Sprawdzanie czystości technicznej za pomocą licznika cząstek powierzchniowych z technologią światła rozproszonego

Rysunek 1: Bezpośredni pomiar elementu. Widoczne są ślady obróbki spowodowane walcowaniem.

Rysunek 1: Bezpośredni pomiar elementu. Widać ślady obróbki przez walcowanie.

Rysunek 2: Odlew w z góry określonym miejscu do wyznaczenia krzywej wygaszania (po lewej); wyznaczona krzywa wygaszania (po prawej)

Rysunek 2: Odwzorowanie na z góry określonym miejscu w celu wyznaczenia krzywej zaniku (po lewej); wyznaczona krzywa zaniku (po prawej)

Rysunek 2: Odlew w z góry określonym miejscu do wyznaczenia krzywej zaniku (po lewej); wyznaczona krzywa zaniku (po prawej)

Dane surowe krzywe opadania

Oszczędzanie zasobów jest kluczowym tematem naszej społeczności. W tym kontekście rozwój wielu elementów i komponentów zmierza ku coraz mniejszemu zużyciu materiału i coraz mniejszym strukturom. W związku z tym elementy stają się coraz bardziej wrażliwe, co powoduje wzrost wymagań dotyczących czystości elementów, aby zapewnić ich niezawodne funkcjonowanie. W przypadku czystości elementów należy rozróżnić między czystością techniczną a czystością optyczną. Czystość techniczna odnosi się do zanieczyszczeń krytycznych dla funkcji, podczas gdy czystość optyczna oznacza zanieczyszczenia, które zakłócają wygląd wizualny.

Znany z przemysłu motoryzacyjnego standard VDA 19 oraz opracowany na jego podstawie „Przewodnik dotyczący czystości technicznej w elektrotechnice” ZVEI są pomocnymi narzędziami do oceny czystości technicznej. W przemyśle motoryzacyjnym w przeszłości cząstki były często interesujące dopiero wtedy, gdy miały co najmniej 50 µm. W przypadku przekładni i wałów napędowych cząstki są uznawane za krytyczne od rozmiaru 600 µm. Jednak firma PMT GmbH coraz częściej otrzymuje zapytania dotyczące niezawodnego wykrywania cząstek mniejszych niż 50 µm. Do tego celu sprawdzoną technologią jest technologia oświetlenia liniowego wymieniona w ISO 14644-9. Polega ona na niemal równoległym do powierzchni naświetlaniu światłem. Na każdej nierówności światło jest odbijane i rozpraszane. Nawet cząstki o wielkości kilku mikrometrów mogą być w ten sposób wykryte z dużą pewnością. Praktyczne zastosowanie zasady pomiarowej znajduje się w urządzeniu „PartSens 4.0” firmy PMT Partikel-Messtechnik GmbH.

Przygotowanie próbki nie wymaga ekstrakcji mokrej. W zależności od geometrii i właściwości powierzchni elementu, można go bezpośrednio próbować lub suchą ekstrakcją wyodrębnić cząstki. Dzięki temu metoda ta jest doskonała dla wszystkich elementów, które nie mogą być zamoczone wodą, są nieruchome lub z innych powodów nie mogą być poddane ekstrakcji mokrej. Stanowi więc doskonałą alternatywę lub uzupełnienie tradycyjnej ekstrakcji mokrej i standardowej analizy zgodnie z VDA-19.

Przedstawione tutaj dwa przykłady z praktyki mają na celu ilustrację zastosowania tej metody. W przykładzie 1 chodzi o ocenę czystości walcowanych blach metalowych i folii metalowych. Wyzwanie polega na szybkim uzyskaniu wiarygodnych informacji o średnim poziomie zanieczyszczeń. Umożliwia to bezpieczną identyfikację negatywnych trendów w rutynowej pracy, na przykład rosnącej liczby cząstek wskutek zużycia maszyn. Bezpośredni pomiar na powierzchni jest ograniczony ze względu na strukturę walca, która wprowadza duży odchył. Lepszym rozwiązaniem jest sucha ekstrakcja cząstek za pomocą klejących podkładek.

Aby zweryfikować skuteczność metody ekstrakcji, zgodnie z VDA 19 należy wyznaczyć krzywą wygaszania. Polega to na tym, że element jest sześciokrotnie czyszczony w komorze myjącej. Liczba wyodrębnionych cząstek nie może być większa niż 10% liczby cząstek z pierwszej ekstrakcji. W nawiązaniu do tego podejścia, element został sześciokrotnie stuknięty w tym samym miejscu, a wyznaczono krzywą wygaszania. Jak pokazuje poniższy wykres na rysunku 2, można tę metodę uznać za odpowiednią.

Przykład 2 wyraźnie ukazuje rolę człowieka w czystych pomieszczeniach. Badano dwa różne stanowiska pracy. Stanowisko 1 znajdowało się w czystym pomieszczeniu ISO 7 z turbulentnym przepływem powietrza. Stanowisko 2 znajdowało się w czystym pomieszczeniu ISO 6 z laminarowym przepływem powietrza. Dodatkowo stanowisko 2 było odgrodzone od korytarza, poprzez zawieszenie od sufitu płyt z plexi do około 50 cm nad powierzchnią roboczą. Zapobiegało to mieszaniu się powietrza wskutek ruchów personelu. Ponadto w obszarze stanowiska 2 zainstalowano tzw. listwy jonizacyjne, na przykład AeroBar 5225s firmy SIMCO ION. Zapobiegają one naładowaniu elektrostatycznemu powierzchni i przyczepianiu się cząstek. Oba stanowiska zostały uprzednio wyczyszczone dzień wcześniej.

Na obu stanowiskach pobrano próbki metodą stukania. Wyniki wyraźnie pokazują skuteczność podjętych działań. Większość wykrytych cząstek ma rozmiar od 10 do 50 µm. Mniejsze i większe cząstki występują rzadziej. Ponieważ są to pomieszczenia czyste, zanieczyszczenia musiały powstać w samym czystym pomieszczeniu. Przypuszcza się, że są to ludzkie łuski skóry. To, czy i jak krytyczna jest ta kontaminacja, zależy od produkowanego produktu i musi być oceniona przez dział kontroli jakości / zapewnienia jakości.

Wiele czystych pomieszczeń jest wyposażonych w stałe systemy monitorowania cząstek unoszących się w powietrzu. Należy rozważyć, czy cząstki wykryte w badaniu zostałyby w ogóle zarejestrowane przez taki system. W zależności od potencjału szkody, jaki mogą wyrządzić wykryte cząstki, warto rozważyć wdrożenie monitorowania cząstek powyżej 10 µm. Sprawdzonym rozwiązaniem jest ponownie opisane w VDA 19 zastosowanie pułapek na cząstki.

Dzięki dwóm przykładom z praktyki można pokazać czułość i elastyczność metody oświetlenia liniowego, realizowanej za pomocą przenośnego analizatora cząstek powierzchni PartSens+ 4.0.