Camera Ensenso 3D từ IDS được tích hợp trong chuỗi quy trình tự động hóa giúp đảm bảo phát hiện và căn chỉnh chính xác các vị trí khoan lỗ trong quy trình lắp ráp cabin máy bay.
Trong sản xuất máy bay hiện đại, độ chính xác là yếu tố tiên quyết. Mỗi lỗ khoan và các điểm cố định đều phải được xác định vị trí một cách chính xác nhằm đảm bảo an toàn và chất lượng. Thuộc dự án DiCADeMA (Kiến trúc Cabin Kỹ thuật số và Thiết kế cho Sản xuất) do Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức (DLR) dẫn đầu, quy trình hoàn toàn số hóa và kết nối mạng được phát triển.
Với tự động hóa thông minh, phương pháp này nâng cao đáng kể hiệu quả sản xuất cabin máy bay. Một thành phần then chốt là camera 3D Ensenso từ IDS Imaging Development Systems, cung cấp khả năng nhận diện và căn chỉnh điểm khoan với độ chính xác cao.
Chuỗi quy trình kỹ thuật số từ thiết kế đến sản xuất
Mục tiêu dự án là thiết lập chuỗi kỹ thuật số liên tục từ khâu thiết kế đến sản xuất. Các thay đổi về thiết kế cabin, như khoảng cách ghế ngồi và vị trí mới của khoang hành lý, được cập nhật trực tiếp trên dữ liệu thiết kế kỹ thuật số và tự động chuyển sang lập kế hoạch sản xuất. Các mô phỏng cho phép kiểm chứng các biến thể trước khi sản phẩm thực tế được chế tạo. Sau khi xác nhận số hóa hoàn tất, sản xuất có thể bắt đầu ngay lập tức.
Để hiện thực hóa quy trình kỹ thuật số này, hệ thống tự động đánh dấu vị trí khoan được phát triển trên mô hình khung máy bay giả lập. Nhiều hệ thống được kết nối hoạt động đồng bộ: Robot di động tự động (AMR) di chuyển đến gần khung và định vị tại khu vực mục tiêu. Trên robot này gắn một cánh tay robot nhẹ để di chuyển đơn vị đánh dấu kiêm camera 3D tới vị trí thu nhận dữ liệu. Tại bước này, camera Ensenso đảm nhiệm việc căn chỉnh tinh vi. Một hệ thống quản lý sản xuất tích hợp (MES) điều phối toàn bộ các bước.
Vai trò của camera 3D
Camera được sử dụng là Ensenso N36, thu thập môi trường dưới dạng đám mây điểm 3 chiều và đối chiếu với dữ liệu CAD của khung máy bay. Nhờ đó, các sai lệch nhỏ nhất giữa mô hình mục tiêu và hình học thực tế được phát hiện. Hệ thống sử dụng dữ liệu này để tính toán các giá trị hiệu chỉnh chính xác, truyền về hệ thống MES cấp cao hơn.
Giao tiếp diễn ra qua giao diện chuẩn OPC UA, đảm bảo trao đổi dữ liệu đáng tin cậy và an toàn giữa camera, robot và hệ thống điều khiển. MES chuyển đổi dữ liệu thu thập thành các lệnh điều khiển cụ thể cho robot, tự động thực hiện đánh dấu vị trí khoan.
Robot tự động đạt độ chính xác định vị khoảng 5 milimet, giúp camera có thể tiếp cận vị trí thu nhận mà không gặp nguy cơ va chạm.
Camera Ensenso là mấu chốt kết nối giữa thiết kế số và sản xuất thực tế: Nó nhận diện hình dạng địa phương, như các mối đinh tán và bề mặt gắn kết, đối chiếu đám mây điểm thu thập được với dữ liệu tham chiếu từ CAD. So sánh này được thực hiện nhờ hiệu chuẩn tay-mắt và quy trình tối thiểu lặp lại. Kết quả là một ma trận biến đổi chính xác mô tả hiệu chỉnh cần thiết cho vị trí khoan. Khi áp dụng hiệu chỉnh này, vị trí khoan được xác định một cách chính xác.
Nhân viên vận hành theo sát robot tự động và khoan lỗ ngay sau khi vị trí đã được đánh dấu. Quy trình lặp đi lặp lại đối với từng điểm lắp đặt trong khi robot và con người vẫn làm việc an toàn gần nhau.
Ứng dụng trong sản xuất máy bay đòi hỏi camera nhỏ gọn với khoảng cách làm việc rất ngắn để giữ khoảng cách từ vị trí thu nhận đến vị trí khoan càng gần càng tốt. Điều này giúp duy trì độ chính xác cao và giảm thiểu di chuyển không cần thiết của robot. Ensenso N36 đáp ứng những yêu cầu này. Dòng Ensenso N được thiết kế đặc biệt cho môi trường làm việc khắt khe.
Nhờ kích thước gọn nhẹ, camera có thể được lắp đặt tiết kiệm Lĩnh vực, cố định hoặc gắn trên cánh tay robot. Điều này phù hợp cho việc thu thập 3D đối với cả vật thể chuyển động và tĩnh. Máy chiếu tích hợp tạo ra các cấu trúc tương phản cao ngay cả trong điều kiện ánh sáng khó khăn bằng cách chiếu mẫu họa tiết chấm ngẫu nhiên lên bề mặt đối tượng, bổ sung các đặc điểm thiếu hoặc yếu. Tất cả camera đều được hiệu chuẩn sẵn tại nhà máy, cho phép vận hành nhanh chóng và thuận tiện.
Lợi ích cho sản xuất
Quy trình số hóa mang lại nhiều lợi ích cho DLR. Việc căn chỉnh dựa trên camera tăng đáng kể độ chính xác và khả năng lặp lại. Đồng thời, thu thập dữ liệu liên tục giúp đảm bảo đầy đủ tài liệu và truy xuất nguồn gốc cho từng bước quy trình. Nhân sự lắp ráp được giảm tải công việc xác định vị trí, robot thay họ đảm nhiệm công đoạn tốn thời gian này, giúp kỹ thuật viên tập trung vào thao tác lắp ráp chính. Hơn nữa, thời gian sản xuất được rút ngắn rõ rệt nhờ loại bỏ các phép đo thủ công và hiệu chỉnh lại.
Trình diễn trên mô hình giả lập thể hiện rõ tiềm năng khi kết hợp chuỗi quy trình số hóa, robot và xử lý hình ảnh 3D. Trong các giai đoạn tiếp theo, hệ thống sẽ được kiểm tra kỹ lưỡng hơn về độ chính xác và hiệu năng thuật toán đánh giá. Nghiên cứu này không chỉ xoay quanh camera mà còn tối ưu hóa các phương pháp toán học dùng để căn chỉnh đám mây điểm mô hình và thực tế.
Những giải pháp hiện đang thử nghiệm trong ngành sản xuất máy bay có thể được áp dụng mở rộng sang các ngành công nghiệp khác trong tương lai. Hệ thống minh chứng rõ ràng cách công nghệ cảm biến quang học và phần mềm thông minh đang mở đường cho kỷ nguyên sản xuất mới: kết nối mạng, hiệu quả và độ chính xác cao.
Tham khảo thêm thông tin tại website IDS