Overzicht van de gangbare technieken voor het nemen van monsters in het kader van technische reinheidstests

Afbeelding 2: OLYMPUS CIX100 – Microscoop-gebaseerde systeemoplossing voor technische reinheid.

Figuur 3: Voor de voorbereiding van de volgende analyse wordt een filtermembraan gedroogd.

Afbeelding 4: Ronde monsterschalen met witte en zwarte achtergrond voor filtermembranen met diameters van 25 mm (links), 47 mm (midden) en 55 mm (rechts).

Figuur 5: Positionering van de filtermembraan voor het filtreren van het te onderzoeken filtermonster (a); montage van de filtermembraan op de monsterhouder (b).

Figuur 5: Positionering van de filtermembraan voor het filteren van het te onderzoeken filtermonster (a); montage van de filtermembraan op de monsterhouder (b).

Figuur 6.a: Montage van het plakband met de aanhechtende deeltjes op de speciale monsterhouder voor verdere analyse

Afbeelding 6.b: De software van het OLYMPUS CIX100-systeem maakt het mogelijk om deeltjesanalyse uit te voeren op een lijmstrookmonster na het vastleggen van een rechthoekig inspectiegebied.

Figuur 7.a: Voorbereiding van een deeltjesval

Figuur 7.b: De software van het OLYMPUS CIX100-systeem analyseert een deeltjesvanger volgens de VDA 19.2-standaard.

Figuur 1: Speciaal ontwikkelde OLYMPUS CIX100 monsterhouders voor verschillende type monsters: a en b) Filterhouders met witte en zwarte achtergrond - verkrijgbaar in drie verschillende maten, c) Partikelfallenhouder en d) Tapehouder.

Figuur 1: Speciaal ontwikkelde OLYMPUS CIX100 monsterhouders voor verschillende type monsters: a en b) Filterhouders met witte en zwarte achtergrond - verkrijgbaar in drie verschillende maten, c) Partikelvanger en d) plakbandhouder.

Figuur 1: Speciaal ontwikkelde OLYMPUS CIX100 proefhouder voor verschillende monster types: a en b) Filterhouders met witte en zwarte achtergrond - verkrijgbaar in drie verschillende maten, c) Partikelfallenhouder en d) Tapehouder.

Figuur 1: Speciaal ontwikkelde OLYMPUS CIX100 proefhouder voor verschillende type monsters: a en b) Filterhouders met witte en zwarte achtergrond - verkrijgbaar in drie verschillende maten, c) Partikelfallenhouder en d) Tapehouder.

Overzicht van gangbare monstername-technieken binnen technische reinheidscontroles

Technische producten in bijna alle sectoren vereisen een bepaald niveau van reinheid. Contaminaties met ongewenste deeltjes en residuen in productiefaciliteiten, laboratoria en vooral op het oppervlak van technische producten vormen niet zelden aanzienlijke risico's. Deze contaminaties verkorten de levensduur van het product, verslechteren vaak de productprestatie en kunnen bovendien risico's bij het gebruik van het product veroorzaken. De kennis over deze risico's heeft geleid tot de definitie van strengere nationale en internationale reinheidsnormen. Het installeren van een technisch reinheidsinspectiesysteem is een essentiële stap om de reinheid van een productieomgeving regelmatig te monitoren, evenals productiestilstanden, materiaal- en energieverspilling te voorkomen. Hierbij speelt de monstername een belangrijke rol.

Werkproces van een reinheidsanalyse

De technische reinheidsanalyse begint met de voorbereiding van het monster en de selectie van de te controleren technische onderdelen. Vervolgens wordt het monster genomen om micropartikelsverontreinigingen te verzamelen. Bij het nemen van monsters worden onder andere de volgende methoden toegepast:

– Filtermembranen voor het opvangen van verontreinigingen na het wassen van onderdelen of in het kader van directe vloeistoffiltratie,
– Tape Lift (speciaal plakband) voor het opnemen van deeltjes van gevoelige oppervlakken die niet gewassen kunnen worden, of
– Partikelfallen voor het opvangen van sedimenterende luchtverontreinigingen in montageprocessen of cleanrooms.

De met dergelijke methoden verkregen monsters worden vervolgens gemonteerd op speciale monsterhouders.

Bij moderne microscopische systemen voor technische reinheid, zoals de OLYMPUS CIX100, is de positionering van de monsterhouder een eenvoudige stap voordat de geautomatiseerde reinheidscontrole plaatsvindt. Een intuïtieve workflow in combinatie met de automatisering van alle stappen na het plaatsen van het monster helpt om inspecties uit te voeren met het minste risico op menselijke fouten en contaminatie van het monster. Met één scan kan het systeem verontreinigingen tot 2,5 μm detecteren en onderscheid maken tussen metallische deeltjes, niet-metallische deeltjes en vezels.

Overzicht van gangbare monstername-technieken

Voor het scheiden van verontreinigingen uit het onderdeel zijn verschillende methoden beschikbaar. De keuze van de extractie-/monsternameprocedures hangt sterk af van het hoofddoel van de technische reinheid en de sector van de industrie. Over het algemeen zijn er drie hoofd-extractiemethoden:

Wasmethode

In de automobielindustrie of ook in de farmaceutische en machineproductie is in de meeste gevallen de extractie via vloeistof de meest geschikte techniek. De micropartikelverontreinigingen worden bij deze methode verwijderd door wassen, spoelen of in een ultrasone bad. De gebruikte vloeistof voor de extractie moet compatibel zijn met het onderdeelmateriaal, de filterinrichting en de membraan. Na de wasstap wordt de spoelvloeistof gefilterd en wordt de filtermembraan gedroogd. In de meeste gevallen volgt hierop het wegen van de gedroogde filtermembraan met een analysemeter. Het gravimetrische resultaat dient als eerste schatting voor de achtergebleven deeltjes, maar de grootte, vorm en andere eigenschappen van de deeltjes blijven onbekend en vereisen een visuele analyse. Tot slot wordt de gedroogde, gewogen filtermembraan op de filterhouder gemonteerd.

Filtermembranen zijn verkrijgbaar in verschillende diameters. De grootte van de gebruikte filtermembraan hangt af van de toepassing en de sector:

– Filtermembranen met een diameter van 47 mm worden vaak gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie en de olie-industrie. Dit is de standaardfilterdiameter die in de meeste gevallen wordt gebruikt.
– Bij olieanalyse worden ook membranen met een diameter van 25 mm ingezet.
– Filtermembranen met een diameter van 55 mm worden gebruikt in machineonderhoud en productie met een grote hoeveelheid deeltjes.

Naast de filtergrootte worden afhankelijk van de toepassing filtermembranen met een witte of zwarte achtergrond gebruikt.

– Zwarte achtergrond: Wanneer een agressieve chemische stof wordt gebruikt om deeltjes weg te spoelen, kunnen resten van de spoelvloeistof op de filtermembraan achterblijven. De monsterhouder met zwarte achtergrond bestaat voornamelijk uit geëloxeerd aluminium en is daardoor grotendeels inert ten opzichte van chemische stoffen (d.w.z. het reageert niet chemisch).
– Witte achtergrond: Een witte achtergrond biedt een voordeel bij het gebruik van geweven mesh-filters. Mesh-filters worden vaak gebruikt om het filterproces te versnellen, omdat de spoelvloeistof veel sneller door de filtermembraan kan stromen. Bij het onderzoeken van een netfilter kan de microscoop door het net kijken op de monsterhouder. De zwarte achtergrond zou door de mazen heen schijnen en deeltjes verkeerd interpreteren. Daarom wordt bij het onderzoeken van mesh-filters een monsterhouder met witte achtergrond aanbevolen.

Voor de OLYMPUS CIX100 zijn speciale monsterhouders voor membranen met diameters van 47 mm, 25 mm en 55 mm verkrijgbaar, zowel met zwarte als witte achtergrond. De software van het systeem bevat al vooraf ingestelde instellingen voor de verschillende membraanformaten voor het inspectiegebied, zodat de gebruiker de scan-grootte met één klik automatisch kan aanpassen. Eveneens zijn vooraf gedefinieerde parameters voor elk monstertype geïntegreerd, zodat ook onervaren operators normconforme resultaten kunnen behalen.

Directe vloeistoffiltratie

Deze methode wordt vaak gebruikt voor het inspecteren van de reinheid van olie. Olie verliest zijn smeer-eigenschappen wanneer het wordt blootgesteld aan micropartikels, vocht en zout. Dit leidt tot corrosie, afbraak van additieven en de vorming van harsen en afzettingen. Mechanische onderdelen, zoals kleppen, beginnen te klemmen, vast te lopen en te verslijten.

Het repareren van deze onderdelen is kostbaar en tijdrovend. Daarom is het uitvoeren van een reinheidsanalyse belangrijk om de vervuilingsgraad van de olie te beoordelen. De voordelen van schone vloeistoffen, vooral olie, in machines zijn onder andere:

– Minimale onderhoudstijd en -kosten
– Maximale prestatie en productiviteit
– Verbeterde levensduur van onderdelen en machines
– Minder stilstand van installaties
– Minder reparaties en hardware-uitwisselingen

Al deze voordelen helpen geld te besparen, omdat minder verontreinigingen in vloeistoffen leiden tot energiebesparing en een langere levensduur van de machines. Hoe schoner bijvoorbeeld de olie, hoe lager de olie-temperatuur, hoe hoger de viscositeit van de olie en hoe beter de prestaties. Minder onderhoudstijd en minder reparaties besparen ook personeels- en hardwarekosten.

De workflow van de directe vloeistoffiltratie begint met het nemen van een olemonster uit het te onderzoeken systeem. De vloeistof stroomt door een vacuümfiltermachine, waarbij de zwevende deeltjes worden gefilterd en op een filtermembraan worden verzameld. Zoals bij de wasmethode wordt de filtermembraan op een speciale filterhouder gemonteerd en gebruikt voor visuele inspectie en analyse.

Tape Lift-monstername

De Tape Lift-monstername is een snelle en eenvoudige techniek om deeltjes van een oppervlak te verwijderen en zo de reinheidsgraad van het oppervlak te bepalen. Deze methode wordt toegepast overal waar oppervlakken van componenten vrij moeten zijn van verontreinigingen, omdat verontreinigingen de productprestatie en betrouwbaarheid kunnen beïnvloeden. Dit geldt voor sectoren zoals lucht- en ruimtevaart, ruimtevaarttechniek, maar ook voor fabrikanten van elektronica of zonnecellen.

De Tape Lift-methode kan altijd worden toegepast wanneer het aanbrengen van het plakband het oppervlak niet beschadigt. Over het algemeen worden metalen, metaalcoatings en oxidelaagjes niet door deze methode gewijzigd. Voor gebruik op oppervlakken met gelakte, gedampte of optische coatings is een aparte test aanbevolen om eventuele beschadigingen vooraf uit te sluiten.

Voor het nemen van monsters wordt een speciaal kleefband op het te onderzoeken oppervlak aangebracht. Hierdoor worden deeltjes direct van het oppervlak overgebracht op het plakband. Na het verwijderen wordt dit op een speciale Tape Lift-monsterhouder gemonteerd met de aanhechtende deeltjes. De OLYMPUS CIX100 biedt niet alleen de juiste monsterhouders, maar ook een geïntegreerd analyseproces volgens de norm ASTM E1216-11. Bij deze standaard wordt de grootte en ligging van het monsternamegebied statistisch bepaald om een correcte inschatting te maken van de oppervlakte-reinheid van grote oppervlakken. De gebruiker definieert het monsternameplan, rekening houdend met de geometrie van het oppervlak en de oriëntatie ten opzichte van gasstroom, zwaartekracht en obstructies volgens de relevante standaardinstructies. Deze factoren kunnen de deeltjesval en het vangen van deeltjes op het oppervlak beïnvloeden.

Partikelfallen

Partikelfallen worden vaak gebruikt als methode voor monstername om de milieureinheid van montage- en logistieke processen in productie- en cleanrooms te bewaken. Een partikelfall bestaat uit een kleefpad ter grootte van een filtermembraan, dat gedurende een bepaalde tijd op plaatsen met potentiële partikelverontreiniging wordt geplaatst om de afzetting van luchtdeeltjes op te vangen. De tijd dat de partikelfall actief is, wordt de sedimentatietijd genoemd. Zodra de monstername is voltooid, wordt de partikelfall met de aangetaste deeltjes op een speciale monsterhouder gemonteerd, om deze vervolgens te analyseren. Deze analyse bepaalt het aantal deeltjes en de deeltjesgrootteverdeling en berekent de sedimentatiewaarde (ook Illig-waarde genoemd). De sedimentatiewaarde is een enkel numeriek getal dat wordt berekend uit het aantal deeltjes dat tijdens de sedimentatietijd in verschillende groottelijsten wordt gedetecteerd. Bij de berekening worden de gedetecteerde deeltjes gewogen op basis van hun grootte, omdat grote deeltjes een veel groter schadepotentieel hebben dan kleinere deeltjes. Aan de hand van de sedimentatiewaarde kunnen installaties de milieureinheid op verschillende locaties gedurende een bepaalde periode vergelijken. Dit helpt bij het identificeren van gebieden met hogere vervuiling. Het stelt ook in staat deze gebieden te optimaliseren om de binnenkomst van deeltjes te voorkomen die componenten en samengestelde systemen kunnen beschadigen. De sedimentatiewaarde wordt opgenomen in het eindrapport van de analyse. De inspector moet naast de algemene reinheidsresultaten ook de sedimentatietijd en de locatie van de partikelfall in het rapport documenteren.

Conclusie

In het kader van toenemende kwaliteitsvereisten is technische reinheid van onderdelen, vloeistoffen of omgevingen steeds meer in de aandacht gekomen binnen het productieproces. Internationale en nationale richtlijnen beschrijven de methoden en documentatie-eisen voor het vaststellen van contaminaties en vereisen meer gedetailleerde informatie over de aard van de vervuiling, zoals het aantal deeltjes, de deeltjesgrootteverdeling en de deeltjeskenmerken. In een contaminatiecontrolesysteem worden onderdelen willekeurig uit de productielijn genomen en onderzocht. Afhankelijk van de toepassing worden verschillende monstername-methoden en speciale monsterhouders gebruikt. De analyse wordt vervolgens uitgevoerd volgens de relevante normen. De onderstaande tabel geeft een overzicht van de beschikbare filterhouders voor de beschreven methoden voor de OLYMPUS CIX100, hun toepassingsgebieden en de ondersteunde normen.