La flexibilité des mesures chez Volvo

Du prototypage à la fabrication, gagnez en productivité avec l’AT960, le LAS-XL et le T-Scan 5

Volvo Car Body Components (VCBC) basé à Olofström, est une usine automobile de 2400 employés et fabrique des millions de pièces de carrosserie chaque année. L’unité réalise des ensembles importants de pièces embouties pour les véhicules comme les capots, les toits, portes, autres sous-ensembles, et les expédie assemblées (en totalité ou en partie) aux usines Volvo dans le monde entier, pour le dernier assemblage et la finition.

L’usine moderne, de haute technologie et respectueuse de l’environnement d’Olofström, a une histoire de près de 300 ans. Elle a été créée en tant qu’usine sidérurgique en 1735 et a livré des pièces de carrosserie pour toutes les voitures Volvo depuis 1927. Achetée par Volvo en 1969, cette structure se dédie depuis 50 ans à l’emboutissage et à l’assemblage partiel de pièces pour toute la gamme de véhicules Volvo, et pour des clients externes, comme Volvo Trucks, Ford et Land Rover. Les premières étapes de conception de véhicules chez Volvo se basent dans une large mesure sur le développement des outils d’usinage de la tôle, élaborés et réalisés par l’équipe Tool & Die à Olofström. L’équipe est d’abord responsable du prototypage des outils. Sachant qu’un ensemble de jusqu’à 80 outils sont nécessaires pour un véhicule, une tâche peut prendre quatre à cinq mois. Chaque projet dure habituellement une année. Le reste du temps est dédié à la fabrication des outils finaux, utilisés pour emboutir des centaines de milliers de pièces de carrosserie.

En 2018, l’équipe a décidé qu’il était temps d’introduire une solution de métrologie moderne pour le prototypage et la fabrication d’outils, afin d’améliorer la productivité. Elle a identifié plusieurs étapes de conception, de fabrication et de validation, susceptibles de bénéficier de l’application de systèmes de mesure avancés. Disposant d’un grand laboratoire d’assurance qualité, bien équipé, l’équipe était déjà familiarisée avec un large éventail de matériel de métrologie, des MMT à bras horizontal aux scanners à lumière structurée. Elle a étudié différent systèmes disponibles sur le marché, mais l’un des critères clés était de trouver une solution utilisable aussi bien dans l’atelier de fabrication que dans le laboratoire d’assurance qualité. Comme l’équipe applique déjà plusieurs systèmes Absolute Tracker dans les zones principales de production de pièces à Olofström, et qu’elle connaît bien cette technologie de même que la portabilité et la flexibilité des systèmes Absolute Tracker, le choix de systèmes de laser tracker additionnels de Hexagon semblait naturel.

Amélioration du moulage initial

La première étape de fabrication d’un prototype conçu ou de l’outil final est le fraisage de précision d’un bloc moulé de matière brute. Le moulage n’est pas une opération précise, et la pièce moulée contient habituellement un excès de matière brute, qui doit être fraisé à la taille et à la forme spécifiées à l’aide d’une fraiseuse à commande numérique. Comme la fraiseuse et la pièce usinée se déplacent avant le fraisage, l’absence de collision entre les deux est une étape de préparation clé de l’usinage. Une telle collision pourrait en effet provoquer de coûteux dommages et temps d’arrêt de la fraiseuse à commande numérique. C’est pourquoi l’opérateur doit prendre en compte un facteur de sécurité lorsqu’il effectue les réglages, et placer la machine assez loin de la matière brute pour éviter une collision. Cette opération n’est pas facile à réaliser à l’oeil nu, et souvent elle revient à faire tourner la machine sans usinage pendant un certain temps au début du programme de fraisage. « Ces données de scan initiales permettent d’éviter une perte de temps, indique Kim Tingstedt, opérateur dans le service Tool & Die de l’usine VCBC à Olofström. Si vous optimisez le programme de fraisage pour obtenir la taille voulue de la matière, cela vous offre un grand gain de temps, car la vitesse de traitement est la même lorsque la machine tourne à vide ou usine la matière. Nos fraiseuses présentent maintenant un meilleur temps de traitement, ce qui nous permet d’accepter plus de pièces et d’outils. » Cette optimisation avait été effectuée auparavant, mais les données de scan complètes fournies par le LAS-XL simplifient les processus. « Lors du scanning, nos constructeurs obtiennent plus d’informations qu’avec la solution MMT précédente, qui fournissait uniquement des points. Ils peuvent donc voir beaucoup plus de choses avec les scans », explique Kim Tingstedt. « Ils peuvent exploiter ces données avec la machine à commande numérique et optimiser plus facilement le fraisage parce qu’ils voient vraiment la pièce. » Ces données de numérisation des moulages peuvent être utilisées d’une autre manière pour améliorer la production. Les moulages d’outil sont extrêmement lourds et difficiles à déplacer. Toute possibilité d’allègement améliore donc l’utilisabilité et réduit la quantité de matière brute nécessaire pour les réaliser. Leur taille doit être le plus petit possible, mais pas non plus trop petite. S’il n’y a pas assez de matière entre la partie extérieure de l’outil et l’intérieur du moule de précision, la pièce ne sera pas assez robuste pour résister à un usinage répété de haute puissance. En utilisant les données de scan après le moulage, on peut affiner le moulage de prototypes et d’outils finaux consécutifs, afin de limiter le plus possible le poids et l’utilisation de matière brute, sans diminuer pour autant l’intégrité structurelle de l’outil. Cela permet aussi à la fraiseuse d’usiner la pièce à une distance plus proche à chaque itération, et les opérateurs gagnent ainsi du temps à chaque étape. Le Leica Absolute Scanner LAS-XL est l’outil parfait pour ce scanning. Sa ligne de scan large et sa grande distance de travail permettent de scanner la pièce moulée très rapidement. Le scanning est ainsi une solution intéressante, plus rapide que la simple prise en compte d’un grand facteur de sécurité lors du fraisage. Grâce à la distance de travail du LAS-XL, la plus grande sur le marché, il est possible de mesurer des points à l’intérieur des cavités d’outil, qui permettent de réduire la matière utilisée et le poids final. Un scanner à grande distance de travail comme le LAS-XL permet une mesure précise de ces cavités, si bien que l’équipe Tool & Die peut continuer à diminuer la matière brute utilisée et le poids sans compromettre la fonctionnalité de l’outil.

Assurance qualité de l’outil final

Après la phase de fraisage, il faut contrôler la précision de l’outil final. Cette étape demande des mesures plus fines qu’avec le LAS-XL. Mais comme l’Absolute Tracker AT960 offre de nombreuses solutions de scanning compatibles, l’équipe a pu se contenter d’investir dans un scanner ultra dynamique pour remplir ces besoins. Le Leica T-Scan 5 permet de vérifier rapidement aussi bien la précision de la zone de moulage de l’outil fraisé que de tout emboutissage d’essai, en comparant les données avec un modèle CAO. Ce processus est beaucoup plus rapide par le passé et réduit la phase de prototypage en garantissant une production conforme à la conception dans un délai bien plus court. “L’outil est amené dans l’atelier de fabrication pour usiner la première pièce », déclare Johanna Persson, du département Assurance qualité. « Nous scannons la pièce pour vérifier si elle est correcte et, si ce n’est pas le cas, pour déterminer la cause du problème. Le tracker et le scanner nous permettent d’identifier très facilement le problème. Ces données de scan nous donnent plus de renseignements à un stade précoce et nous évitent de reconstruire un élément. » Le scanner peut aussi être utilisé dans d’autres phases de fabrication, pour contrôler la précision de la pièce et pour la maintenance des outils. L’équipe Tool & Die assure périodiquement l’assurance qualité des pièces en utilisant le T-Scan 5 pour obtenir des scans rapides. Et si une autre équipe est responsable de la maintenance continue des outils, elle s’appuie désormais sur le nouvel équipement de l’équipe Tool & Die pour diagnostiquer les problèmes : un outil qui a déjà été sur la ligne de production et qui ne produit pas de pièces satisfaisantes peut être rapidement inspecté dans l’atelier grâce à la portabilité de l’Absolute Tracker et du T-Scan 5.
Cette identification rapide des causes de défauts de fabrication fait gagner beaucoup de temps par rapport à une installation fixe dans le laboratoire d’assurance qualité, en particulier lorsqu’il s’agit de pièces aussi difficiles à déplacer que des outils d’usinage de pièces automobiles en tôle. La possibilité de commuter entre des scanners différents et d’utiliser ces systèmes pour de nombreuses applications d’inspection, fait partie des avantages clés qui ont poussé l’équipe Tool & Die à Olofström à investir dans un Absolute Tracker. « Nous avons étudié de nombreux systèmes de scanning, et l’utilisation flexible était un critère important pour nous », observe Håkan Nilsson, directeur Informatique R&D et Achats au sein du groupe Volvo. L’équipe Tool & Die a même pu utiliser l’Absolute Tracker AT960 pour l’alignement initial de la grande presse. Ce processus unique était extrêmement facile à effectuer avec le tracker, les réflecteurs et la fonction Verticalité de l’AT9.

Apprendre par la pratique

Après avoir reçu le tracker et les scanners, l’équipe était en mesure d’exploiter l’équipement sans grande assistance de la part de Hexagon. « [L’Absolute Tracker] est bien connu chez Volvo. Nous l’utilisons depuis très longtemps et avions donc l’expertise nécessaire », note Fredrik Sjöberg, ingénieur dans le service des prototypes chez Volvo Car. « Hexagon est intervenu dans la formation de base, mais nous savions ce que nous faisions dès le départ. Nous avions déjà un scanner portatif avec PolyWorks, et cette acquisition supplémentaire était juste un nouveau système avec le même principe d’utilisation. » Depuis, les nouveaux membres de l’équipe ont été initiés facilement au système dans le cadre de formations exclusivement internes. Cet équipement est tellement facile à utiliser que l’équipe n’a pas besoin d’un système de formation codifié. Il suffit d’assister à une démonstration. Les débutants apprennent sur le tas en travaillant toujours avec des utilisateurs plus expérimentés qui surveillent les opérations et peuvent donner des conseils.

L’avenir de la mesure

L’équipe Tool & Die du centre Volvo Car Body Components à Olofström a été très impressionnée par les performances des nouveaux systèmes de scanner de Hexagon, et envisage déjà d’introduire d’autres systèmes de mesure évolués dans le service. Elle se sert de plusieurs grandes MMT pour l’assurance qualité et voit un potentiel dans l’utilisation de systèmes automatisés programmables pour un certain nombre d’applications. Disposant entre autres de scanners à lumière structurée et de systèmes robotiques commandés par un Absolute Tracker, l’équipe a de nombreuses possibilités de réaliser des gains de productivité supplémentaires avec Hexagon.