviles.
La CMM completa los ciclos de medición con tanta rapidez, que es capaz de seguir el ritmo de TAKT que define la velocidad de la línea de producción del Emira. Esta eficiencia permite inspeccionar cada coche, lo que convierte a este modelo de Lotus en el primero cuya fabricación está respaldada por un control de calidad tan exhaustivo. Cuando el coche en pasa por dos diferentes fases en el LK HC-90TR durante su fabricación, se realizan un total de 130 mediciones en rutinas de escaneado que duran unos 12 y 8 minutos respectivamente. Los ciclos rápidos de inspección dejan tiempo suficiente para que un AGV que ha entregado un chasis a la CMM lo cargue y posteriormente lo devuelva a la línea. Antes de que comience la metrología, también hay tiempo para verificar la alineación del coche en relación con el sistema de puntos de referencia de la CMM, así como para calibrar el escáner láser utilizando esferas de calibración. Para mayor rapidez y precisión, se palpan mediante sensores que los brazos intercambian desde un bastidor. El mismo sensor se utiliza para palpar algunas dimensiones internas críticas del coche, mientras que el escáner láser realiza un escaneo de alta velocidad de las áreas de superficie de forma libre.
En comparación con las prácticas tradicionales de control de calidad en las que se basa la fabricación de estos autos deportivos, construidos a mano y fabricados con paneles de material compuesto, las ventajas de la adquisición o escaneo rápido de nubes de puntos y la digitalización en la celda LK son enormes.
El chasis de Emira, que permanece en el AGV, se baja a su posición y se alinea para su inspección mediante escaneo láser
En el pasado un chasis de muestra se habría sometido a una medición en línea en una CMM manual con un brazo equipado con un palpador de contacto. En cinco horas se le habrían comprobado menos características, y por lo general, uno de cada dos docenas de chasis había que sacar de la producción y regresarlo a la línea para corrección. Había posibilidades de error no sólo por la intervención humana, sino también por la necesidad de reposicionar el coche durante la inspección para compensar los recorridos limitados de los ejes de la antigua CMM. Y lo que es más grave, cualquiera de los carros no controlados entre las muestras podría estar fuera de tolerancia, lo que llevaría a un costoso retrabajo más adelante.
"El Lotus Emira es nuestro auto más reciente con motor de combustión interna, ya que en el futuro seremos totalmente eléctricos. Dirigimos el producto al segmento premium del mercado mundial, por lo que se requiere un proceso de producción muy estable para garantizar una alta calidad de fabricación". comenta Tom Mackrill, gerente de calidad dimensional de la fábrica.
"El ritmo de producción de este modelo de coche en 2022 es mayor que el del año pasado, cuando estábamos terminando la producción del Elise, el Exige y el Evora. Así que necesitamos una solución de control de calidad que no solo admita una alta precisión, sino que también sea rápida en la inspección como para generar grandes cantidades de datos con rapidez y adaptarse al ritmo de producción".
"Evaluamos otras tecnologías de inspección, incluidas las de varios cabezales de medición montados en robots. Sin embargo, llegamos a la conclusión de que los robots, sobre todo si son móviles, introducirían un error potencial adicional al de los dispositivos de medición que llevan y necesitarían un sistema de medición de referencia para ser calibrarlos y realinearlos.
"Por lo tanto, llegamos a la conclusión de que una CMM fija era el camino para seguir en el proceso de producción de nuestro nuevo coche, con una configuración de doble brazo y escáneres transversales láser que dan la velocidad de metrología necesaria".
La repetibilidad y confiabilidad impulsan la calidad dimensional del Emira mediante la retroalimentación de datos a la línea de producción para validar y controlar el proceso, con esto se garantiza que cada vehículo se construya bien a la primera. Esta información es importante para los talleres de paneles de material compuesto, debido a la posible variabilidad de sus uniones.
Tom Mackrill, Gerente de Calidad Dimensional, Lotus Cars
Los escáneres láser tienen un posicionamiento infinito
Los cabezales de servo posición de dos ejes PHS-2 de Renishaw que llevan los escáneres láser pueden girar continuamente y tienen un posicionamiento infinito, a diferencia de los cabezales de palpador convencionales que sólo se ajustan en pasos de 7.5 grados. Por lo tanto, cada escáner puede tener un ángulo muy preciso a lo largo de un ciclo de inspección, lo que permite un posicionamiento óptimo tanto en el interior como en el exterior del chasis para una rápida captura de datos de forma libre y geométrica. Cuando está en el interior del vehículo, el PHS-2 puede girar bajo el control del programa para mirar hacia el exterior del interior de la carrocería y tomar medidas. Los programas DMIS que controlan cada brazo son imágenes espejo entre sí, con movimientos adicionales insertados por separado para abordar las pequeñas diferencias exclusivas de cada lado del coche.
El escáner transversal XC65DX-LS de Nikon con tres líneas láser captura en una sola orientación y un paso de escaneo tres veces la cantidad de datos que puede adquirir un escáner láser de una sola línea. El escáner permite realizar ciclos de inspección cortos en el LK HC-90TR para apoyar el control de calidad del 100% de la Emira. Con esta tecnología el sensor no se ve afectado por el color o la reflectividad de lo que se está midiendo. También ofrece un ajuste automático y en tiempo real de la configuración no sólo entre franjas láser sucesivas, sino también para puntos individuales a lo largo de cada línea. La variante LS del escáner significa que tiene una mayor distancia de separación, de hasta 170 mm, lo que le permite acceder a características de difícil acceso.
Inspección en dos fases
Los AGVs entregan cada Emira a la CMM desde la línea de producción, tanto al principio del final de la línea de encuadre (etapa 1) como cuando el coche está completamente ensamblado (etapa 2). Se deposita sin intervención manual en la línea de autos y un lector de códigos de barras, conocido como sistema de scripting, verifica el número de identificación del vehículo, el color, si es volante a la derecha o a la izquierda y si debe ejecutarse un programa de metrología de etapa 1 o de etapa 2. El coche en su estado de fase 1 no es una carrocería convencional, ya que los paneles de la carrocería ya están pintados y la columna de dirección y los arneses de cables están colocados.
Tras la calibración automática de los escáneres láser, se realizan 130 mediciones alrededor del coche en las dos etapas para evaluar la precisión del vehículo. Los puntos de montaje de la suspensión y el motor son áreas críticas para la inspección. El control de la separación y el enrase es muy importante, ya que la separación entre paneles influye directamente en la calidad percibida del coche.
Los programas se crean en gran medida de forma automática a partir de modelos CAD del Emira en el software LK CAMIO. Éste garantiza que los escáneres láser se muevan por trayectorias tales que las superficies que se miden estén siempre dentro de su campo de visión. Las nubes de puntos capturadas se filtran para producir mallas suaves y muy detalladas que pueden alinearse para permitir la comparación de los datos medidos con el modelo CAD. Se incluyen herramientas de inspección para la extracción inteligente de características geométricas, tolerancia GD&T y el análisis de perfiles, respaldados por una rápida retroalimentación de los resultados a la línea de producción y un reporte completo.
Lotus Cars optó por implementar esta solución de metrología de dos etapas, offline y en proceso, ya que es la más conveniente para las necesidades de la empresa. Sin embargo, en otros escenarios, un HC-90TR o más podría situarse dentro de la propia línea de flujo de producción, comprobando las dimensiones antes de que el vehículo pase a la siguiente operación de fabricación. Otras aplicaciones fuera de línea son las auditorías de calidad y los controles de verificación.
Detalle del cabezal PHS-2 (izquierda) que permite el posicionamiento infinito del escáner transversal Nikon XC65DX-LS, garantizando que los datos de inspección necesarios se adquieran dentro del tiempo TAKT de la línea de producción de Emira
Solución llave en mano
LK instaló y puso en marcha la celda de metrología en la planta de Hethel en enero de 2021, antes del inicio de la producción del Emira. El equipo ha sido fundamental para aumentar la eficiencia de la producción y reducir los costos de mano de obra de los autos al garantizar que la inspección dimensional controla el proceso de fabricación, en lugar de limitarse a calificar el cumplimiento de los datos medidos. Esta es una estrategia de producción para la mejora continua de las piezas y del proceso buscando una fabricación sin defectos como propósito de la Industria 4.0 con la que el hardware y el software de LK son compatibles.
"Lotus no había tratado antes con LK, pero yo tenía experiencia previa con su marca de CMMs durante mi empleo en otra planta de automóviles. Una vez que decidimos que el estándar de oro de la medición estática de coordenadas era la ruta de metrología correcta que debíamos tomar, revisamos varias ofertas de diferentes proveedores potenciales.” concluye el Sr. Mackrill
"LK destacó como el mejor en términos de tecnología de alta gama. La construcción de la máquina ofrece una excelente estabilidad, se combina con un peso ligero para la precisión y la velocidad. LK suministró una solución llave en mano, multi sensor y configurada, con programas de medición de primer nivel y accesorios. Únicamente suministramos los dispositivos de soporte de la carrocería.
Para subrayar la fe que Lotus Cars tiene en LK, el fabricante de vehículos también ha invertido recientemente en otras cuatro CMM, todas ellas máquinas más pequeñas de tipo puente, para su división LAS (Lotus Advanced Structures). Utilizadas para el control de calidad de los componentes del chasis, hay tres máquinas LK ALTERA M con sobres de medición de 3 x 2 x 1.5 m, 2 x 1.5 x 1.2 m y 1.5 x 1 x 0.8 m, respectivamente, y una CMM ULTIMA más grande y de mayor precisión con un volumen de inspección de 4 x 2 x 2 m.
Lotus Emira
Fuente: LK Metrology
