Oppervlakte-inspectie in handen geven van de machinist van de bewerkingsmachine

Naarmate onderdeeltoleranties strakker worden, hebben zowel vorm als oppervlakteafwerking een grotere invloed op de grootte en functie van het product. En met druk op de productie om productiever te zijn, is het niet langer haalbaar om oppervlakte- of vormcontroles uit te voeren op een meetsysteem in een kwaliteitskamer. Het wordt steeds belangrijker om de oppervlakteafwerking te meten op het moment van fabricage, vaak door dezelfde machinist die het onderdeel vervaardigt. En hoewel deze machinist vaak een expert is in het bedienen van de machine, is hij of zij niet per se een expert op het gebied van oppervlakteafwerkingsmetingen (evenals gerelateerde taken zoals het verzamelen en documenteren van gegevens).

We hebben een lange weg afgelegd uit het niet zo verre verleden toen de oppervlakteafwerking naar oordeel werd "gemeten" of vergeleken met een standaard met een vingernagel. Sinds de start van de ruwheidsmetrologie is het aantal internationale normen en internationaal erkende oppervlakteparameters exponentieel toegenomen. Dit maakt het bijzonder moeilijk voor nieuwe medewerkers (of zelfs doorgewinterde) in de kwaliteitsruimte of op de productievloer om de details en fijne kneepjes van oppervlaktemetrologie te begrijpen.

Draagbare ruwheidsmeters

Fabrikanten hebben dus tools nodig voor operators die voldoen aan de testvereisten en die eenvoudig te gebruiken zijn. Ra (Roughness Average) is bijvoorbeeld de go-to-methode voor het analyseren van oppervlakteafwerking voor veel toepassingen. Draagbare oppervlaktemeters in zakformaat zijn ideaal voor deze basismetingen. Met hun kleine formaat, robuustheid en eenvoudige éénknopsbediening gebruiken fabrikanten ze al meer dan 25 jaar met succes voor ruwheidsmetingen op de werkvloer.

Maar Ra is niet het enige spel in de stad. Hoe een oppervlak is ontworpen of vervaardigd, heeft vaak invloed op hoe het zal presteren. Heeft het oppervlak minuscule groeven nodig om olie vast te houden, of net genoeg ruwheid om ervoor te zorgen dat verf blijft zitten? Heeft de afwerking invloed op het uiterlijk van het oppervlak? Er zijn parameters voor oppervlakteafwerking beschikbaar om elk van deze kenmerken te meten. En er zijn draagbare meters voor oppervlakteafwerking die ze kunnen meten. Sommige nieuwere draagbare meters kunnen zelfs meer dan 30 verschillende parameters meten.

De moeilijkheid hier is dat je nu een systeem voor oppervlakteafwerking van laboratoriumkwaliteit hebt in een handzaam formaat. Dus bruikbaarheid wordt een probleem:terwijl het meten van meerdere parameters net zo eenvoudig kan zijn als het indrukken van een enkele knop, kan het configureren van die parameters een hele klus zijn voor een operator. Metermakers hebben geprobeerd deze complexiteit voor te blijven door de interface tussen de meter en de operator te verbeteren.

Nieuwere draagbare oppervlaktemeters:de nieuwste draagbare oppervlaktemeters werken samen met de gebruiker, net als een smartphone. Ze vereisen zeer weinig training en kunnen binnen enkele minuten door de operator worden gebruikt. De units zijn slim genoeg om de filterinstelling te automatiseren en selectie uit te schakelen, wat de beste resultaten voor de gebruiker oplevert. Ook kunnen gebruikers het scherm en de metingen aanpassen, zodat ze alleen de resultaten zien die ze nodig hebben, zonder dat ze veel onnodige informatie hoeven door te spitten. Voor snelle toegang tot veelgebruikte functies kan het display worden aangepast om 'favoriete' functies weer te geven, zoals het verzenden van gegevens of toegang tot specifieke traceerdetails.

Net als bij een smartphone past het display van het apparaat zich aan om metingen in elke positie mogelijk te maken - horizontaal, verticaal of ondersteboven - om de operator de beste kijkhoek te bieden.

Dus nu de machinist ook een inspecteur van oppervlakteafwerking is geworden, kan hij net zo goed de tools hebben om ook een expert op het gebied van gegevensverzameling en -analyse te worden. Nieuwe draagbare oppervlakteafwerkingsproducten maken het verzamelen of overdragen van meetresultaten transparant voor de gebruiker. Bij elke meetcyclus zorgen de instellingen ervoor dat gegevensresultaten automatisch op het apparaat worden opgeslagen, zowel in gegevens- als in PDF-indeling. Tegelijkertijd kunnen de resultaten automatisch via een uitgangsconnector (of draadloze gegevenszender) naar een computer worden gestuurd voor Excel, of gegevensverzameling en SPC-analyse van derden. Dit alles wordt gedaan met slechts de enkele startknop en zonder toegevoegde stappen door de gebruiker.

Aangepaste of speciale draagbare oppervlakteoplossingen

Maar zelfs met al deze verfijning en gebruiksgemak kan het meten van de oppervlakteafwerking op de werkvloer nog steeds problematisch zijn. De machinebediener heeft mogelijk niet de tijd om het onderdeel nauwkeurig uit te lijnen met de oppervlakteafwerkingssonde wanneer het te meten land erg kort is. Hij of zij kan mogelijk niet diep genoeg in de boring komen, of er kunnen meerdere controles worden opgeroepen op specifieke locaties op een cilinderkop waarvoor extra instellingen nodig zijn. En zelfs als de sonde naar het meetpunt kan worden gebracht, kan een gehaaste operator de sonde mogelijk niet beschermen tegen beschadiging.

Cilinderboringen:Neem als voorbeeld de boringen van de maatcilinders. Cilinderboringen waren waarschijnlijk de eerste toepassing met speciale meetinstrumenten voor het meten van de oppervlakteafwerking. Kenmerken zijn onder meer boringen van verschillende afmetingen, die relatief diep kunnen zijn, sommige tot 8 inch. De afdrukken kunnen specifieke diepten en locaties voor controles aangeven, en met tot 12 cilinders in sommige blokken en vier in de overgrote meerderheid van toepassingen met hoog volume, zijn er veel boringen om te meten. Daarom moeten de meters zeer draagbaar zijn en gemakkelijk voor de operator om uit te lijnen en op diepte in te stellen. Het ontwerp moet ook de gevoelige sonde beschermen, zodat deze niet beschadigd raakt wanneer de meter naar het onderdeel wordt gebracht.

Het speciale draagbare meetinstrument met oppervlakteafwerking lijkt veel op een uitbreidbaar meetinstrument met drie boorgaten. De tri-boring heeft een bepaalde maataanpassing, maar kan op een specifieke maat worden ingesteld. Hierdoor kan hij op zijn plaats "vergrendelen" en zorgt voor zeer herhaalbare metingen zonder invloed van de operator. Het aanwijsapparaat wordt ook beschermd door een overdrachtsmechanisme, zodat er geen positioneringskrachten op worden uitgeoefend wanneer de meter op het onderdeel wordt geplaatst.

De cilinderboringmaat met oppervlakteafwerking leent dezelfde principes. Om het in verschillende maten te kunnen vergrendelen, worden verwisselbare platen gebruikt om het juiste meetbereik voor de diameter te bereiken. Door de meter in te stellen met de juiste set blokken, is een gemakkelijke toegang tot de cilinderboring mogelijk, en eenmaal op zijn plaats zet een handmatig bediende luchtcilinder de maatblokken uit zodat ze de meter op hun plaats vergrendelen. De klemkracht is zodanig dat een gebruiker het blok virtueel kan oppakken met de meter (hoewel dit alleen zou moeten worden gedaan door serieuze gewichtheffers).

Maar de cilinder van de meter heeft nog een andere, nog kritischere functie. Wanneer gecomprimeerd zonder dat er lucht wordt toegepast, houdt het de gevoelige sonde voor oppervlakteafwerking in een ingetrokken positie. Dit betekent dat tijdens het inbrengen de sonde in het lichaam van de meter wordt beschermd. Zodra de operator tevreden is met de locatie van de meter, past hij de lucht toe, vergrendelt de meter op zijn plaats en de sonde wordt uitgeschoven zodat hij de oppervlaktetest kan uitvoeren. Als u klaar bent, komt de lucht vrij, wordt de sonde teruggetrokken en komt de meter vrij, zodat de gebruiker deze gemakkelijk kan verwijderen.

Kleine boringen:Sommige boringen in het blok zijn niet zo groot als cilinderboringen, maar vereisen ook meting van het werkvloeroppervlak. Hier kan een andere boeg worden genomen. Opnieuw lenend uit de wereld van precisiedimensionaal handpeilen, kan een start op de vaste mechanische plug worden opgenomen. Bij dit type meter is het mechanische lichaam van de plug gemaakt om een ​​specifieke boring te meten. Het is dus snel, zelfcentrerend en er is geen invloed van de operator.

Hetzelfde concept kan worden gebruikt voor een draagbare meter voor oppervlakteafwerking. In dit geval bevat een pluglichaam, dat dicht bij de te meten boring is gemaakt, een sonde voor oppervlakteafwerking. Maar in tegenstelling tot een vaste mechanische plug, waarvan de contacten altijd de boring raken, houdt de versie met oppervlakteafwerking de sonde ingetrokken totdat de plug zich in zijn definitieve meetpositie bevindt. Dan laat een mechanisch overdrachtsmechanisme het los.

Andere voorbeelden van oppervlaktemeters voor auto-onderdelen zijn krukassen en nokkenassen, samen met de onderbroken boringen waar ze in gaan. Een kritische controle op ruwheid en golving omvat het dekvlak van koppen en blokken om een ​​goede lekvrije afdichting te garanderen wanneer ze worden gemonteerd.

Geautomatiseerde oppervlakteoplossingen

Maar zelfs met de beste op maat ontworpen gereedschappen kan de operator worden geconfronteerd met het meten van meer onderdelen en onderdeelkenmerken dan zijn apparatuur aankan. Zo zijn er volledig geautomatiseerde oppervlaktemeetmachines beschikbaar om de invloed van de gebruiker uit de meting te halen. Er zijn veel voorbeelden waarbij de operator er voordeel bij heeft dat hij niet hoeft te proberen deze complexe controles uit te voeren. Voorbeelden kunnen variëren van grote onderdelen - zoals een motorblok waar alle oppervlaktecontroles kunnen worden uitgevoerd met één geautomatiseerde opstelling - tot het andere uiterste waar kleine onderdelen met zeer kleine gaatjes moeten worden gemeten. Dit zou voor een gebruiker moeilijk, zo niet onmogelijk zijn om te proberen de sonde uit te lijnen met de boring die moet worden gemeten.

Aan de grote kant zijn CNC-meetsystemen ontworpen voor ruwheidsmetingen op werkstukken zoals cilinderblokken en cilinderkoppen. De positionering van het werkstuk en de programmavolgorde zijn volledig automatisch, waarbij de rotatie van het onderdeel en het instrument in twee axiale richtingen wordt gecontroleerd en aangestuurd, waardoor een hoge flexibiliteit en toegankelijkheid van alle meetpunten wordt geboden.

Er zijn meerdere sondes beschikbaar en worden automatisch geselecteerd wanneer ze worden gevraagd, elk met behulp van voorgeprogrammeerde sondepuntcompensatie. Dit maakt het mogelijk om te programmeren volgens onderdeeltekeninggegevens, terwijl mogelijke afwijkingen in de werkelijke positionering automatisch worden gecorrigeerd. Het meetproces is geoptimaliseerd voor de tijd, zodat de resultaten op de meest efficiënte en tijdbesparende manier worden gepresenteerd.

Het andere uiterste zijn onderdelen met extreem kleine boringen die erg diep zijn. Een operator zou veel ervaring moeten hebben om een ​​kleine sonde uitgelijnd te krijgen met de boring en vervolgens proberen de sonde diep in de boring te krijgen voor de oppervlaktecontrole aan de onderkant ervan. En bij het opdoen van deze ervaring zouden er onderweg zeker een aantal opofferingssondes verloren gaan.

Een voorbeeld hiervan is het meten van verschillende brandstofinspuitmondstukken. Een volautomatisch CNC-meetstation maakt het meten van contour en ruwheid mogelijk van de gehele kegel van de mondstukzitting, van het blinde gat tot de geleidingsdiameter. Met behulp van een zeer kleine sondepunt (0,45 mm totale hoogte) kan een blind gat met een diameter tot ongeveer 0,6 mm worden ingevoerd. De aangepaste softwareroutine maakt de volautomatische meting van de gehele binnencontour van het werkstuk mogelijk.

De afmetingen van de tasterarmen en de werkstukhouder worden in een coördinatensysteem opgeslagen, zodat tijdens bedrijf geen verdere instelling van het meetstation nodig is. Met behulp van "werkstukherkenning" en een automatische tasterarmwisseleenheid kan de mate van automatisering willekeurig worden ontworpen tot een volledig operatoronafhankelijke uitvoering. Met de optie "paletmeting" kan de meting van meerdere identieke werkstukken worden uitgevoerd zonder tussenkomst van de operator, waardoor het systeem 's nachts de lichten kan uitdoen om de hele pallet te voltooien.

De voordelen van deze CNC-meetstations kunnen als volgt worden samengevat:

• Meettaken met zeer krappe toleranties op kleine of grote onderdelen
• Snelle meting zonder ingewikkelde opstelling van het meetstation
• Automatische uitlijning en positionering van werkstukken
• Zeer laag risico op beschadiging van de tasterarm door controle van de tasterarm, offset wissen en werkstukcontrole
• Meting tijdens het proces
• Statistische evaluatie van elk kenmerk voor het controleren van het productieproces
• Complexe en diverse meettaken kunnen eenvoudig worden uitgevoerd zonder invloed van bedieningspersoneel op meetresultaten

Of het nu gaat om een ​​enkele knopbediening op een draagbare draagbare meter, of een enkele startknop op een volledig CNC-oppervlaktemeter, het meten van de oppervlakteafwerking wordt steeds beter en automatiseert op het punt van fabricage.

Eerder verschenen in Quality Magazine.