Przegląd powszechnych technik pobierania próbek w ramach kontroli czystości technicznej

Rysunek 2: OLYMPUS CIX100 – system oparty na mikroskopie dla czystości technicznej.

Abbildung 3: Aby przygotować dalszą analizę, membrana filtracyjna jest suszona.

Rysunek 4: Okrągłe uchwyty próbek z białym i czarnym tłem do membran filtracyjnych o średnicach 25 mm (po lewej), 47 mm (w środku) i 55 mm (z prawej).

Rysunek 5: Pozycjonowanie membrany filtracyjnej do filtracji badanej próbki filtra (a); Montaż membrany filtracyjnej na uchwycie próbki (b).

Abbildung 5: Pozycjonowanie membrany filtracyjnej do filtracji badanej próbki filtra (a); Montaż membrany filtracyjnej na uchwycie próbki (b).

Rysunek 6.a: Montaż taśmy klejącej z przylegającymi cząstkami na specjalnym uchwycie próbki do dalszej analizy

Abbildung 6.b: Oprogramowanie systemu OLYMPUS CIX100 umożliwia analizę cząstek próbki taśmy klejącej po zarejestrowaniu prostokątnego obszaru inspekcji.

Rysunek 7.a: Przygotowanie pułapki na cząstki

Abbildung 7.b: Oprogramowanie systemu OLYMPUS CIX100 analizuje pułapkę cząstek zgodnie z normą VDA 19.2.

Rysunek 1: Specjalnie opracowany uchwyt na próbki OLYMPUS CIX100 dla różnych typów próbek: a i b) uchwyt na filtry z białym i czarnym tłem - dostępny w trzech różnych rozmiarach, c) uchwyt na osadniki cząstek oraz d) uchwyt na taśmę klejącą.

Rysunek 1: Specjalnie opracowany uchwyt na próbki OLYMPUS CIX100 dla różnych typów próbek: a i b) uchwyt na filtry z białym i czarnym tłem - dostępny w trzech różnych rozmiarach, c) uchwyt na pułapki na cząstki oraz d) uchwyt na taśmę klejącą.

Abbildung 1: Specjalnie zaprojektowany uchwyt na próbki OLYMPUS CIX100 dla różnych typów próbek: a i b) Uchwyt na filtry z białym i czarnym tłem - dostępny w trzech różnych rozmiarach, c) Uchwyt na osadniki cząstek i d) Uchwyt na taśmę klejącą.

Abbildung 1: Specjalnie zaprojektowany uchwyt na próbki OLYMPUS CIX100 dla różnych typów próbek: a i b) uchwyt na filtry z białym i czarnym tłem - dostępny w trzech różnych rozmiarach, c) uchwyt na osadniki cząstek i d) uchwyt na taśmę klejącą.

Przegląd najczęściej stosowanych technik pobierania próbek w ramach kontroli czystości technicznej

Produkty techniczne w niemal wszystkich branżach wymagają określonego poziomu czystości. Kontaminacje niepożądanymi cząstkami i pozostałościami w urządzeniach produkcyjnych, laboratoriach i szczególnie na powierzchniach produktów technicznych stanowią niejednokrotnie poważne ryzyko. Te kontaminacje skracają żywotność produktu, często pogarszają jego wydajność, a także mogą prowadzić do zagrożeń podczas użytkowania produktu. Wiedza o tych zagrożeniach doprowadziła do określenia surowszych krajowych i międzynarodowych norm czystości. Instalacja systemu inspekcji czystości technicznej jest kluczowym krokiem w regularnym monitorowaniu czystości środowiska produkcyjnego, a także w unikaniu przestojów produkcyjnych, marnotrawstwa materiałów i energii. Przy tym przygotowanie próbki odgrywa ważną rolę.

Przebieg pracy analizy czystości

Analiza czystości technicznej rozpoczyna się od przygotowania próbki i wyboru kontrolowanych elementów technicznych. Następnie przeprowadzane jest pobieranie próbek w celu zebrania mikrocząstek zanieczyszczeń. W procesie pobierania próbek stosuje się m.in. następujące metody:

– Membrany filtracyjne do wychwytywania zanieczyszczeń po myciu elementów lub w ramach bezpośredniej filtracji cieczy,
– Tape Lift (taśma klejąca specjalistyczna) do pobierania cząstek z delikatnych powierzchni, które nie mogą być myte, lub
– Pułapki na cząstki do wychwytywania opadających zanieczyszczeń powietrza podczas procesów montażowych lub w pomieszczeniach czystych.

Próbki uzyskane za pomocą tych metod następnie montuje się na specjalnych uchwytach do próbek.

W nowoczesnych rozwiązaniach mikroskopowych do analizy czystości technicznej, takich jak OLYMPUS CIX100, pozycjonowanie uchwytów do próbek jest prostym krokiem przed automatycznym przeprowadzeniem kontroli czystości. Intuicyjny przebieg pracy w połączeniu z automatyzacją wszystkich kroków po montażu próbki przyczynia się do przeprowadzania inspekcji z minimalnym ryzykiem błędów ludzkich i kontaminacji próbki. System potrafi wykryć zanieczyszczenia do 2,5 μm i rozróżnić cząstki metaliczne, niemetaliczne oraz włókna jednym skanem.

Przegląd najczęściej stosowanych technik pobierania próbek

Istnieje wiele metod służących do oddzielenia zanieczyszczeń od elementu. Wybór metod ekstrakcji/pobierania próbek jest silnie uzależniony od głównego celu kontroli czystości technicznej i branży. Ogólnie wyróżnia się trzy główne metody ekstrakcji:

Metoda mycia

W przemyśle motoryzacyjnym, farmaceutycznym i maszynowym najczęściej stosowaną techniką jest ekstrakcja za pomocą cieczy. Mikrocząstki zanieczyszczeń są usuwane z komponentów przez mycie, płukanie lub w kąpieli ultradźwiękowej. Ciecz używana do ekstrakcji powinna być kompatybilna z materiałem komponentu, urządzeniem filtracyjnym i membraną. Po etapie mycia płyn płuczący jest filtrowany, a membrana filtra suszona. W większości przypadków kolejnym krokiem jest ważenie suszonej membrany filtra za pomocą analitycznej wagi. Wynik gravimetryczny stanowi wstępną ocenę pozostałych cząstek, jednak ich rozmiar, kształt i inne właściwości pozostają nieznane i wymagają dalszej analizy wizualnej. Na koniec suszona, ważona membrana jest montowana na uchwycie do próbek.

Membrany filtracyjne dostępne są w różnych średnicach. Wielkość używanej membrany zależy od zastosowania i branży:

– Membrany o średnicy 47 mm są często stosowane w lotnictwie i kosmonautyce, przemyśle motoryzacyjnym oraz w przemyśle naftowym. To standardowa średnica filtra używana w większości przypadków.
– W analizie olejów stosuje się również membrany o średnicy 25 mm.
– Membrany o średnicy 55 mm są używane w konserwacji maszyn i produkcji przy dużej ilości cząstek.

Oprócz wielkości membrany, w zależności od zastosowania, stosuje się filtry z białym lub czarnym tłem.

– Czarny tło: Jeśli do spłukiwania cząstek używa się agresywnych chemikaliów, na membranie filtra mogą pozostać ślady płynu płuczącego. Uchwyty do próbek z czarnym tłem wykonane są głównie z anodowanego aluminium i są w dużej mierze inertne chemicznie (nie reagują chemicznie).

– Białe tło: Białe tło zapewnia korzyści przy użyciu siatkowych filtrów tekstylnych. Filtry tekstylne są często stosowane w celu przyspieszenia procesu filtracji, ponieważ płyn szybciej przepływa przez membranę. Podczas badania siatkowego filtra mikroskop może patrzeć przez siatkę na uchwyt do próbek. Czarny tło prześwitywałoby przez oczka i mogłoby być błędnie zinterpretowane jako cząstki. Dlatego przy badaniu filtrów siatkowych zaleca się użycie uchwytu z białym tłem.

Do systemu OLYMPUS CIX100 dostępne są specjalne uchwyty do próbek dla membran o średnicach 47 mm, 25 mm i 55 mm, zarówno z czarnym, jak i białym tłem. Oprogramowanie systemu ma wbudowane ustawienia wstępne dostosowane do różnych rozmiarów membran, dzięki czemu użytkownik może automatycznie dostosować rozmiar skanu jednym kliknięciem. Zdefiniowane są również parametry dla każdego typu próbki, co umożliwia nawet niedoświadczonym operatorom uzyskanie wyników zgodnych z normami.

Bezpośrednia filtracja cieczy

Metoda ta jest często stosowana do inspekcji czystości oleju. Olej traci swoje właściwości smarne, gdy jest narażony na mikrocząstki, wilgoć i sól. Prowadzi to do korozji, rozkładu dodatków i powstawania żywicy oraz osadów. Elementy mechaniczne, takie jak zawory, zaczynają się zacinać, blokować i zużywać.

Naprawa tych części jest kosztowna i czasochłonna. Dlatego ważne jest przeprowadzenie analizy czystości, aby ocenić stopień zanieczyszczenia oleju. Do korzyści z czystych cieczy, zwłaszcza oleju w maszynach, należą:

– Zminimalizowany czas i koszty konserwacji
– Maksymalna wydajność i produktywność
– Lepsza trwałość komponentów i maszyn
– Mniej przestojów urządzeń
– Mniej napraw i wymiany sprzętu

Wszystkie te korzyści przyczyniają się do oszczędności, ponieważ mniejsze zanieczyszczenie cieczy prowadzi do oszczędności energii i dłuższej żywotności maszyn. Im czystszy olej, tym niższa temperatura oleju, wyższa jego lepkość i lepsza wydajność. Mniej czasu na konserwację i mniejsze naprawy oznaczają także oszczędności na personelu i sprzęcie.

Przebieg pracy przy bezpośredniej filtracji cieczy rozpoczyna się od pobrania próbki oleju z badanego systemu. Ciecz przepływa przez filtr próżniowy, w którym zawieszone cząstki są filtrowane i gromadzone na membranie filtra. Podobnie jak w metodzie mycia, membrana montowana jest na specjalnym uchwycie i wykorzystywana do inspekcji wizualnej i analizy.

Sampling Tape Lift

Metoda Tape Lift to szybka i prosta technika pobierania cząstek z powierzchni, służąca do określenia poziomu czystości powierzchni. Metoda ta jest stosowana wszędzie tam, gdzie powierzchnie komponentów muszą być wolne od zanieczyszczeń, ponieważ zanieczyszczenia mogą wpływać na wydajność i niezawodność produktu. Branże takie jak lotnictwo, technologia kosmiczna, producenci elektroniki czy modułów słonecznych korzystają z tej metody.

Metoda Tape Lift może być stosowana wtedy, gdy nałożenie taśmy klejącej nie uszkadza powierzchni. Zazwyczaj metal, powłoki metalowe i warstwy oksydacyjne nie ulegają zmianom pod wpływem tej metody. Przed użyciem na powierzchniach z lakierami, powłokami osadzanymi lub optycznymi, warto wykonać test wstępny, aby wykluczyć ewentualne uszkodzenia.

Do pobierania próbek na powierzchni nakłada się specjalną taśmę klejącą. W ten sposób cząstki są bezpośrednio przenoszone z powierzchni na taśmę. Po usunięciu taśmy, jest ona montowana na specjalnym uchwycie do próbek Tape Lift. System OLYMPUS CIX100 oferuje nie tylko odpowiednie uchwyty, ale także zintegrowany proces analizy zgodny z normą ASTM E1216-11. W ramach tej normy określa się statystycznie rozmiar i pozycję obszaru pobierania próbki, aby uzyskać prawidłową ocenę czystości powierzchni dużych obszarów. Użytkownik definiuje plan pobierania próbki, uwzględniając geometrię powierzchni i jej orientację względem przepływu gazu, grawitacji i przeszkód, zgodnie z odpowiednimi instrukcjami standardowymi. Czynniki te mogą wpływać na spadek cząstek i ich osadzanie się na powierzchni.

Pułapki na cząstki

Pułapki na cząstki są często stosowane jako metoda pobierania próbek do monitorowania czystości środowiska w procesach montażu i logistyki w środowiskach produkcyjnych i czystych pomieszczeniach. Pułapka na cząstki, składająca się z klejącej się maty o rozmiarze membrany filtracyjnej, umieszczana jest na określony czas w miejscach potencjalnej kontaminacji cząstkami, aby wychwycić osadzanie się cząstek powietrza. Czas, w którym pułapka jest aktywna, nazywany jest czasem sedymentacji. Po zakończeniu pobierania próbki, pułapka jest montowana na specjalnym uchwycie do próbek, aby można było ją następnie analizować. Analiza ta obejmuje liczbę cząstek, rozkład wielkości cząstek i oblicza wartość sedymentacji (zwanej też wartością Illiga). Wartość sedymentacji to pojedyncza liczba wyliczona na podstawie liczby cząstek wykrytych podczas czasu sedymentacji w różnych klasach rozmiarowych. W trakcie obliczeń cząstki są ważone według ich rozmiaru, ponieważ duże cząstki mają znacznie większe potencjały szkodliwe niż małe. Na podstawie wartości sedymentacji można porównywać czystość środowiska w różnych lokalizacjach w określonym okresie. Pomaga to zidentyfikować obszary o wyższym poziomie kontaminacji. Umożliwia to także optymalizację tych obszarów, aby zapobiec wnikaniu cząstek, które mogłyby uszkodzić komponenty i złożone systemy. Wartość sedymentacji jest uwzględniana w końcowym raporcie analitycznym. Kontroler musi oprócz ogólnych wyników czystości dokumentować w raporcie czas sedymentacji i miejsce pułapki na cząstki.

Podsumowanie

W związku z rosnącymi wymaganiami jakościowymi, czystość techniczna elementów, cieczy czy też środowisk coraz bardziej zyskuje na znaczeniu w procesie produkcyjnym. Międzynarodowe i krajowe wytyczne opisują metody i wymagania dokumentacyjne dotyczące wykrywania kontaminacji oraz wymagają szczegółowych informacji o rodzaju zanieczyszczeń, takich jak liczba cząstek, rozkład wielkości cząstek i ich właściwości. W systemie kontroli kontaminacji elementy są losowo pobierane z linii produkcyjnej i badane. W zależności od zastosowania stosuje się różne metody pobierania próbek i specjalne uchwyty do próbek. Analiza jest następnie przeprowadzana zgodnie z odpowiednimi normami. Poniższa tabela przedstawia przegląd dostępnych uchwytów do filtrów dla opisanych metod stosowanych w systemie OLYMPUS CIX100, ich zakresów zastosowania i obsługiwanych standardów.