Pokrokové 3D měření a hodnocení povrchu

Měřicí technika využívající koherentní korelační interferometrii, označovaná CCI (Coherence Correlation Interferometry), umožní získávat kompletní trojrozměrné charakteristiky povrchu bezkontaktním způsobem. Jedná se o metrologickou techniku, která je mimořádně přesná, rychlá a komplexní. Je připravena zajistit prostorové zobrazení povrchu s vysokým rozlišením a současně řadu analýz, včetně 3D analýzy drsnosti a tvaru nebo 2D měření profilu povrchu. Využití systému CCI pro měření kruhovitosti a 3D dat (včetně porovnání přesnosti s předpisem) výrazně rozšiřuje možnosti využití metody v praxi. Např. při kontrole kuželového povrchu umožní přesné určení úhlu kužele a měření základních parametrů, jako jsou úhel kužele, kruhovitost a drsnost povrchu, a to vše z jednoho měření. Takto jsou vyloučeny i chyby plynoucí z přestavování součásti. Navíc je kontrola časově úspornější v porovnání s tradiční dotykovou metodou měření. Výhodou je i úspora nákladů na speciální upínací přípravky. Pro uvedená složitější měření Taylor Hobson nově nabídl specializovaný měřicí systém CCI Roundness.

1. Systém CCI Roundness zajistí kompletní automatickou kontrolu sériové výroby
Součástí.

Koherentní korelační interferometrie CCi se rozšiřováním praktického uplatnění stává stále významnější v kontrole a hodnocení jakosti povrchu. Především tím, že zajišťuje:
• přesnou kvantitativní charakteristiku profilu povrchu;
• plně automatické nedestruktivní měření součásti;
• mimořádné (subangstrémové) rozlišení bez ohledu na rozsah skenování;
• rychlé a bezproblémové zakládání a seřizování měřených vzorků;
• měření širokého sortimentu povrchů různých materiálů;
• vysokou úroveň opakovatelnosti měření;
• hodnocení drsnosti povrchu, výšky stupně a dalších parametrů z jednoho měření.

Přednosti a možnosti uplatnění uvedeného systému CCI Roudness jsou představeny na měření funkčních elementů palivových trysek.

Významnou součástí moderních vysokotlakých vstřikovacích palivových a hydraulických systémů pohonných jednotek jsou vstřikovací trysky. Zvýšení efektivnosti vozidlových motorů a snížení emisí vyžadují, aby provedení trysek bylo rozměrově a tvarově mimořádně přesné. Základem funkce trysky je velmi přesný kužel, o jehož kvalitě rozhoduje kruhovitost (přesnost zpravidla submikronová), úhel kužele, drsnost povrchu a přímost. Na všech uvedených parametrech závisí vstřikovací tlak trysky zajišťující jemnou atomizaci paliva jako základ správného spalování, tedy funkce motoru.

2. Přehled výsledků měření kruhovitosti

Bezdotykové 3D snímání povrchu systémem CCI zajistí z jednoho měření hodnocení:

- kruhovitosti v několika řezech (průměrech) výšky kužele,
- přesné hodnoty úhlu kužele,
- drsnosti a přímosti povrchu.

Taylor Hobson tak nabízí plně automatickou komplexní kontrolu trysek v sériové výrobě.

Získání všech významných parametrů funkčního povrchu trysky v plně automatickém cyklu 3D měření zaručuje vyšší flexibilitu kontroly a zlepšuje tak její kvalitu.
Systém CCI Roundness umožní z jednoho měření vyhodnotit všechny požadované parametry vstřikovací trysky, jako jsou kruhovitost sedla, úhel kužele, drsnost a přímost povrchu. To výrazně zvyšuje flexibilitu kontroly součástí a zvyšuje efektivnost procesů ověřujících jakost výroby. Další předností systému je, že vzhledem k nastavitelnému rozsahu skenování lze získat relativně velký soubor 3D dat, který umožní provádět analýzy kruhovitosti v různých výškově položených řezech kužele, tedy na jeho různých průměrech. Takto získané výsledky kruhovitosti (grafické záznamy) lze snadno porovnávat a zjišťovat odchylky od předepsaných hodnot v různých výškách kužele. Provedená rozsáhlá měření na CCI Roundness vedla k získání identických grafů kruhovitosti, což potvrdilo, že tato bezdotyková metoda měření kruhovitosti zajišťuje přesné a spolehlivé informace o tvaru povrchu součásti. Reprodukovatelnost výsledků měření byla ověřována i dalšími zkouškami, při kterých byl tvar kuželového povrchu kontrolován u dvou trysek v různé poloze na obvodu (0°, 45° a 90°). I zde se prokázalo, že velikost úchylek kruhovitosti zůstala stejná, bez ohledu na polohu pootočení trysky. Tedy opět potvrzení, že CCI Roundness poskytuje přesné výsledky měření kruhovitosti s minimálními systémovými chybami.

Ze stejného souboru 3D dat byla vyhodnocena drsnost povrchu kužele podle ISO 25178. Pro vyhodnocení výškových parametrů bylo využito rozsahu cut-off od 0,025 mm do 0,25 mm s následujícími výsledky: Sq = 0,230 μm; Sz = 1,883 μm; Sa = 0,182 μm.

Cílem experimentů bylo ověřit úroveň shody výsledků měření bezdotykovým profilometrem CCI Roundness a vysoce přesným dotykovým profilometrem Talyrond. Na obou uvedených přístrojích byla proměřena kruhovitost deseti kuželů různého provedení, včetně grafického záznamu. Porovnání výsledků získaných oběma metodami potvrdilo dobrou korelaci výsledků měření. Současně dokumentují, že CCI Roundness zajišťuje přesné a spolehlivé měření využitelné pro identifikaci výrobních úchylek.

3. Kontrola reprodukovatelnosti výsledků měření kruhovitosti měřidlem CCI Roundness při různém natočení součásti – poloha 0°, 45°, 90°

Podobně byla zjišťována korelace výsledků měření úhlu kuželů opět zjištěných oběma metodami. Zkoušky proběhly s deseti kusy z každého ze dvou typů trysek (kužel 120° a 90°). Měření bylo provedeno přístroji CCI Roundness a patentovaným způsobem Taylor Hobson PGI (Phase Grating Interferometry). Rozdíly v hodnotách úhlů měřených CCI / PGI, vyjádřené průměrnou diferencí úhlů (°), byly u kuželů 120–0,014° a kuželů 90°– 0,021°.

Rozdíly v měřených úhlech ukazují výbornou korelaci výsledků získaných dotykovou a bezdotykovou metodou. Zároveň i potvrzení, že CCI Roundness zajišťuje přesné měření úhlu kužele a lze jím zajistit kompletní spolehlivou kontrolu ve výrobě.

Ke zjištění úrovně přesnosti výsledků při opakované kontrole jakosti kužele bylo provedeno 100 měření palivové trysky 120° na CCI Roundness s následujícími výsledky:

úhel kužele (°) 120,043±0,004
RONT (μm) 0,252±0,0022
drsnost Sa (μm) 0,375±0,010.

Výsledky měření všech uvedených důležitých parametrů potvrdily velmi dobrou opakovatelnost měření a vysokou stabilitu procesu měření.

S přihlédnutím k výsledkům všech zaznamenaných metrologických testů lze konstatovat, že bezdotykový CCI Roundness představuje vhodný kontrolní prostředek pro výrobu přesných součástek. Metoda zajišťuje získání velkého objemu 3D dat a z jednoho měření lze vyhodnotit všechny funkčně významné parametry během několika vteřin. Mimořádná rychlost a přesnost měření jsou jednoznačným příspěvkem k vyšší kvalitě kontroly.

Ing. Zdeněk Novák

novakzdene@seznam.cz

Imeco TH

Umístění na MSV: pavilon F, stánek 44