Freeskundigen makes machtigen: In-proces oppervlakte-inspectie voor superieure productkwaliteit

Naarmate onderdeeltoleranties strenger worden, hebben zowel vorm als oppervlakteafwerking een grotere invloed op de grootte en functie van het product. En met druk op productie om productiever te zijn, is het niet meer haalbaar voor controles van oppervlakte of vorm te worden uitgevoerd op een meetssysteem in een kwaliteitskamer. Het wordt belangrijker om oppervlakteafwerking meteen op het fabricagepunt te meten—vaak door dezelfde freeskundige die het onderdeel fabriceert. En hoewel deze freeskundige vaak een expert is in het bedienen van de machine, is hij of zij niet noodzakelijk een expert in het maken van oppervlakteafwerkingsmetingen (alsook gerelateerde taken zoals het verzamelen en documenteren van data).

We zijn een lange weg afgelegd van het niet zo verleden verleden toen oppervlakteafwerking "gemeten" werd door oordeel of vergeleken met een standaard met een vingernagel. Sinds de intrede van ruwheidsmetrologie, is het aantal internationale standaarden en internationaal erkende oppervlakteparameters exponentieel toegenomen. Dit maakt het met name moeilijk voor nieuwe werknemers (of zelfs ervaren) in de kwaliteitskamer of op de productievloer om de details en ingewikkeldheden van oppervlaktemetrologie te begrijpen.

Draagbare ruwheidsmeters

Daarom hebben fabrikanten tools voor operators nodig die aan testvereisten voldoen en simpel te gebruiken zijn. Bijvoorbeeld, Ra (Gemiddelde Ruwheid) is de go-to methode voor het analyseren van oppervlakteafwerking voor veel toepassingen. Zakformaat draagbare oppervlaktemeters zijn ideaal voor deze basismetingen. Met hun kleine grootte, robuustheid en simpele één-knop bediening, hebben fabrikanten ze met succes gebruikt voor ruwheidsmetingen op de werkvloer al meer dan 25 jaar.

Maar Ra is niet het enige spel in de stad. Hoe een oppervlak ontworpen of geproduceerd wordt, beïnvloedt vaak hoe het zal presteren. Heeft het oppervlak minuutje groeven nodig om olie te houden, of net genoeg ruwheid om ervoor te zorgen dat verf zal hechten? Beïnvloedt de afwerking het uiterlijk van het oppervlak? Er zijn oppervlakteafwerkingsparameters beschikbaar om elk van deze kenmerken te meten. En er zijn draagbare oppervlakteafwerkingsmeters die ze kunnen meten. Feitelijk, kunnen sommige nieuwere draagbare meters meer dan 30 verschillende parameters meten.

De moeilijkheid hier is dat je nu eigenlijk een laboratorium-kwaliteit oppervlakteafwerkingssysteem in een handgrootte hebt. Dus bruikbaarheid wordt een issue: hoewel het meten van meerdere parameters zo simpel kan zijn als het indrukken van een enkele knop, kan het configureren van die parameters intimiderend zijn voor een operator. Meterfabrikanten hebben geprobeerd voorop te lopen op deze complexiteit door de interface tussen meter en operator te verbeteren.

Nieuwere draagbare oppervlaktemeters: De nieuwste draagbare oppervlaktemeters interfacen met de gebruiker net als een smartphone. Ze vereisen heel weinig training en kunnen door de operator in minuten gebruikt worden. De eenheden zijn slim genoeg om filterinstelling en afsnijselectie te automatiseren, 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 door veel onnodige informatie te hoeven zoeken. Voor snelle toegang tot veelgebruikte functies kan het display aangepast worden om "favoriete" functies te tonen zoals data versturen of specifieke trace details openen.

Opnieuw als een smartphone, past het display van de eenheid zich aan om meting in elke positie toe te staan—horizontaal, verticaal of omgekeerd—om de beste kijkhoek voor de operator te bieden.

Dus, nu de freeskundige ook een oppervlakteafwerkingsinspecteur is geworden, kan hij net zo goed de tools hebben om ook een data-verzamelings- en analyse-expert te worden. Nieuwe draagbare oppervlakteafwerkingsproducten maken de verzameling of overdracht van meetresultaten transparant voor de gebruiker. Met elke meetcyclus, staan instellingen toe dat dataresultaten automatisch op het apparaat worden opgeslagen zowel in data- als PDF-formaten. Tegelijkertijd kunnen de resultaten automatisch via een uitgangsconnector (of draadloze data-transmitter) naar een computer voor Excel, of derde-partij data-verzameling en SPC-analyse worden gestuurd. Al dit wordt gedaan met slechts de enkele startknop en geen toegevoegde stappen door de gebruiker.

Custom of Dedicated Draagbare Oppervlakteoplossingen

Maar zelfs met al deze sophisticatediteit en gemak van gebruik, kan oppervlakteafwerkingsmeting op de werkvloer nog steeds problematisch zijn. De machineoperator heeft misschien niet de tijd om het onderdeel nauwkeurig uit te lijnen met de oppervlakteafwerkingsprobe als het te meten land heel kort is. Hij of zij kan misschien niet diep genoeg in de boorgat komen, of er kunnen meerdere controles aangegeven zijn op specifieke locaties op een cilinderkop die additionele setup vereisen. En zelfs als de probe tot het meetpunt gebracht kan worden, kan een gegrepen operator misschien niet in staat zijn de probe te beschermen tegen beschadiging.

Cilinderboorgaten: Neem het meten van cilinderboorgaten als voorbeeld. Cilinderboorgaten waren waarschijnlijk de eerste toepassing die dedicated meting had ontworpen voor het meten van oppervlakteafwerking. Kenmerken omvatten boorgaten van diverse formaten, die redelijk diep kunnen zijn, sommige tot 8 inch. De tekeningen kunnen specifieke diepten en locaties voor controles aanroepen, en met tot 12 cilinders in sommige blokken en vier in de grote meerderheid van hoog-volume toepassingen, zijn er veel boorgaten om te meten. Daarom moeten de meters hoogst draagbaar en gemakkelijk voor de operator om uit te lijnen en op diepte in te stellen zijn. Het ontwerp moet ook de gevoelige probe beschermen zodat het niet beschadigd raakt bij het brengen van de meter naar het onderdeel.

De dedicated draagbare oppervlakteafwerking boorgatmeter lijkt veel op een uitbreidbare tri-boorgatmeter. De tri-boorgatmeter heeft een bepaalde hoeveelheid formaataanpassing, maar kan op een specifiek formaat ingesteld worden. Dit stelt het in staat om "te vergrendelen" op plaats en helpt zeer herhaalbare metingen te leveren zonder operatorinvloed. Het aanwijzingsapparaat is ook beschermd door een overdrachtsmechanisme dus er worden geen positioneringskrachten op toegepast wanneer de meter op het onderdeel geplaatst wordt.

De oppervlakteafwerking cilindermeter leent dezelfde principes. Om het aanpasbaar te maken om in diverse formaten te vergrendelen, worden uitwisselbare platen gebruikt om het juiste meetbereik voor de diameter te bereiken. Het instellen van de meter met de juiste set blokken stelt gemakkelijke instap in het cilinderboorgat mogelijk, en eenmaal op plaats, expandeert een handmatig gecontroleerde luchtcilinder de dimensioneringsblokken zodat ze de meter in positie vergrendelen. De klemkracht is zodanig dat een gebruiker virtueel het blok met de meter kan optillen (hoewel dit alleen door ernstige gewichtheffers gedaan moet worden).

Maar de cilinder van de meter heeft een nog meer kritieke functie. Wanneer gecomprimeerd zonder lucht toegepast, houdt het de gevoelige oppervlakteafwerkingsprobe in een ingetrokken positie. Dit betekent dat tijdens insertie de probe beschermd is binnenin het lichaam van de meter. Eenmaal de operator tevreden is met de meterlocatie, past hij de lucht toe, vergrendelt de meter in positie, en de probe strekt zich uit zodat hij de oppervlaktetest kan maken. Wanneer klaar, wordt de lucht vrijgegeven, de probe trekt zich in, en de meter wordt vrij, wat gemakkelijke verwijdering door de gebruiker toestaat.

Kleine boorgaten: Sommige boorgaten in het blok zijn niet zo groot als cilinderboorgaten, maar vereisen ook werkvloer oppervlaktemeting. Hier kan een andere aanpak genomen worden. Opnieuw leend uit de wereld van precisie dimensionale handmeting, kan een afwijking op de vaste mechanische plug geïntegreerd worden. Met dit type meter, is het mechanische lichaam van de plug gemaakt om een specifiek boorgatformaat te meten. Dus is het snel, zelf-centrerend, en er is geen operatorinvloed.

Hetzelfde concept kan gebruikt worden voor een draagbare oppervlakteafwerkingsmeter. In dit geval, incorporeert een pluglichaam, gemaakt dicht bij het te meten boorgatformaat, een oppervlakteafwerkingsprobe. Maar in tegenstelling tot een vaste mechanische plug, die altijd zijn contacten aan het boorgaat aanraakt, houdt de oppervlakteafwerkingsversie de probe ingetrokken tot de plug in zijn finale meetpositie is. Dan laat een mechanisch overdrachtsmechanisme het los.

Andere voorbeelden van oppervlaktemeters voor auto-onderdelen omvatten krukasen en nokassen, samen met de onderbroken boorgaten waar ze in gaan. Een kritieke ruwheid en golvigheid controle omvat het dekvlak van koppen en blokken om een goed lekvrije afdichting te garanderen bij montage.

Geautomatiseerde Oppervlakteoplossingen

Maar zelfs met de best custom ontworpen tools, kan de operator geconfronteerd worden met het moeten meten van meer onderdelen en onderdeelkenmerken dan zijn apparatuur kan aan. Dus, volledig geautomatiseerde oppervlaktemeetmachines zijn beschikbaar om de gebruikersinvloed uit de meting te halen. Er zijn veel voorbeelden van waar de operator gebaat is door niet te hoeven proberen deze complexe controles te maken. Voorbeelden kunnen variëren van grote onderdelen—zoals een motorblok waar alle oppervlaktecontroles met één geautomatiseerde setup gemaakt kunnen worden—tot het andere extreme waar kleine onderdelen met heel kleine gaten gemeten moeten worden. Deze zouden moeilijk zo niet onmogelijk zijn voor een gebruiker om de probe uit te lijnen met het te meten boorgat.

Op de grote onderdeelkant, zijn CNC-meetsystemen ontworpen voor ruwheidsmeting op werkstukken zoals cilindervlakken en cilinderkoppen. De positionering van het werkstuk en de programmareeks is volledig automatisch, het sturen en aansturen van de rotatie van het onderdeel en instrument in twee assiale richtingen, wat hoge flexibiliteit en toegankelijkheid tot alle meetpunten biedt.

Meerdere probes zijn beschikbaar en worden automatisch geselecteerd wanneer aangeroepen, elk met voorgeprogrammeerde probe-puntcompensatie. Dit maakt het mogelijk om te programmeren volgens de tekeninggegevens van het onderdeel terwijl potentiële afwijkingen in de echte positionering automatisch gecorrigeerd worden. Het meetproces is tijdsgeoptimaliseerd, wat ervoor zorgt dat de resultaten op de meest efficiënte en tijdbesparende manier gepresenteerd worden.

Het andere extreme zijn onderdelen met extreem kleine boorgaten die heel diep zijn. Een operator zou veel ervaring moeten hebben om een kleine probe uit te lijnen met het boorgat en dan te proberen de probe diep in het boorgat te krijgen voor de oppervlaktecontrole aan de bodem ervan. En in het verkrijgen van deze ervaring zou er zeker een aantal offerprobes verloren gaan.

Een voorbeeld hiervan is de meting van diverse brandstofinspuitingzuigerdoppen. Een volledig automatische CNC-meetstation stelt de meting van contour en ruwheid van de hele kegel van de zuigerzitting in, van het blinde gat tot de leidingsdiameter. Met een zeer kleine probepunt (0,45 mm totale hoogte), kan een blind gat met diameter van tot ongeveer 0,6 mm binnengegaan worden. De aangepaste software routine stelt de volledig automatische meting van de gehele binnencontour van het werkstuk in.

Probe-armen en werkstukhouderdimensies worden opgeslagen in een coördinatensysteem, zodat geen verdere instelling van het meetstation tijdens de operatie vereist is. Met "werkstukherkenning" en een automatische probe-arm wisselingseenheid, kan de graad van automatisering ontworpen worden tot elke mate tot volledig operator-onafhankelijke uitvoering. Met de "paletmeting" optie, kan de meting van verschillende identieke werkstukken uitgevoerd worden zonder operatorbetrokkenheid, wat het systeem in staat stelt om 's nachts lights-out te draaien om het hele palet te voltooien.

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

• Meetopdrachten met zeer strakke toleranties op kleine of grote onderdelen
• Snelle meting zonder complexe setup van het meetstation
• Automatische uitlijning en positionering van werkstukken
• Zeer laag risico op probe-arm schade door probe-arm check, offset wissen en werkstukcontrole
• In-proces meting
• Statistische evaluatie van elk kenmerk voor het controleren van het productieproces
• Complexe en diverse meettaken kunnen gemakkelijk uitgevoerd worden zonder invloed van bedienend personeel op meetresultaten

Of het nu is om één-knop bediening op een handgehouden draagbare meter, of een enkele startknop op een vol CNC oppervlaktemeter, oppervlakteafwerkingsmeting vordert naar en automatiseert op het fabricagepunt.

Eerder gepubliceerd in Quality Magazine.