Zviditelněte opotřebení

V budoucnu by měly být spalovací motory ještě lehčí, úspornější a šetrnější k životnímu prostředí - a v ideálním případě se by měly na silnici projevit ještě vyšším výkonem. Jedním ze způsobů, jak dosáhnout tohoto ambiciózního cíle, je zlepšení celkové účinnosti. Zásadní roli zde hrají ztráty třením. Protože překonat tření stojí sílu a tření vytváří teplo, jehož energie pak již není k dispozici pro pohyb. Tření zároveň generuje nežádoucí zvuky, které již nejsou v moderních automobilech s elektromotory překrývány. A konečně tření také vede k opotřebení pohyblivých součástí motoru. Z těchto důvodů Volkswagen optickým 3D procesem kontroluje, kde se o sebe součásti třou - a jakou intenzitou.

Povrch ukazuje, co se stalo

V zásadě se jedná o testy před a po, které měřicí technik Stefan Rubach dostává jako úkol z vývoje motorů. „Zajímá nás, jak součást vypadá, když je nová a jak po definovaném zkušebním provozu,“ vysvětluje diplomovaný inženýr. Opotřebení na povrchu se stává viditelnějším díky drsnějším nebo hladším strukturám. „Lze však zapracovat i zářezy, které trvale mění povrch," říká Rubach. Aby v rámci probíhajících projektů výzkumu a vývoje bylo možné takové změny přesně detekovat, je nutná technika trojrozměrného optického měření povrchu. Měřicí technici ve Wolfsburgu k tomu používají zařízení od společnosti NanoFocus, které je nyní dostupné od společnosti Mahr pod názvem MarSurf CM explorer. Obě společnosti v této oblasti spolupracují od dubna 2018. Zařízením MarSurf CM explorer jsou povrchy opticky, a tedy bezkontaktně, skenovány a poté analyzovány. Výsledkem je trojrozměrný obraz výšek. Lze na něm jasně rozpoznat hory a údolí, prameny a prohlubně - i když nejsou uspořádány směrově, ale spíše stochasticky rozmístěny. 3D analýza nabývá na důležitosti, když jsou povrchy ve zkušebním zařízení potaženy nebo mají přesně vedená rýhování, která například vytvářejí retenční kapacitu pro olej na oběžné ploše válce.

Děrovaná clona filtruje rozptýlené světlo

Zařízení MarSurf CM explorer od společnosti Mahr se v technice měření povrchu společnosti Volkswagen používá jako flexibilně použitelný přístroj, zvláště když jsou vyžadovány informace o ploše. Jde o detailní pohled na detaily povrchu - a ne pouze o profilový řez, jako u taktilních měření.

Za optickou měřicí metodou zařízení CM explorer stojí technologie konfokální mikroskopie. Zvláštnost: Zařízení společnosti Mahr filtruje rozptýlené světlo odražené od povrchu předmětu pomocí rotační děrované clony - takzvaného Multi Pinhole Disk. Tímto způsobem se na CCD čipu kamery zobrazí pouze povrchové body, které jsou přesně zaostřené. Rozmazané pixely jsou skryty. V prvním kroku vznikne vysoce kontrastní a ostrý obraz příslušné plochy v jasně definované horizontální rovině.

Aby se z něj stala trojrozměrná rekonstrukce povrchu (reliéf) vhodná k vyhodnocení, měřící zařízení během měření automaticky mění zaostření - a vytvoří tak sérii snímků v různých úrovních ostrosti s přidruženými vrstevnicemi.

Když je umístíte přes sebe, vytvoří se trojrozměrný obraz s rozlišením, které zviditelní struktury i v nano rozsahu. V průměru taková sestava snímků obsahuje 200 až 400 jednotlivých snímků, které jsou zaznamenány během několika sekund a měřicím softwarem převedeny na trojrozměrný obraz výšek. „Nevytváříme snímky, ale reliéfy," zdůrazňuje Stefan Rubach.

Vysoké rozlišení i u velkých ploch

Se zařízením MarSurf CM explorer dokáže interní testovací laboratoř vývoje motorů společnosti Volkswagen v závodě ve Wolfsburgu doslova proniknout na dřeň. S 20násobným zvětšením pokrývá standardní objektiv měřicí plochu 0,8 x 0,8 milimetru. Pokud jsou požadovány větší plochy, má zařízení CM explorer takzvanou funkci Stitching (spojování). Používá se ke spojení sousedních jednotlivých snímků do celkového obrazu - podobně jako u panoramatického snímku. Takto lze i velké plochy analyzovat s nejvyšším možným rozlišením. Řešení od společnosti Mahr činí čest svému názvu „explorer“: „U mnoha měřicích úloh neví ani vývojář, ani my, co očekávat,“ popisuje pak Rubach následující objevnou cestu.

Aby byly výsledky měření srovnatelné, je i u techniky konfokálního měření důležitá opakovatelná přesnost. To platí zejména tehdy, když v každodenní laboratorní práci provádějí měření různí pracovníci. „Měřicí technika má hodně společného s důvěrou. Důvěřujte technice a pracovníkům, kteří s ní pracují“, je přesvědčen Rubach. Snadné použití hardwaru a softwaru má proto pro Rubacha zásadní význam, aby se předešlo chybám uživatelů. Ale i součásti, které nebyly před vyšetřením zcela vyčištěny, zfalšují výsledky následkem usazených nečistot nebo prachu. Z tohoto důvodu je hardware zařízení MarSurf CM explorer obzvláště robustní.

Více reality ve vývoji

Naměřené topografie lze použít jako zkušební zprávu ve formátu PDF pro další analýzu. Vývojáři ve společnosti Volkswagen však používají surová data z měření povrchu k integraci výsledků měření do svých simulačních procesů. Pomocí těchto nefiltrovaných dat lze během simulace cíleně a spolehlivě předpovídat funkce a chování. Rubach a jeho kolegové proto mohou pracovat velmi blízko realitě. „V minulosti musely být vytvořeny výpočtové modely, dnes jsou nám dostupné reálné povrchy a jejich chování v simulaci,“ vysvětluje měřicí technik VW Rubach. A dále: „Vyvíjíme se mnohem blíže realitě.“

Text: Thorsten Höring, produktový manažer společnosti Mahr & Jörg Meyer, Global Key Account Manager u společnosti Mahr.

________________________________________

V naší „bílé knize“ zjistíte, která metoda měření je pro vaši aplikaci ta správná: 2D versus 3D v technice měření povrchu.