Vai trò ngày càng tăng của Precision Metrology trong sản xuất thiết bị EV

Rõ ràng là không chỉ xe điện (EV) đang trở nên phổ biến hơn trên đường mà hầu hết tất cả các công ty ô tô đều đang công bố kế hoạch trong đó EV cuối cùng sẽ thống trị danh mục sản phẩm của họ. Khi quá trình chuyển đổi từ đốt trong (IC) sang điện tiếp tục diễn ra, số lượng các bộ phận của hệ thống truyền động sẽ giảm đi đáng kể. Và các thành phần còn lại được tìm thấy trong tất cả các loại ô tô sẽ rất quan trọng đối với hoạt động và tuổi thọ của phương tiện. Một trong những lĩnh vực như vậy là các bộ phận bánh răng cần thiết để chuyển đổi mô-men xoắn lực cao từ động cơ điện sang RPM tại bánh xe.

Hai yếu tố vận hành của xe có liên quan đến các hộp số mới này dành cho ô tô điện – hiệu quả, hay ‘khả năng đi được’ và tiếng ồn của bánh răng. Để thu hút người tiêu dùng, xe điện sẽ cần đạt quãng đường tương tự như xe đốt trong. Để đạt được điều này, cần phải có các bánh răng có kết cấu bề mặt thấp hơn, giúp giảm ma sát bề mặt, do đó làm tăng phạm vi tổng thể của xe. Thứ hai, âm thanh từ động cơ IC thường che đi tiếng ồn từ hệ thống truyền động. Những nỗ lực giảm âm thanh trong khoang hành khách đã được thiết kế vào khung xe và khoang hành khách. Tuy nhiên, với việc chuyển sang sử dụng động cơ điện, tiếng ồn của bánh răng có thể lại trở nên nổi bật nếu không có sự thay đổi đối với các phương pháp và quy trình sản xuất mới.

Với những phát triển xử lý gần đây và thông số kỹ thuật chặt chẽ hơn trên các bánh răng EV, đo lường chính xác có thể đóng một vai trò cơ bản. Công việc của ZYGO với các đối tác trong ngành, chẳng hạn như Ford Motor Company, đã giúp thúc đẩy các quy trình này bằng cách thiết lập một phương pháp đáng tin cậy để đo lường và giám sát các bề mặt này, cho phép đưa ra các thông số kỹ thuật chặt chẽ hơn và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt.

Chế tạo bánh răng chính xác

Việc thiết kế và sản xuất bánh răng có thể trải qua nhiều con đường, khiến các kỹ sư thiết kế sản phẩm hàng đầu phải đánh giá các phương pháp khác nhau để đạt được các thông số kỹ thuật về kết cấu bề mặt và độ gợn sóng nghiêm ngặt cũng như nhu cầu về khối lượng sản xuất cao. Tùy thuộc vào phương pháp sản xuất, việc chế tạo dạng răng bánh răng chính xác và kết cấu sườn có thể là một hành động cân bằng. Nhưng khi đạt được, các kỹ thuật cụ thể có thể sản xuất bánh răng với số lượng lớn đồng thời đạt được các yêu cầu về hình dạng và kết cấu bề mặt cần thiết. Một phương pháp như vậy là mài tạo liên tục sử dụng các bánh xe có ren, vẫn tiếp xúc thường xuyên với cấu trúc răng bánh răng đang phát triển. Phương pháp này, trong số những phương pháp khác, đã được chứng minh là tạo ra các thông số kỹ thuật về kết cấu bánh răng và độ gợn sóng cần thiết để cải thiện sự tương tác của răng bánh răng đồng thời giảm tiếng ồn ngẫu nhiên.

Vai trò của đo lường chính xác

Để đảm bảo các bề mặt trên bánh răng được tối ưu hóa, điều cần thiết là sử dụng các công cụ đo lường để phân tích, hiểu và mô tả đặc điểm. Bởi vì những bánh răng này có giá trị cao có nghĩa là nên sử dụng các giải pháp đo lường không tiếp xúc, điều này sẽ không ảnh hưởng hoặc làm hỏng các bánh răng sau xử lý. Khi bề mặt bánh răng trở nên mượt mà hơn, xúc giác và các phương pháp phân tích khác sẽ trở nên khó sử dụng hơn. Chúng có thể dẫn đến việc ghi điểm trên bề mặt hoặc đơn giản là không đến được các khu vực kiểm tra quan trọng. Đây là lý do tại sao các đối tác trong ngành, chẳng hạn như Ford, tìm đến bộ hồ sơ quang học không tiếp xúc 3D của ZYGO

Trọng tâm của các giải pháp đo lường quang học của ZYGO là phép đo giao thoa quét kết hợp (CSI), sử dụng các vật kính kính hiển vi quang học chuyên dụng cung cấp hình ảnh và độ phóng đại của bề mặt cũng như đo địa hình 3D của bề mặt. Cấu hình CSI hoàn toàn không tiếp xúc và trái ngược với các kỹ thuật chụp ảnh địa hình 3D dựa trên kính hiển vi khác, CSI có lợi thế khác biệt là độ phân giải chiều cao của phép đo nhất quán trên tất cả các độ phóng đại, cho dù độ phóng đại là 1x hay 100x. Điều này mang đến một cơ hội duy nhất cho các hệ thống dựa trên CSI vì hình dạng và kích thước của thiết bị có thể hạn chế các loại mục tiêu có thể tiếp cận khu vực quan tâm.

Với các công nghệ khác, việc sử dụng vật kính có khoảng cách làm việc dài có thể hạn chế độ phân giải theo chiều dọc của phép đo. Các mục tiêu được phát triển nội bộ của ZYGO không làm giảm độ phân giải dọc cũng như độ chính xác của phép đo. Đây là một trong nhiều yếu tố quyết định đối với Ford trong việc lựa chọn sản phẩm ZYGO Nexview cho dòng thiết bị EV của họ. Các cân nhắc khác bao gồm độ ổn định cực cao của phép đo, dễ tiếp cận khu vực đo, cũng như các loại mục tiêu để đáp ứng các yêu cầu khắt khe của họ đối với đo lường sản xuất tại chỗ.

Lĩnh vực khâu

Một trình điều khiển quan trọng khác được tích hợp trong các giải pháp của ZYGO là ghép trường. Với một số điểm tương đồng với chụp ảnh toàn cảnh, người dùng có thể thiết lập phép đo để chụp được nhiều diện tích hơn mục tiêu đã cài đặt. Điều này tạo ra một ma trận các phép đo chồng chéo, khi hoàn thành việc thu thập, được ‘ghép’ lại với nhau để tạo thành một phép đo lớn hơn mà một mục tiêu đơn lẻ có thể thực hiện được. Trường hợp này thuận lợi trong đo lường bánh răng là thu được kết cấu bề mặt dọc theo sườn bánh răng, từ cạnh này sang cạnh khác hoặc đường khâu từ gốc bánh răng đến đầu, đi ngang qua hình dạng phức tạp. Điều cần nhấn mạnh là khả năng thực hiện các phép đo liên kết này trên các bề mặt không phẳng, chẳng hạn như các bề mặt hình hypoid. Bằng cách lập trình các vị trí bắt đầu và kết thúc của chuỗi phép đo,

Kết hợp các phương pháp may và đo lường với các mục tiêu khoảng cách làm việc dài và siêu dài nội bộ của ZYGO, tính dễ sử dụng của phần mềm và tập lệnh Python nội bộ cung cấp cho khách hàng một giải pháp hoàn chỉnh để đo nhiều loại bánh răng khác nhau.

Nó cũng giải thích lý do tại sao ZYGO hoạt động cùng với một loạt các nhà sản xuất xe điện toàn cầu, cho phép đo lường nhanh chóng, hiệu quả, chính xác và có thể lặp lại thế hệ bánh răng có độ bóng cao mới hơn.

Bản tóm tắt

Sự tăng trưởng của thị trường EV là không thể tránh khỏi. Nó đặt ra những thách thức đáng kể trước các nhà sản xuất khi họ phải vật lộn với nhu cầu về những tiến bộ công nghệ trong các chi tiết cơ bản của kỹ thuật phương tiện. Đứng đầu danh sách tại thời điểm này là yêu cầu về các công nghệ mài và hoàn thiện tiên tiến được sử dụng để tạo ra các tính năng bề mặt cực kỳ phức tạp và chính xác trong răng bánh răng nhằm nâng cao hiệu quả và giảm tiếng ồn, từ đó nâng cao sự hài lòng của khách hàng.

Như thường xảy ra trong thiết kế và sản xuất tiên tiến, vai trò của đo lường chuyển từ một tội ác cần thiết sang hỗ trợ công nghệ khi theo đuổi những tiến bộ công nghệ tiên tiến. Trong lĩnh vực sản xuất bánh răng cho xe điện, điều quan trọng là có thể mô tả chính xác, nhanh chóng và dễ dàng các đặc điểm bề mặt chính xác. Bộ giải pháp quang học không tiếp xúc của ZYGO dễ dàng đáp ứng những thách thức này.

Đo lường quang học là một phương pháp kiểm tra cực kỳ linh hoạt và có vai trò thiết yếu trong việc xác minh chất lượng thiết bị và đạt được ý định thiết kế. Ngày nay, nó đã trở thành giải pháp đo lường “đi tới”, được hưởng lợi từ thực tế là nó không tiếp xúc, không phá hủy, nhanh, độ nhạy cao và có độ phân giải và độ chính xác vượt trội.

Tác giả: Michael Schmidt, Giám đốc Phát triển Thị trường, Tập đoàn Zygo

Để biết thêm thông tin:  www.zygo.com