Kopás láthatóvá tétele

A jövőben a belső égésű motoroknak még könnyebbeknek, kevesebb fogyasztásúnak és környezetkímélőbbnek kell lenni útközben, sőt ideális esetben még nagyobb teljesítményt is kell biztosítaniuk az úton. Ennek az ambiciózus célnak az elérésének egyik módja az általános hatékonyság javítása. A súrlódási veszteségek itt lényeges szerepet játszanak. Mivel a súrlódás leküzdéséhez erőkifejtés szükséges, és a súrlódás során hő keletkezik, amelynek energiája így már nem áll rendelkezésre a mozgáshoz. Ugyanakkor a súrlódás nemkívánatos zajokat generál, amelyek a modern elektromos motoros autókban már nincsenek. És végül a súrlódás a motor mozgó részeinek kopását is okozza. Ezért a Volkswagen optikai 3D eljárással vizsgálja, hogy az alkatrészek hol és milyen mértékben dörzsölődnek egymáshoz.

A felületek megmutatják, hogy mi történt

Lényegében a gyártás előtti és az utáni tesztek végrehajtásával bízzák meg a motorfejlesztés szakemberét, Stefan Rubach méréstechnikust. „Érdekel bennünket, hogy hogyan néz ki egy alkatrész, amikor még új és hogyan néz ki meghatározott tesztfutás után” - magyarázza az okleveles mérnök. A felületek kopása kicsit látható az érdes vagy sima struktúrák miatt is. „Azonban bevágások is lehetnek rajta, amelyek véglegesen megváltoztatják a felületet” - mondja Rubach. A folyamatban lévő K+F projektek során bekövetkező ilyen változások pontos felismeréséhez háromdimenziós optikai felületmérés-technika szükséges. A wolfsburgi méréstechnikusok a NanoFocus készüléket használják, amely időközben a Mahrnál MarSurf CM explorer néven rendelhető. A két vállalat 2018 áprilisától folytat együttműködést ezen a területen. A MarSurf CM explorer segítségével a felületeket optikailag, ezzel érintés nélküli tapintják, majd elemzik. Az eredmény egy háromdimenziós magassági kép. Világosan azonosíthatók rajta hegyek és völgyek, források és mélyedések - még akkor is, ha nem célirányosan, hanem véletlenszerűen vannak elrendezve. A 3D elemzés annál fontosabbá válik, ha a vizsgálópadon lévő felületek bevonattal vannak ellátva, vagy pontosan vezetett barázdákkal rendelkeznek, amelyek pl. a hengerpályán visszatartó térfogatot hoznak létre az olaj számára.

A fényrekesz kiszűri a szórt fényt

A Mahr MarSurf CM explorer a Volkswagen felületmérés-technikájában rugalmasan alkalmazható eszközként használják, különösen akkor, ha a felülettel kapcsolatos információkra van szükség. Ekkor egy felület részleteinek pontos vizsgálatáról van szó, és nemcsak egy profilmetszetről, mint ahogy a tapintó méréseknél.

A CM explorer optikai mérési eljárás mögött a konfokális mikroszkópia technológia áll. A sajátosság: A Mahr készüléke a forgó fényrekeszen (úgynevezett „multi pinhole disk”) keresztül szűri ki a tárgy felületéről visszaverődő szórt fényt. Ily módon csak azok a felszíni pontok jelennek meg a kamera CCD chipjén, amelyek pontosan a fókuszban vannak. A nem elég éles képek kitakarásra kerülnek. Az első lépésben így az adott felület kontrasztos és éles képe jelenik meg egy jól körvonalazódott vízszintes síkban.

Hogy ebből a felszín (relief) értékelhető háromdimenziós rekonstrukciója legyen, a mérőkészülék a mérés alatt automatikusan változtatja a fókuszt és ezzel egy sor különböző élességű felvételt készít a hozzátartozó magasságvonalakkal.

Egymás fölé helyezve ez olyan felbontású háromdimenziós képet hoz létre, amely még a nanotartományban is láthatóvá teszi a struktúrákat. Egy képköteg átlagosan 200-400 képkockából áll, amelyeket néhány másodpercen belül rögzítenek, és a mérőszoftver háromdimenziós magassági képpé alakít. „Nem képeket, hanem reliefeket készítünk” - hangsúlyozza Stefan Rubach.

Nagy felbontás nagy felületeknél is

A MarSurf CM explorer segítségével a Volkswagen motorfejlesztésének wolfsburgi belső vizsgálólaboratóriuma szó szerint képes nyomokat keresni. A 20-szoros nagyítással a standard objektív 0,8x0,8 mm-es mérőfoltot fed le. Nagyobb terület szükségessége esetén a CM explorer rendelkezik úgynevezett stitching funkcióval. Ezzel a szomszédos egyedi képkockák kombinációjával teljes képet alkotnak a panorámafelvételhez hasonlóan. Ennek segítségével még nagy területek is elemezhetők a lehető legnagyobb felbontással. A Mahr megoldása ezzel kiérdemelte az „explorer” nevet: „Sok mérési megbízásnál sem a fejlesztő, sem mi nem tudjuk, hogy mire számíthatunk” - írja Rubach az azt követő felfedezőútról.

Hogy a mérési eredmények összehasonlíthatók legyenek, a konfokális méréstechnológiánál is számít a megismételhetőség. Ez különösen akkor érvényes, ha különböző munkatársak hajtják végre a méréseket a mindennapi laboratóriumi munka során. „A méréstechnikának sok köze van a bizalomhoz. A technikába és a technikával dolgozókba vetett bizalom - mondja Rubach meggyőződéssel. Rubach számára a hardver és a szoftver egyszerű kezelhetősége ezért központi fontosságú a felhasználói hibák megelőzése érdekében. De még vizsgálat előtt nem teljesen megtisztított alkatrészek is meghamisítják az eredményeket a lerakódott szennyeződések vagy por miatt. Ezért a MarSurf CM explorer hardvere különösen erős.

Nagyobb realitás a fejlesztésben

A mért topográfiák PDF formátumban elmentett vizsgálati jelentés formájában használhatók fel a további elemzéshez. A mérési eredmények szimulációs eljárásba történő integráláshoz a Volkswagennél a fejlesztők azonban a felületmérések nyers adatait használják fel. A szűretlen adatok segítségével a funkciók és a viselkedés célirányosan előre jelezhető egy szimuláció során. Ezért Rubach és kollégái a valósághoz nagyon közel dolgozhatnak. „Régebben számítási modelleket kellett létrehozni, ma a szimulációban valódi felületek és tulajdonságok állnak rendelkezésre” - magyarázza Rubach, a VW méréstechnikusa. És tovább: „Jelentősen közelebb vagyunk a valósághoz.”

Szöveg: Thorsten Höring, Mahr termékmenedzser és Mahr Jörg Meyer, Global Key Account Manager.

________________________________________

Itt megtudhatja ingyenes kérdőívünkből, hogy melyik mérési eljárás megfelelő az Ön alkalmazásához: 2D vagy 3D a felületméréstechnikában.