Inspectiemethoden bijwerken om het tempo van de business bij te houden
InnovMetric en 3D Scan IT helpen Eifel Inc. de levertijden voor spuitgietmatrijzen te halveren en de marges te waarborgen.
Eifel Inc. is toonaangevend op het gebied van gereedschappen voor productie en prototypen voor auto-interieurs. Ze leveren ook gereedschappen voor de medische en lucht-/ruimtevaartindustrie en zijn gespecialiseerd in productontwikkeling door middel van productiegereedschappen. Ze maken matrijzen voor producten zoals stuurwielen, airbagbehuizingen, middenconsoles, koplampen, rugleuningen en aftermarket-onderdelen.
Eifel wordt vaak gebeld als een tier-1-leverancier ondersteuning nodig heeft op het gebied van engineering, ontwerp en tooling om: de productie snel op te starten nadat het engineeringoverleg of de onderhandelingen met de leverancier te lang hebben geduurd, of om vervangend gereedschap te bouwen als fouten van overzeese leveranciers niet met herbewerking kunnen worden hersteld.
De uitdaging
Vóór het scannen en de inspectie op basis van puntenwolken moesten matrijzenmakers het doen met punt-voor-punt-methoden die ontwikkeld waren voor fabrikanten. Deze methoden waren echter nooit geschikt voor gereedschappen en gegoten onderdelen, omdat meer dan 99% van een oppervlak niet geïnspecteerd werd.
Voor schakelende tasters waren coördinatenmeetmachines (CMM's) nodig die gegevens één 3D-punt per keer verzamelden, waardoor het dagen duurde om resultaten van CMM's te verkrijgen. "Met een paar honderd schakelgetaste punten kunt u niet hopen dat u alle potentiële oppervlakteproblemen in een matrijsholte kunt opvangen", verklaarde Richard Hecker, president van Eifel Inc. "Vanwege zaken als hobbels en verzakkingen en harde lijnen tussen aangrenzende oppervlakken die soepel in elkaar zouden moeten overvloeien." Hij voegde eraan toe: "Daarom heb ik mijn CMM verkocht en gebruik ik 3D Scan IT en PolyWorks® voor mijn inspecties van klasse A-oppervlakken."
Eifel en zijn klanten concentreren zich op wat de auto-industrie klasse A-oppervlakken noemt – de oppervlakken die gemakkelijk te zien zijn in de showrooms van dealers. In de hyperconcurrerende autobranche is styling alles. Bij het bewerken van netvormen worden zeer nauwkeurige bewerkingsmachines en computergestuurde numerieke besturingen (CNC's) gebruikt om metaal precies volgens het rekenmodel te snijden, d.w.z. de CAD-gegevens (computerondersteund ontwerp) die het onderdeel definiëren; dit betekent dat het met de hand polijsten of 'op de bank zetten' vrijwel is afgeschaft.
"Wat er veranderd is bij het spuitgieten, is dat klasse A-oppervlakken nu meetbaar zijn. Dit betekende dat de matrijzenmaker de specificaties kon inspecteren, waardoor het bewerken van netvormen een praktische oplossing werd voor het maken van matrijzen", aldus Hecker. Voor de Eifel betekende dit kansen.Zijn antwoord was om de diensten van het bedrijf uit te breiden naar ontwerp en engineering, de focus te beperken tot voornamelijk airbags en stuurwielen, en om inspectietechnieken met hoge dichtheid in puntenwolken in te bouwen in elk aspect van de dagelijkse werkzaamheden.
Inspectie met scannen verbindt dit alles bij Eifel.
De oplossing
De oplossing van Eifel voor Autoliv
Voor Autoliv levert Eifel diensten op het gebied van gereedschapsontwerp en engineering en maakt het bedrijf matrijzen voor alle zes onderdelen van een airbagsysteem aan de bestuurderszijde. Elk toolingprogramma omvat de airbagbehuizing, de decoratieve bevestiging (bezel) van het stuurwiel en knoppen voor cruise control en audiosystemen.
"Eifel voorziet in een groeiende behoefte voor de Tier Ones", zei Hecker. "Ze willen leveranciers voor gereedschap die een project snel van begin tot eind kunnen brengen, vanaf de eerste schets, zelfs als die op de achterkant van een envelop staat, tot de subassemblagelijnen." Hij ziet zijn geïntegreerde ontwerp- en productiebedrijf als 'Simultaneous Product Development and Manufacturing' of SPDM. "Wij zijn niet zomaar een op zichzelf staande matrijzenmakerij of een op zichzelf staand ontwerpbureau. Wij zijn een productontwikkelingscentrum."
Het komt er bij het maken van matrijzen op neer dat u gereedschapsontwerpen die niet gemaakt kunnen worden, moet vermijden. Dat vereist constante communicatie tussen de matrijsontwerpers, engineers en machinebankwerkers die voor elke taak multifunctionele teams vormen. Het is het hart van SPDM bij Eifel.
SPDM vereist het valideren van elke gietstap met inspectie, dus 3D Scan IT speelt een essentiële rol tijdens het hele ontwerp- en bouwproces. Met een Imetric-IScan-witlichtscanner met twee camera's inspecteert 3D Scan IT elke matrijsbewerking in elk belangrijk stadium:
- Gereedschappen voor prototypen van aluminium
- Proefversies van matrijzen en productie met lage aanvangsrendementen
- Productieklare stalen gereedschappen voor grote volumes
"De inspecties stellen ons gerust dat alles dimensionaal goed gaat, zodat we onze klanten kunnen vertellen dat ze gerust kunnen zijn."
Vern Phillips, Principal Engineer, Airbags and Steering Wheels, Autoliv, Noord-Amerika
De oplossing van 3D Scan IT voor Eifel
Witlichtscannen en puntenwolkgebaseerde inspectie versterken de SPDM-bedrijfsstrategie van Hecker op elk beslissingspunt.Ze leveren de gegevens waarop de engineers van Eifel en hun klanten cruciale beslissingen over tooling baseren. "Elke stap in de procesverificatie versnelt het spuitgietproces en maakt het betrouwbaarder. Door eventuele problemen van tevoren aan te pakken, voordat er onderdelen worden gemaakt, zorgt u ervoor dat u niet achter de feiten aanloopt", aldus Bob Squier, President van 3D Scan IT.
De oplossing van InnovMetric voor 3D Scan IT
In een minuut of minder wordt door te scannen het geïnspecteerde oppervlak met miljoenen 3D-punten in beeld gebracht. "Voor ons zet PolyWorks alle overlappende scangegevens om in een polygonaal model met één skin", aldus Squier. "In slechts enkele minuten worden de 3D-puntgegevens met 95% of meer gereduceerd tot een hanteerbare bestandsgrootte.Dat polygonale model wordt vervolgens geïnspecteerd naar het wiskundige model van het CAD-systeem van de klant."
Miljoenen punten om de kwaliteit van matrijzen te evalueren
De gegevens werden verzameld met het Imetric IScan V, witlicht-digitaliseringssysteem. Het scansysteem werd gekalibreerd voor het volume van 150 mm, wat een puntresolutie/afstand van 0,080 mm oplevert. Dit is meer dan 150 punten per vierkante millimeter.
De IScan V-scanner werkt als een 3D-camera. Voor elke pixel in de camera wordt een 3D-coördinaat berekend. Daarom kunnen voor elke 3D-foto of -scan 1,3 miljoen punten worden gemeten. Aangezien niet alle kenmerken van het onderdeel vanuit één enkel gezichtspunt te zien zijn, worden meerdere scans verzameld en uitgelijnd met behulp van gemeenschappelijke navigatiepunten.
Op puntenwolken gebaseerde inspectie in PolyWorks
Na het uitvoeren van een 100% objectscan werden de gegevens samengevoegd tot een polygonaal model. De IMMerge-functionaliteit maakt een drastische verkleining van de puntenwolk mogelijk voor vloeiendere en snellere inspectietijden. Dit polygonale model werd vervolgens geïnspecteerd naar het geleverde CAD-model via IGES. Er werd een best-fit-uitlijningstechniek gebruikt in combinatie met het schema voor nulpunts-uitlijning voor onderdelen. Met de extra veelzijdigheid van de macrofunctie werd een interactieve inspectiemacro uitgevoerd op alle onderdelen om de herhaalbaarheid van het inspectieproces te garanderen en de snelheid te verhogen.
Deze inspectiemacro voerde de volgende inspectie-elementen uit: Best-fit-uitlijning, vergelijking met referentie, rapportafbeeldingen van momentopnamen (genomen vanuit vooraf gedefinieerde perspectieven), GD&T-elementen (geïnspecteerd met alle relevante nulpunts-uitlijningen uitgevoerd), vergelijkingspunten (voor een discreet punt, voor CMM-achtige inspectieresultaten), en grens- en randpunten (met behulp van de functies voor foutannotatie). Alle resultaten werden gerapporteerd in de EZLayout-rapportagetool van PolyWorks.
De inspectiemacro voegde automatisch alle gerapporteerde inspectie-elementen in een gestandaardiseerde lay-out van het inspectierapport in met behulp van de EZLayout-tool. Dit rapport werd vervolgens afgedrukt en als pdf-bestand ter inzage verspreid.
Imetric IScan V-digitaliseringssysteem
De voordelen
In de tier-1-automobielsector – een markt zonder foutmarge – kan de impact van scannen en op puntenwolken gebaseerde inspectie op de SPDM-bedrijfsstrategie van Eifel moeilijk overschat worden. SPDM is afhankelijk van nauwkeurige gegevens over oppervlakken, en alle andere systemen en technologieën van Eifel zouden veel minder effectief zijn zonder die gegevens.
De snelheid, volledigheid en nauwkeurigheid van op puntenwolken gebaseerde inspecties zorgen voor doorlooptijden die overzeese makers van mallen niet kunnen evenaren.
Dankzij het scannen en puntenwolk-inspectiemethoden "hebben we altijd volledig gevalideerde gegevens, zodat we altijd zeker zijn van de oppervlakken die we bewerken", aldus Hecker. "We weten dat we gereedschappen exact volgens het moedermodel bouwen, dat de afmetingen en toleranties van de spuitgietproducten correct zullen zijn en dat er geen harde lijnen zijn waar er vloeiende oppervlakken zouden moeten zijn."
Hij voegde eraan toe dat "scannen het ook gemakkelijk maakt om technische wijzigingen aan te brengen. Een onderdeel dat gewijzigd is, kan snel opnieuw gescand en vergeleken worden met de vorige 3D-vorm. Al die goede vergelijkende gegevens verbeteren onze planning van het kritieke pad. Wij en onze klanten weten dat we op tijd klaar zullen zijn."
Ervoor zorgen dat de bedrijfstransformatie op schema blijft
Eifel heeft enorme bedrijfswinsten geboekt met SPDM en inspectie – de verkoop is gestaag toegenomen, levertijden zijn gehalveerd en winstmarges zijn gehandhaafd in een zeer moeilijke markt.
Voor Hecker zijn de voordelen van scannen en inspectie op basis van puntenwolken onder andere:
- Meer tijd beschikbaar voor cruciale beslissingen over tooling, meer tijd om na te denken en te reageren
- Een kwantumsprong in kwaliteitsgarantie dat geen enkele oppervlaktefout over het hoofd is gezien
- Een broodnodig concurrentievoordeel ten opzichte van matrijzenmakers die lage lonen betalen, die zich vaak vergissen bij het berekenen van krimp en vervorming, en andere cruciale details over het hoofd zien
- Verbetering van de planning van kritieke paden dankzij correcte, snelle en vergelijkende gegevens
- De geloofwaardigheid van Eifel versterken met Autoliv
De voordelen voor Autoliv zijn bijna net zo dramatisch
Phillips vatte ze als volgt samen:
- In staat zijn om te evalueren wat er gebeurt met de krimp van het onderdeel door het uiteindelijke spuitgegoten onderdeel te vergelijken met het CAD-mastermodel, dankzij de uitstekende informatie die nu beschikbaar is in de kleurenkaart van PolyWorks
- Zekerheid dat de tooling absoluut correct zal zijn wat betreft materiaalkrimp, dankzij het sluiten van informatiecircuits met 100% inspectie in elke fase
- In staat zijn om oppervlakken te inspecteren zonder de vervormingen van het vastklemmen in een controleopspanning, de voorkeursmethode van de auto-industrie om afmetingen te controleren
- Het handhaven van een hoog niveau van geloofwaardigheid voor Autoliv bij zijn klanten
Samenvattend zei Hecker: "Eifel kijkt naar scannen en puntenwolkgebaseerde inspectie om ervoor te zorgen dat de SPDM-bedrijfsstrategie op schema blijft en om ervoor te zorgen dat we er de vruchten van plukken."
