Máy đo quang học 3D nâng cao tính an toàn và tiện dụng trong đo kiểm sản phẩm

Đo lường quang học 3D cải thiện tính an toàn và tiện nghi trong kiểm tra ô tô

Hệ thống thiết bị GOM: ARAMIS, TRITOP, GOM Touch Probe

Trong bài kiểm tra va chạm với mô hình người hoặc túi khí cần sử dụng quét không tiếp xúc để thu thập dữ liệu nhanh và không làm tránh sai lệch kết quả. Do đó, thiết bị đo lường quang học 3D là một lựa chọn lý tưởng so với những hệ thống đo lường truyền thống như thiết bị đo sức căng. GOM kết hợp những lợi ích của phép đo từng điểm rời rạc và đo toàn bộ bề mặt 3D bằng camera để nâng cao cải thiện độ chính xác của phép phân tích chuyển vị và an toàn thụ động.

Phát triển sản phẩm trong ngành công nghiệp ô tô chịu ảnh hưởng lớn bởi sự cạnh tranh khốc liệt, khiến cho thời gian phát triển của những mẫu xe chở khách ngắn hơn và áp lực chi phí cao hơn. Trong khi đó, ngành công nghiệp ô tô phải tuân thủ nhưng qui định khắt khe hơn để giảm khí thải ra môi trường. Kết quả là những nhà sản xuất ô tô cần triển khai việc sử dụng vật liệu nhẹ và sử dụng kết hợp nhiều loại vật liệu mới để giảm khối lượng động cơ và tiếp theo đó là mức tiêu hao nhiên liệu ít hơn. Tuy nhiên, những loại vật liệu mới bắt buộc phải thỏa mãn những yêu cầu về hiệu suất, độ bền và an toàn khi va chạm.

Phương pháp đo quang học thay vì dưỡng đo biến dạng

Để tăng tốc thiết kế và mô phỏng trong những chu kì phát triển sản phẩm ngắn hơn, ngành công nghiệp ô tô ngày càng sử dụng nhiều thiết bị đo lường quang học thay vì dưỡng đo biến dạng truyền thống, gia tốc kế, đầu dò hay máy đo độ giãn. Những công ty không chỉ sử dụng hệ thống đo không tiếp xúc trong phân tích va chạm mà còn trong buồng khí hậu, đường hầm gió, kiểm tra mỏi. Điểm đặc biệt quan trọng đối với các nhà sản xuất ô tô Đức như Audi, BMW, Daimler, Porsche và Volkswagen cũng như các nhà cung cấp như Autoliv, Bosch, Faurecia, Brose, Continental, TRW và ZF là hệ thống đo quang có thể được tích hợp đầy đủ và dễ dàng với những thiết bị và tiêu chuẩn thử nghiệm đã có. Vì máy ảnh 3D ARAMIS của GOM kết hợp các phép đo điểm và đo toàn bộ bề mặt trong một hệ thống đo lường, việc tích hợp thậm chí còn đơn giản hơn và giảm thiểu đáng kế công sức thiết lập hệ thống.

Đo các chuyển vị bằng phương pháp không tiếp xúc

Các cảm biến quang học của máy ảnh 3D ARAMIS cung cấp dữ liệu về hình học của linh kiện cũng như các chuyển vị và biến dạng ba chiều. Biến dạng tĩnh và động được xác định trên cơ sở các điểm riêng lẻ cũng như trên toàn bộ bề mặt. Với dữ liệu đo lường này, độ an toàn và chức năng của các linh kiện có thể được đánh giá và các quy trình mô phỏng và thiết kế có thể được tối ưu hóa.

Khía cạnh thú vị nhất đối với các kỹ sư kiểm tra là cách các linh kiện và bộ phận chức năng phản ứng trong các thử nghiệm va chạm và tai nạn xe – đây là cách duy nhất để đảm bảo an toàn cho người ngồi trong xe và người đi bộ. Do đó, một phân tích chính xác về hành vi động của các bộ phận chức năng và linh kiện riêng lẻ là cần thiết. Đối với phân tích này, các kỹ thuật đo điểm cũng như đo toàn bộ bề mặt cũng được sử dụng. Máy ảnh không chỉ được áp dụng trong các thử nghiệm va chạm và tai nạn mà còn trong các thử nghiệm trong hầm gió, khung kiểm tra khung gầm và động cơ, trong phân tích rung động và dao động cũng như trong các thử nghiệm cửa, nắp ca-pô và đóng cửa.

Phân tích tai nạn xe

Trong các thử nghiệm va chạm, quy trình đo dựa trên điểm được sử dụng như một phương pháp kiểm tra nhanh đối với ghế ngồi, hệ thống hạn chế chuyển động và các bộ phận trang trí nội thất. Các thiết lập thử nghiệm này không phá hủy các nguyên mẫu đắt tiền hoặc toàn bộ phương tiện, vì chúng chỉ đơn giản là được tăng tốc đến tốc độ được xác định trước. Điều này giúp chứng minh được tác động của các vụ tai nạn phía trước, phía sau và bên hông xe với chi phí thấp. Các hệ thống quang học như máy ảnh 3D ARAMIS hiển thị các vector chuyển vị ba chiều đồng thời đo tốc độ và gia tốc thực trong bất kỳ thiết lập thử nghiệm nào (hình 1).

Dữ liệu quét được sử dụng, ví dụ, để xác định chuyển động của ghế và người nộm trong thử nghiệm va chạm. Việc đánh giá cho phép phân tích đầy đủ các chuyển động trong sáu bậc tự do (6 DoF) bao gồm các chuyển động quay và dịch chuyển của đầu hình nộm (hình 2). Ngoài ra, chuyển động của cơ thể cũng như tốc độ mà đầu chạm vào tựa đầu và chuyển động chân đều được ghi nhận. Trong quá trình này, chuyển vị trong các điểm đo được hiển thị theo ba chiều.

Các kỹ sư kiểm tra sử dụng dữ liệu để phân tích chính xác cách đầu và cơ thể của hình nộm sẽ di chuyển trong một không gian nhất định (hình 3). Điều này không chỉ giúp đưa ra kết luận về sự an toàn của hệ thống ghế và dây đai, mà còn cho thấy liệu có nguy cơ va chạm đối với đầu người trong xe hay không.

Hệ thống đo quang rất dễ tích hợp trong các thiết bị kiểm tra khác nhau. Vị trí cần kiểm tra được xác định thông qua các điểm định vị. Ngoài ra, thiết lập thử nghiệm được đẩy nhanh do chức năng định vị được tích hợp trong máy ảnh: GOM Touch – thiết bị dõi quang học nhanh chóng xác định và đánh dấu các vị trí được chỉ định theo yêu cầu thử nghiệm, ví dụ như cho người nộm và ghế ngồi.

Bản thân các phép đo cũng được thực hiện dễ dàng trong các môi trường bất lợi nhờ công nghệ ánh sáng xanh tích hợp và bộ kích hoạt ghi hình linh hoạt, được điều khiển bởi bộ điều khiển kiểm tra của GOM (GOM Testing Controller). Hình ảnh ghi nhận được dùng cho các thiết lập khác nhau, từ các bài kiểm tra dài hạn đến các ứng dụng tốc độ cao. Hơn nữa, các dữ liệu tương tự (lực, khoảng cách, góc, nhiệt độ, v.v.) có thể được ghi lại và số hóa đồng thời và hiển thị trong thời gian thực.

Sự biến dạng của túi khí và kính chắn gió

Toàn bộ thông tin liên quan đến biến dạng động rất quan trọng đối với các thành phần có liên quan đến an toàn. Do đó, các hệ thống quét toàn bộ bề mặt thường được sử dụng trong các thử nghiệm va chạm và tai nạn, cũng như trong thử nghiệm cho từng linh kiện, ví dụ như trên túi khí và lốp xe.

Hộp đựng túi khí và đặc tính khi túi khi bung ra được phân tích với máy ảnh tốc độ cao. Dữ liệu đo đầy đủ sau đó được sử dụng để tính toán biến dạng bề mặt và chuyển vị phẳng cho tất cả các trục. Kiểm tra va chạm là một lĩnh vực khác trong đó các hệ thống đo quét toàn bộ bề mặt được triển khai, cho các thành phần như kính chắn gió. Vì các vật liệu được sử dụng cho cửa sổ xe hơi hiện đại bao gồm một số lớp vật liệu, mô phỏng số thường không chính xác để xác định hành vi của chúng dưới tác dụng lực. Dữ liệu đo toàn bộ bề mặt được ghi lại bởi camera ARAMIS 3D sau đó có thể được sử dụng để đưa ra kết luận đáng tin cậy về sự lan truyền vết nứt trong kính chắn gió mà mắt thường không nhìn thấy được (hình 4).

Thử nghiệm buồng khí hậu

Công việc R&D không chỉ bao gồm tìm hiểu hành vi của linh kiện và chi tiết ở trạng thái động mà còn so sánh biến dạng tĩnh trong phép so sánh trước/sau. Các hệ thống quang học di động như TRITOP của GOM xác định tọa độ của các vật thể trong không gian ba chiều bằng phương pháp quang ảnh. Các hệ thống loại này được sử dụng trong các thử nghiệm buồng khí hậu để phân tích biến dạng điểm và thay đổi trong khe hở và khoảng cách dưới các điều kiện nhiệt độ và môi trường khác nhau. Các phép đo cho phép rút ra kết luận về độ cứng vật liệu cũng như chất lượng thiết kế.

Các hệ thống chụp ảnh này cũng được sử dụng để ghi lại trạng thái của một chiếc xe trước và sau khi thử nghiệm va chạm trực diện. Dựa trên tọa độ 3D từ hai lần đo, có thể xác định các vector biến dạng trên các trục X, Y và Z, từ đó hiểu được biến dạng, ví dụ như trên các cột A, B và C.

An toàn hơn, tiện nghi hơn

Trong những năm gần đây, các quy định an toàn đã được thắt chặt trong lĩnh vực ô tô; nhiều tiêu chuẩn khác nhau cũng tồn tại ở cấp quốc tế. Điều này dẫn đến sự cần thiết của nhiều thử nghiệm khác nhau và cần có một hệ thống đo lường linh hoạt và dễ thích nghi. Các hệ thống đo quang hiện nay thực hiện các phân tích tĩnh, động, dựa trên điểm và toàn bộ bề mặt theo cách không tiếp xúc. Các khu vực quét, tốc độ chụp và độ phân giải có thể được điều chỉnh theo các thiết lập thử nghiệm khác nhau. Điều này thay thế máy đo biến dạng thông thường, gia tốc kế, đầu dò và máy đo độ giãn.

Dữ liệu đã quét 3D luôn có sẵn và có thể được đánh giá sau khi thử nghiệm và trong các tình huống khác nhau. Các kết quả đo có thể được hiển thị trong biểu đồ, video và hình ảnh. Những dữ liệu đo lường này được sử dụng để đưa ra kết luận về rủi ro an toàn, độ bền của linh kiện, quá trình lão hóa và về những thay đổi đối với hình thức bên ngoài trong suốt thời gian sử dụng. Điều này mang lại độ an toàn và thoải mái cao hơn cũng như độ bền lâu hơn và thiết kế sản phẩm hấp dẫn hơn.

Thẩm định mô phỏng

Một lĩnh vực quan trọng khác mà dữ liệu đo quang được sử dụng nữa là thẩm định mô phỏng tính toán. Kết quả cho phép người dùng xem xét và cải thiện các tham số mô phỏng, cũng như tối ưu hóa các quy trình thiết kế hiện tại và tương lai của họ. Kết quả là, họ có thể giảm các lần chạy thử bổ sung và tiếp tục tăng tốc độ phát triển sản phẩm. Điều này mang lại một lợi thế cạnh tranh cho các công ty sản xuất ô tô và những nhà cung cấp linh kiện ô tô trong một thị trường chịu áp lực cao về sự đổi mới và chi phí.

Các hệ thống đo quang học 3D khác

​