O'Fallon Casting

Accelerating Inspection of Rapid Prototyping

เร่งการตรวจสอบของงานต้นแบบที่สามารถทำได้อย่างรวดเร็ว

O'Fallon Casting เพิ่มความเร็วในกระบวนการตรวจสอบงานต้นแบบที่สามารถทำได้อย่างรวดเร็ว โดยใช้ซอฟต์แวร์ PolyWorks

บริษัท O’Fallon Casting ก่อตั้งขึ้นในปี ค.ศ. 1969 ซึ่งเป็นบริษัทหล่อโดยไม่ใช่เหล็ก ตั้งอยู่ทางทิศใต้ห่างจาก St. Louis ไปประมาณ 20 นาที ซึ่งเป็นบริษัทที่ผลิตงานหล่อต้นแบบด่วนและงานหล่อต่างๆ ตั้งแต่ปี ค.ศ. 2006 บริษัท O’Fallon Casting ใช้เทคโนโลยีสแกน 3มิติ และซอฟต์แวร์โพลีเวิร์คส์ ในการตอบโจทย์แก้ไขปัญหาการตรวจสอบของงานหล่อต่าง ๆ

O’Fallon Casting ของ St. Louis ในมิซซูรี่ เป็นบริษัทชั้นนำในการหล่อแม่พิมพ์ที่ไม่ใช่เหล็ก บริษัทสร้างชื่อเสียงจากการทำงานที่มีคุณภาพสูง ราคางานหล่อที่ไม่แพงและตรงตามความต้องการของลูกค้า บริษัทมีขนาด 50,000 ตารางฟุต โดยเชี่ยวชาญในเรื่องของงานหล่ออัลลอยด์อะลูมิเนียม งานทองแดง โลหะซิลิกอนคาร์ไบด์ และ รับตกแต่งงานหล่อและหล่อชิ้นงานตามสเปคที่ต้องการของลูกค้า

ความท้าทาย

บริษัท O’Fallon Casting ให้บริการที่หลากหลายในตลาด รวมถึงหัวมิซไซล์ทางการทหาร และ ตลาดอิเล็คทรอนิกส์ วาวล์ และปั๊ม อุปกรณ์ทางการแพทย์และทันตกรรม งานแมชชีนที่ทำงานอัตโนมัติมีความแม่นยำสูง สินค้าอะไหล่ งานแมชชีน งานด้านหุ่นยนต์ อุปกรณ์ใยแก้วนำแสงและเลเซอร์ อุปกรณ์กระบวนการซิลิคอนเวเฟอร์ และอุปกรณ์การผลิตสารกึ่งตัวนำ

และหนึ่งในผลิตภัณฑ์ที่เติบโตและเพิ่มกำไรให้กับบริษัทอย่างมากคือการผลิตงานต้นแบบด่วน  เป็นการใช้รูปแบบที่สร้างมาจากแบบ 3 มิติ หรือจาก CAD 

ไฟล์เพื่อที่จะสร้างชิ้นงานขึ้นมาอย่างรวดเร็วและมีคุณภาพในราคาที่ไม่สูง และสามารถตรวจสอบงานกับแบบก่อนที่จะทำการผลิตได้

“หลายปีที่ผ่านมา มีการพัฒนาเพิ่มขึ้นในหลาย ๆ ด้านโดยเฉพาะพัฒนาคุณภาพของการจบงานผิว surface ความถูกต้องของรูปแบบ และรูปแบบของวัสดุทางเลือกอื่น ๆ และรูปแบบต่าง ๆ ในปัจจุบันนี้เป็นรูปแบบที่ใช้งานง่ายมากขึ้นที่ผลิตมาโดยมีรูปร่างใกล้เคียงกันมากขึ้นในกระบวนการหล่อของเรา” กล่าวโดย Ben Galmich ดำรงตำแหน่ง วิศวกรควบคุมคุณภาพของ O’Fallon Casting ขอบคุณสำหรับการพัฒนาของสิ่งเหล่านี้ เพราะการผลิตชิ้นส่วนรถยนต์ต้นแบบออกมาแบบรวดเร็วเป็นสัญญาณที่ดีสำหรับลูกค้าที่ต้องการจะลดค่าใช้จ่ายในการผลิตทั้งหมด และสามารถโปรโมทแนะนำสินค้านั้นเข้าสู่ตลาดได้อย่างรวดเร็ว

การตรวจสอบที่มีคุณภาพคือด้านที่สำคัญของธุรกิจการหล่อ แต่การวิธีการตรวจสอบแบบเดิม ๆ ที่ใช้การแตะ point probe จะไม่เหมาะกับการปล่อยงานต้นแบบให้ออกมาโดยเร็วได้

“ในอดีต เราไม่ค่อยมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลในเรื่องของการตรวจสอบงานแบบขึ้นรูป เรามีเครื่องมือวัดแบบเก่าที่เป็นแบบเท้าแขนตามแกน และใช้ probe ในการเก็บข้อมูลขนาดต่าง ๆ ของชิ้นงาน การทำงานแบบนี้ทำให้การตรวจสอบล่าช้า เราจึงเริ่มมองหาวิธีการใหม่ ๆ” กล่าวโดยนาย Galmiche

การตรวจสอบชิ้นส่วนรถยนต์โดยนาย Ben Galmiche (ด้านซ้าย) และ Ted Schnarre (ด้านขวา) จากบริษัท O’Fallon Casting โดยใช้เครื่องมือวัด Global CMM, Metris XC50 laser scanner และ PolyWorks

วิธีแก้ปัญหา

เพื่อช่วยเรื่องการตอบสนองของกระบวนการออกงานต้นแบบ บริษัท O’Fallon Casting จึงหันมาใช้เทคโนโลยีสแกน 3 มิติ และการตรวจสอบข้อมูลสแกนนี้ บริษัท O’Fallon Casting จึงเปลี่ยนเครื่อง CMM เก่าที่มีอยู่มาเป็น Global  CMM จากบริษัท Hexagon Metrology เรียกว่า Metris XC50 Cross Scanner ซึ่งเป็นเลเซอร์สแกนที่มีความเร็วสูง ถูกออกแบบมาเพื่อให้สามารถสแกนตรวจสอบชิ้นงานได้ในทุกทิศทาง ระบบการวัดแบบ 3 มิติใหม่นี้ ถูกนำมาใช้ร่วมกันกับซอฟต์แวร์ PolyWorks ซึ่งเป็นซอฟต์แวร์ตรวจสอบ 3 มิติที่ใช้กันสากลทั่วโลก

การลงทุนนี้แสดงให้เห็นว่าบริษัทตัดสินใจถูกต้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อบริษัท O’Fallon Casting ได้รับมอบหมายให้ทำการตรวจสอบโครงสร้างไฟที่ปีกของเครื่องบินโบอิ้ง 787 ดรีมไลเนอร์

©Boeing

นี่เป็นข้อพิสูจน์ว่าบริษัท O’Fallon ทำอย่างไรจึงประสบความสำเร็จในเรื่องการปล่อยชิ้นงานต้นแบบออกมาได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งวิเคราะห์การตรวจสอบจากการใช้เทคโนโลยีสแกน

  1. รูปแบบของโครงสร้างไฟที่ปีกเครื่องบินถูกเขียนขึ้นเป็น CAD โมเดลจากทางลูกค้า โดยใช้เทคโนโลยี stereolithography (SLA) และ selective laser sintering (SLS)
  2. รูปแบบถูกตรวจสอบทั้งด้วยสายตาและมือเพื่อที่จะกำหนดว่างานที่ผลิตสอดคล้องกับ CAD โมเดลของชิ้นงานนั้น ๆ หรือไม่หากทำตามสัดส่วนของชิ้นงานที่ย่อเล็กลง
  3. เมื่อรูปแบบถูกตรวจสอบและได้รับการยืนยันค่าด้วยด้วยโปรแกรมโพลีเวิร์ค บริษัท O’Fallon Casting จะสร้างเปลือกเซรามิกโดยรอบของชิ้นงานด้วยเทคโนโลยีการสร้างต้นแบบเร็ว
  4. จากนั้นเปลือกเซรามิกตามแบบจะเข้าสู่กระบวนการเผาไหม้ ซึ่งแบบจะถูกแกะและจะถูกระเหยกลายเป็นไอและคงเหลือไว้แต่แม่พิมพ์ที่เป็นเซรามิค ชิ้นงานจะถูกหล่อจากอะลูมิเนียม A356 ตามกระบวนการของ T6
  5. จากนั้นชิ้นงานจะถูกนำมาตรวจสอบด้วยเครื่อง Global CMM และ Metris laser scanner ข้อมูลสแกนที่ถูกสแกนนี้จะส่งถ่ายข้อมูลไปที่ PolyWorks ด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ คือเน็ตเวิร์คภายในของบริษัท

กระบวนการโดยรวมแล้วบริษัท O’Fallon Casting ใช้เครื่องสแกน 3 มิติ และ PolyWorks ในการตรวจสอบทั้งรูปแบบของโฟมและอะลูมิเนียม นาย Galmiche กล่าวว่า “เรานำข้อมูลสแกนที่ได้มาเข้าโปรแกรมโพลีเวิร์ค ในโมดุลของ IMAlign ซึ่งข้อมูลสแกนดังกล่าวจะถูกจัดให้เป็นระเบียบโดยคำสั่ง best-fit algorithm เพื่อสร้างข้อมูลสแกนที่ดีที่สุดขึ้นมา” “ในจุดนี้ เราทำการศึกษาและกำหนดตามแบบโมเดลอย่างระมัดระวังในการเปรียบเทียบข้อมูลสแกนที่ได้มาเทียบกับโมเดลเป็นจุดต่อจุด และถ้าจำเป็นเราจะทำการวัดงานบนเครื่อง CMM และเก็บข้อมูลของชิ้นงานในเรื่องผิวและขนาดเพิ่มอีกทางหนึ่ง”

บริษัท O’Fallon Casting จะทำการสแกนเก็บข้อมูลของตัวต้นแบบอย่างช้า ๆ เพื่อความแน่ใจว่าจะสามารถเก็บรายละเอียดของชิ้นงานได้ครบทุกด้าน ในกระบวนการสแกนจะมีข้อมูลที่เกินความจำเป็นอยู่เป็นจำนวนมาก นาย Galmiche กล่าวว่า “เราจึงใช้ IMAlign ในการลดการซ้อนกันของผิวที่สแกนมาโดยอัตโนมัติด้วยโมดุล IMAlign ซึ่งจะทำการลดผิวที่ซ้อนกันของข้อมูลสแกนทั้งหมดและสร้างผิวใหม่ที่ให้ความถูกต้องแม่นยำมากขึ้น”

จากนั้น ข้อมูลสแกนที่ถูกจัดใหม่จะถูกแปลงผิวจากข้อมูลที่เป็นตำแหน่งจุดให้กลายเป็นผิว Polygon โดยใช้โมดุล IMMerge ใน PolyWorks ซึ่งผิวที่ได้จะมีความถูกต้องแม่นยำสูง

การ alignment ข้อมูลสแกน และการลดการซ้อนกันของผิวสแกนใน PolyWorks ด้วยโมดุล IMAlign

“การใช้คำสั่งตรวจสอบอย่างง่ายใน PolyWorks ก็สามารถทำให้เราเห็นว่า ชิ้นงานของเรานั้นหลุดหรือมีค่าคลาดเคลื่อนจาก CAD โมเดลของลูกค้าอยู่เท่าไหร่” กล่าวโดย นาย Ben Galmiche, วิศวกรควบคุมคุณภาพของบริษัท O’Fallon Castings. 

หลังจากการ mesh ผิว polygonเรียบร้อยแล้วจะถูก export เข้าไปใน PolyWorks IMInspect™ โมดุลเพื่อเข้าสู่ขั้นตอนการตรวจสอบต่อไป แพ็คเกจนี้ใช้เทคนิคการ alignment แบบ data-to-CAD ซึ่งรวมไปถึงการใช้ best-fit และเทคนิคการสร้าง feature ขึ้นมาเพื่อใช้เป็นจุดอ้างอิงในการล๊อคการประกบ ทั้งนี้รวมไปถึงคำสั่งการเปรียบเทียบและเครื่องมือวัดต่าง ๆ เพื่อวิเคราะห์ผิวที่ได้มาเทียบกับ CAD 3D โดยการวิเคราะห์มีหลายอย่าง อาทิเช่น การเปรียบเทียบค่าส่วนต่างของผิว เช็คค่าส่วนต่างของเส้นที่ตัด cross-section มาระหว่าง CAD กับผิวของชิ้นงาน หาค่า dimension และ GD&T ต่างๆ เช็คค่า clearance และค่า thickness ความหนาเป็นต้น ซึ่งโปรเจคเฉพาะนี้ บริษัท O’Fallon Casting ใช้คำสั่งเครื่องมือการวิเคราะห์ตรวจสอบถึง 5 คำสั่ง เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของไฟที่ท้ายปีกได้อย่างมีประสิทธิภาพ

  • การเปรียบเทียบโดยทั่วไป เราใช้การคำนวนหาค่าความเบี่ยงเบน / ความคลาดเคลื่อนของข้อมูลสแกนที่เก็บมาเทียบกับผิวของ CAD จุดต่อจุด ซึ่งการแสดงค่าผิดพลาดออกเป็นเฉดสี หรือที่เราเรียกว่า color map จะแสดงให้เห็นว่าค่าที่ได้ยังอยู่ใน tolerance ที่กำหนดขึ้นโดยบริษัท O’Fallon Casting หรือไม่ 
  • เพื่อให้แน่ใจว่าแสงไฟของ laser ได้ถูกฉายลงไปโดยไม่มีการรบกวน จึงต้องมีการวัดระยะห่างในรูปแบบ 3D ของระหว่าง 2 พื้นผิวระนาบเพื่อหาค่า clearance ของชิ้นงาน
  • ค่าของความหนาของผนังจะถูกคำนวนออกมาเป็นระยะ 3D ระหว่างจุด 2 จุด เพื่อยืนยันว่าชิ้นงานจะมีความทนทานและตรวจสอบถูกต้องตามดีไซน์ที่เขียนขึ้น
  • ค่าความเรียบ (Flatness) และคำนวนองศา 3มิติ ระหว่าง 2 ระนาบ (datum A และ datum B) จะถูกคำนวนโดยใช้ฟังก์ชั่น GD&T ใน PolyWorks  ผลลัพธ์ที่ได้ไม่ว่าจะผ่าน/ไม่ผ่าน จะถูกแสดงออกมาโดยอิงตามค่า tolerance ที่กำหนด

การวิเคราะห์หาค่าความคลาดเคลื่อนโดยใช้ color map ในโพลีเวิร์ค

นาย Galmiche จัดทำ report ค่าการตรวจสอบที่ได้มาในรูปแบบ AS9102 ด้วยฟังก์ชั่นการทำ report ในซอฟต์แวร์ PolyWorks “นอกเหนือจากข้อมูลที่เราตรวจสอบเก็บค่ามา เรายังมีภาพ snapshot เปรียบเทียบค่าความคลาดเคลื่อนระหว่างโมเดลกับข้อมูลสแกน ซึ่งลูกค้าจะสามารถเห็นและเข้าใจได้ง่ายว่าชิ้นงานที่สแกนหลุดจากค่า tolerance เท่าไหร่ เราสามารถที่จะกำหนดค่า tolerance ของระยะเฉดสีของ report ว่าจะให้ออกเป็นเฉดหลากหลายสีมากขึ้นด้วยการกำหนดค่าที่ต่างกันในโพลีเวิร์ค สุดท้ายนี้ขอบคุณ โปรแกรม PolyWorks|Viewer ซึ่งเป็นโปรแกรมฟรีในการวิวดูภาพและข้อมูล report ลูกค้าไม่จำเป็นต้องมีโปรแกรมโพลีเวิร์ค แค่ลงตัว PolyWorks|Viewer ก็สามารถดูโปรเจคการวัดได้ทั้งโปรเจคในคอมพิวเตอร์ของลูกค้าเอง”

วัดค่าความหนา, ค่า clearance, วัดองศา, และวิเคราะห์ค่าความเรียบหรือ flatness ได้ใน PolyWorks IMInspect

ประโยชน์ที่ได้รับ

การทำงานร่วมกันของเครื่องวัด Global CMM Metris XC50 laser scanner กับ ซอฟต์แวร์ PolyWorks ช่วยลดระยะเวลาในการออกแบบชิ้นงานต้นแบบของบริษัท O’Fallon Casting ได้เป็นอย่างดี นาย Galmiche กล่าวว่า “เราค่อนข้างพอใจมากกับกระบวนการตรวจสอบข้อมูลสแกนแบบใหม่นี้” “งานตามแบบบางชิ้น เราใช้เวลาในการเก็บข้อมูลสแกนประมาณ 1 วัน และใช้ซอฟต์แวร์ PolyWorks ในการวิเคราะห์ตรวจสอบอีกไม่เกินครี่งวัน ซึ่งโดยรวมแล้วช่วยลดระยะเวลาในการทำงานลงไปกว่าครึ่งเมื่อเทียบกับอดีตที่ผ่านมา และการที่ให้ลูกค้าสามารถได้รีวิวภาพผ่านโปรเจคได้เอง ทำให้ลูกค้าเข้าใจใน report ที่ได้นำเสนอและอธิบายการวิเคราะห์ข้อมูลเรื่องขนาดต่าง ๆ ให้เข้าใจได้เป็นอย่างดี

พิเศษ

บริษัท O’Fallon Casting ยังใช้เครื่อง CMM/laser scanner และซอฟต์แวร์ PolyWorks ในการตรวจสอบแม่พิมพ์และเครื่องมือทูลลิ่งในการบีบอัด เพื่อให้แน่ใจว่าแม่พิพม์สอดคล้องกับที่ดีไซน์มา เพราะด้วย PolyWorks|Inspector จะช่วยตรวจสอบได้อย่างถูกต้องแม่นยำว่าบริเวณใดที่เกินค่า tolerance บ้าง

นาย Galmiche ยังเห็นอีกแอพลิเคชั่นหนึ่งของโพลีเวิร์คในเรื่องของการตรวจสอบ โดยกล่าวว่า “เราได้รับการจ้างจากลูกค้าให้ทำการตรวจสอบชิ้นส่วนบางส่วนในระบบเพื่อช่วยให้เขากำหนดว่าค่าอยู่ในสภาวะตามเงื่อนไขที่กำหนดหรือไม่ เช่น ความร้อนเป็นสาเหตุของความผิดปกติหรือไม่ โดยการที่เราสามารถสแกนชิ้นงานอย่างรวดเร็วและเปรียบเทียบขนาดจริงกับงานแบบดีไซน์ได้ทันทีโดยใช้ซอฟต์แวร์ PolyWorks ซึ่งสิ่งนี้อาจจะช่วยเปิดโอกาสให้เราทำธุรกิจเพิ่มได้หลายทาง”

สินค้าแนะนำ

ชุดเครื่องมือการวัดแบบสามมิติตามมาตรฐานในอุตสาหกรรมสำหรับวิศวกรรมการผลิต การช่วยในการประกอบชิ้นงาน และการตรวจสอบชิ้นงานในขั้นสุดท้าย

โปรแกรมทางเลือกในการแสดงผลวัดแบบสามมิติ ที่มีประสิทธิภาพสำหรับทุกคนในองค์กร