Komplexní způsob kontroly procesu odmaštění

Proces odmaštění povrchu je naprosto klíčový pro dosažení kvalitní a funkční povrchové úpravy. Převážná většina vad a selhání povrchových úprav vyplývá z nedostatečné nebo nezvládnuté předúpravy povrchu součásti. Z tohoto důvodu je nezbytné vzhledem k vysokým nárokům, které jsou kladeny na zhotovitele povlaků zabývat se komplexními způsoby kontroly tohoto procesu. Cílem výzkumu a vývoje ve spolupráci s průmyslovými partnery je vývoj metodiky a zařízení umožňující kontinuální kontrolu procesu odmaštění. Nejde pouze o samotnou kontrolu stavu povrchu předmětu před a po procesu odmaštění, ale i o sledování kontaminace jednotlivých procesních kapalin dané povrchové úpravy.

Současný rozvoj technologií a zvýšení nároků na kvalitu produkce vyžaduje, aby použité metody kontroly umožňovaly získání přesných a spolehlivých hodnot v reálném čase jednoduchým a opakovatelným způsobem bez možnosti jejich zkreslení vlivem neodborné obsluhy s možností snadné interpretace a dokumentace. Zanedbání procesu kontroly kvality předúpravy může vést k defektům patrným ihned po zhotovení povrchové úpravy – např. fisheyes (rybí oko) u povlaků organických nátěrových hmot či nevybarvení vrstvy oxidu hlinitého u anodické oxidace hliníku, nebo se může projevit až v průběhu expozice předmětu v korozním prostředí selháním ochranné funkce povlaku. Z výše uvedeného je patrné, že rozšířené subjektivní metody hodnocení stavu povrchu součásti z hlediska výskytu mastných nečistot pomocí detekčních kříd, inkoustů či fixů, jsou naprosto nevhodné pro využití v automatizovaných provozech sériové výroby. Stejně tak kontrolu odmašťovacích a oplachových kapalin je nutné automatizovat za účelem nepřetržité online kontroly pro optimalizaci celého procesu a tím dosažení hospodárnosti a vysoké efektivity procesu předúpravy. Uživatelsky a časově náročné procesy kontroly, jako jsou titrace či stanovení podílu ropných látek pomocí deemulgátorů, je nutné nahradit automatizovanými metodami o dostatečné vypovídající schopnosti.

Za účelem přímé detekce mastných nečistot na povrchu předmětů byl společností TechTest vyvinut přístroj umožňující kvantitativní vyhodnocení stupně znečištění včetně vizualizace rozložení těchto nečistot. Detekce zamaštění spočívá ve vyvolání fluorescence kontaminantu pomocí UV záření, jejím zaznamenání a SW vyhodnocení. Vyvinuté ruční zařízení nazvané Recognoil umožňuje popsání stavu povrchu vyhotovením fluorescenční mapy rozložení nečistot, stanovení hodnoty intenzity fluorescence, stanovení tloušťky a plošné koncentrace znečištění. Přepočítávání hodnoty fluorescence na tloušťku vrstvy, resp. plošnou koncentraci je podmíněno laboratorní kalibrací pro vytvoření fyzikálně-matematického modelu oleje. Samotné vyhodnocení stavu povrchu probíhá přiložením detektoru k povrchu, jeho ozářením a vyvoláním fluorescenční mapy se stanovením hodnoty fluorescence a jejím porovnáním s etalonovou hodnotou. Tou může být například hodnota fluorescence základního materiálu po procesu odmaštění, kdy následný povlak dosahuje požadovaných hodnot adheze. Vlivem rozdílných hodnot fluorescence různých typů olejů v závislosti na tloušťce nanesené vrstvy dané jejich povahou (minerální, syntetický) a složením (aditivy) je nutné stanovit přípustné hodnoty fluorescence individuálně pro každý provoz. Tento způsob detekce lze použít i u procesů mechanických předúprav povrchu (tryskání, omílání, broušení aj.), kde navíc umožňuje i kontrolu zamaštění použitého abraziva. Stejně tak lze zařízení použít při kontrole nanášení vrstev olejů při konzervaci povrchu či při tvářecích operacích. Pro rychlou kontrolu celého dílu umožňuje zařízení měření v reálném čase, v tzv. live modu. Lze tedy zkontrolovat dílec a v případě zjištění nějaké abnormality provést plnohodnotné vyhodnocení kontaminované oblasti.

Fluorescenční mapa rozložení mastných nečistot – výstup foto módu zařízení Recognoil

Jak již bylo uvedeno, zařízení Recognoil umožňuje kromě standardního módu také živý náhled pro rychlou kontrolu celé plochy výrobku. Tento způsob kontroly je však vhodný pouze pro samotné vyhledání kontaminantu či pro orientační měření. Pakliže je nezbytné přesně zdokumentovat celý dílec (tedy plochu větší než 12 x 18 mm), je nezbytné provést automatizované sekvenční snímání. To je realizováno tak, že objekt je umístěn do temného boxu a snímán pomocí detektoru upnutého na počítačem řízený portál. Celá plocha je postupně proměřena v rastru a výstupem je SW složený obraz jednotlivých fluorescenčních map výrobku.

Měření definovaných ploch lze realizovat pomocí předsádek ve tvaru negativu dané plochy nebo opět pomocí umístění zařízení do automatizovaného měřicího boxu (kde není detektor ovlivněn vnějším zdrojem světla). Speciální stínicí předsádky lze vyhotovit pomocí metody rapid prototyping; z tohoto důvodu lze zabezpečit dostatečnou variabilitu měřených povrchů.

Pro kontrolu vnitřních a obtížně přístupných ploch, do kterých není možné detektor vsunout, bylo vyvinuto zařízení využívající stejných principů a fungující na obdobné SW platformě Recognoil – Tu-beScanner. Zařízení oproti předchozímu modelu měří pouze v jednom bodě. Minimální vnitřní průměr trubky činí 10 mm a lze tímto zařízením stanovit kvalitu odmašťovacího procesu i u velmi dlouhých výrobků.

V procesu chemické předúpravy povrchu je klíčová volba efektivního odmašťovacího prostředku pro zabezpečení stabilní kvality a hospodárnosti procesu. Zařízení Recognoil umožňuje rychlým a objektivním způsobem pomoci při výběru vhodné technologie odmaštění, odmašťovadla či nastavení parametrů odmašťovacího procesu (teplota, koncentrace). V případě hodnocení účinnosti procesu odmašťování lze za vhodný ukazatel kvality procesu považovat hodnotu fluorescence, kte-rá se má v ideálním případě blížit hodnotě fluorescence upravovaného materiálu.

Operátor pak může při kontrolním procesu vyhodnotit stav povrchu velice snadno pouhým vizuálním zhodnocením snímku, kdy při nastavení limitní hodnoty v SW rozhraní bude po expozici snímku veškerá oblast fluorescenční mapy zbarvená červeně nadlimitní, tedy nepřípustná.

Obdobně lze také porovnávat účinnost jednotlivých metod, případně pracovních parametrů procesu k dosažení požadovaného stupně čistoty povrchu pro daný typ povrchové úpravy.

Stejně tak jako je důležité sledovat stav povrchu výrobku před a po procesu odmaštění, je důležité sledovat, v jaké kondici jsou média, kterým je předmět vystaven. Jedná se především o stav odmašťovací lázně, kdy samozřejmě ztráta odmašťovací schopnosti vlivem vysokého podílu oleje či nízkého podílu nevázaných tenzidů se negativně projeví na stavu zamaštění povrchu výrobků. Přehnaná snaha o udržení odmašťovací lázně v provozuschopném stavu bez dostatečné kontroly naopak vede k nehospodárnosti a zvýšené ekologické zátěži provozu. Stejně tak kontrola oplachů a dalších procesních kapalin je stěžejní pro zachování stabilní kvality produkce. Společnost TechTest se zabývá vývojem zařízení pro automatickou kontinuální detekci kapalin za účelem minimalizace či odstranění uživatelsky náročných kontrolních metod. Plně automatizovaný kontinuální detekční systém navíc umožnuje obsluze pružně reagovat v případě abnormalit a tím i zmírnit případné negativní dopady na kvalitu výroby. Proces vývoje plně automatizovaného zařízení je v tuto chvíli v počáteční fázi, kdy se ověřují jednotlivé metody měření a jejich reakční schopnosti. Zároveň cílem realizovaných experimentů je správná interpretace výsledků ve vztahu k jednotlivým složkám pracovního média z hlediska vlivu na hodnotu měřené veličiny.

Mezi běžně používané metody detekce znečištění odmašťovacích lázní se řadí stanovení hodnoty pH, elektrické vodivosti a titrace. U vyvíjeného zařízení se navíc předpokládá měření fluorescence kapalin. Z doposud získaných poznatků je patrné, že pro dostatečně široké popsání chování pracovního média je nezbytná kombinace několika automatizovaných metod a přiřazení jednotlivých trendů měřených veličin konkrétnímu jevu (zvyšování koncentrace oleje, tenzidů, ředění lázně atd.). V podobě grafu je uveden jednoduchý experiment zaměřený na reakční schopnost jednotlivých metod. Jeden litr demineralizované vody byl kontaminován v jednotlivých krocích. V jednotlivých krocích byla měřena hodnota pH, vodivost a fluorescence. Z grafů je patrné, že pro správnou interpretaci výsledků je nezbytné sledovat více veličin, které jsou schopné pružně reagovat na změnu složení lázně.

Reakční schopnost různých měřicích metod na kontaminaci jednoho litru demineralizované vody
Pro zvětšení klikněte na grafy.

Z uvedených poznatků a výsledků lze konstatovat, že pro zabezpečení kvalitní technologie předúpravy povrchu je nezbytná nejen kontrola samotných dílů před a po procesu předúpravy, ale také kontinuální kontrola používaných pracovních médií. Díky neustálému vývoji elektronických komponentů a možnostem tvorby SW řešení je technika založená na využití elektronického analyzá-toru fluorescence jako zařízení pro kontrolu stavu povrchu vhodnou metodou pro posouzení pří-pustnosti stavu povrchu předmětu pro další operace v technologickém postupu. Navíc lze tuto me-todu jednoduše využít u plně automatizovaných linek, včetně využití různých komunikačních proto-kolů pro informování operátorů či vedoucích pracovníků o aktuálním stavu procesu či v případě přiblížení se či překročení limitních hodnot pro daný proces. Využití tohoto zařízení je samozřejmě možné i opačným způsobem, a to pro kontrolu nanesení souvislých vrstev ať už pasivací, konzer-vačních látek či maziva.

Při vývoji nového zařízení pro kontinuální detekci znečištění kapalin bude nutné zavést měření dal-ších veličin pro detailnější zdokumentování chování jednotlivých komponentů lázně a volit metody citlivé, tj. takové, které umožní pružně reagovat i na malé změny složení lázně.

TechTest

Michal Zoubek, Petr Chábera, Jakub Svoboda