Otworki klocków hamulcowych: dwa pomiary w jednym bezkontaktowym przejściu

Przegląd

Otwór klocka hamulcowego to cylinder hydrauliczny, który musi zapewniać uszczelnienie względem tłoka poruszającego się w jego wnętrzu – często pod ciśnieniem i zawsze przy wysokiej temperaturze. Jego powierzchnia stanowi powierzchnię uszczelniającą; wszelkie pozostałości po obróbce pozostawione wewnątrz otworu tworzą albo ścieżkę ucieczki cieczy roboczej, albo cząstkę, która będzie przesuwać się po ścianie tysiące razy w trakcie eksploatacji.

W związku z tym inspekcja ma dwa cele zamiast jednego: wykrywanie wad ściany otworu oraz materiału luźnego pozostającego wewnątrz otworu po czyszczeniu. Oba cele są ze sobą powiązane, ale nie są identyczne; stacja kontrolna sprawdzająca tylko jeden z nich pozostawia drugi do wykrycia dopiero podczas testu hamulców.

Oba te pomiary można wykonać bezkontaktowo w jednym przejściu, co ma znaczenie, ponieważ otwór suwmiarkowy jest cylindrem ślepym lub półślepym, do którego operator nie może zajrzeć, a sondy nie można w niego wprowadzić bez dotykania mierzonej powierzchni. Firma Big Bird Industrial (dawniej Shimada Big Bird Industrial) od 2001 roku projektuje i buduje systemy czyszczące oraz usuwające zacieki z elementów układów napędowych pojazdów samochodowych; opisana tutaj funkcja inspekcyjna bazuje na systemach do kontroli wnętrza otworów stosowanych na liniach produkcyjnych.

1. Dlaczego otwór suwmiarkowy jest powierzchnią bezpieczeństwa

Suwmiarka przekształca ciśnienie hydrauliczne w siłę dociskową, a otwór suwmiarkowy to miejsce, w którym to ciśnienie jest zawarte.

Uszczelka porusza się po ścianie

Uszczelka tłoka ślizga się po ścianie otworu suwmiarkowego, a jako powierzchnię uszczelniającą stanowi właśnie wykończenie tej ściany. Podłużna rysa na ścieżce uszczelki tworzy ścieżkę przecieków, natomiast wgniecie zmienia lokalnie luz, powodując nieregularny zużycie i ostatecznie zakleszczenie się tłoka.

Zanieczyszczenia powodują powolne uszkodzenie

Usterzenie w postaci drobnej skrawki lub grudki pozostawionej w otworze zwykle nie powoduje natychmiastowej awarii. Skrawka lub grudka unoszą się w cieczy, przemieszczają się w kierunku uszczelki i z czasem uszkadzają ścianę lub uszczelkę. Hamulec ulegający awarii w ten sposób zwykle zawodzi po wprowadzeniu pojazdu do eksploatacji, dlatego kontrola ta powinna być przeprowadzana przed montażem, a nie na końcu linii produkcyjnej.

dwa cele wymagające różnych optyk

Wada i luźna cząstka wyglądają podobnie na zdjęciu, ale różnią się reakcją na oświetlenie – to właśnie podstawa ich rozróżnienia.

Wady znajdują się na powierzchni

Rysa, śladowy ślad, por lub wgłębienie korozji są częścią ściany. Ich wygląd zmienia się w zależności od kierunku padania światła w sposób stały względem powierzchni: cień pada zawsze w tym samym stosunku do ściany, nawet gdy element się obraca.

Zanieczyszczenia leżą na niej

Ułamek wióra lub drobna niesprawność znajduje się nad powierzchnią i rzuca cień, którego kierunek zmienia się wraz ze źródłem światła, a nie z częścią. To właśnie tę różnicę wykorzystuje kontrola dwukrotnego naświetlenia lub pod dwóch kątami: cień, który się przesuwa, wskazuje na luźny element, natomiast cień nieruchomy oznacza, że element ten jest częścią ściany.

3. Wprowadzanie sondy do ślepego otworu

Dostęp jest ograniczeniem decydującym o optyce, ponieważ otwór ma jedno ujście i zamknięty koniec.

Średnica otworu określa sondę

Systemy do badania wnętrza otworów działają w otworach o średnicy od półtora milimetra wzwyż, zapewniając rozdzielczość na ścianie rzędu setnej części milimetra oraz głębokość pomiaru sięgającą kilkuset milimetrów w konfiguracjach niestandardowych. Przyrząd pomiarowy typu caliper bore mieści się wygodnie w tym zakresie, co oznacza, że problemem projektowym jest oświetlenie, a nie dostęp.

Oświetlanie cylindra z jednego końca

Światło dostarczane wzdłuż osi otworu oświetla dalszą ścianę i pozostawia bliższą ścianę w cieniu; źródło światła pierścieniowe umieszczone na końcu sondy tworzy jasną paskę, której położenie zależy od odległości roboczej. Oba zjawiska można skutecznie kontrolować, jeśli sonda jest umieszczona w określonej odległości od badanego elementu, a sam element jest obracany – dlatego inspekcja otworów zwykle odbywa się przy obrocie, a nie w oparciu o pojedyncze ujęcie.

4. Obsługa przed i po inspekcji

Miernik śrubowy jest mały i lekki w porównaniu do części na linii napędowej, co zmienia koncepcję obsługi w sposób korzystny dla procesu inspekcji.

Orientacja względem siły grawitacji

Przeprowadzanie inspekcji przy otworze skierowanym w dół pozwala luźnym zanieczyszczeniom spadać z powierzchni poddawanej obrazowaniu, eliminując w ten sposób jedną z przyczyn fałszywych alarmów. Przeprowadzanie inspekcji przy otworze skierowanym w górę powoduje, że zanieczyszczenia pozostają na miejscu i powstaje odwrotny problem. Stacja powinna zatem prezentować element w ściśle określonej orientacji, a nie akceptować dowolnej orientacji zapewnionej przez operatora.

Asysta powietrzem

Krótki impuls powietrza przed drugim naświetleniem jest najtańszym sposobem rozstrzygnięcia pytania, czy dane elementy są luźne czy przyczepione: odłam się przesuwa, wada nie. Usuwa on również pozostałości cieczy, które w przeciwnym razie wywołałyby odbicie błędnie interpretowane jako wada.

5. Cykl, weryfikacja i ograniczenia

Stacja suwmiarkowa zwykle sprawdza kilka otworów na część, a czas cyklu zależy od liczby otworów, a nie od rozmiaru części. Ponieważ każdy otwór wymaga jednego obrotu oraz co najmniej dwóch naświetleń, część z dwoma otworami zajmuje mniej więcej dwa razy więcej czasu niż część z jednym otworem, a tę zależność należy uwzględnić w budżecie takt jeszcze przed określeniem parametrów stacji.

Weryfikacja wykorzystuje części zawierające znane wady oraz celowo wprowadzone zanieczyszczenia: odłam metalu umieszczony w określonej pozycji, cienka wiórkę pozostawioną przy krawędzi otworu oraz zadrapanie o znanej długości i orientacji. Każdy z tych przypadków musi zostać poprawnie sklasyfikowany, a test musi obejmować także części zgodne, aby ustalić częstotliwość fałszywych alarmów.

Ograniczeniem tej metody jest zamknięty koniec. Otwór kończący się w narożniku tworzy powierzchnię, którą sondy mogą „zobaczyć” jedynie ukośnie, a cząstka utkwięta w tym narożniku jest najtrudniejsza do wykrycia na całym elemencie. To właśnie w tym narożniku gromadzą się wiórk i dlatego specyfikacja akceptacji powinna jawnie go wymieniać, zamiast pozostawiać to do oceny przez sondę.

6. Dlaczego brak kontaktu ma tutaj znaczenie

Metoda kontaktowa wewnątrz otworu suwmiarkowego niesie ryzyko uszkodzenia mierzonej powierzchni, a na powierzchni uszczelniającej takie ryzyko jest niedopuszczalne.

Suwmiarka do otworów lub sonda stykająca się ze ścianą może uszkodzić powierzchnię szlifowaną lub polerowaną, a każda taka rysa na ścieżce uszczelniającej stanowi wadę wprowadzoną przez proces kontroli. Pomiar optyczny całkowicie eliminuje to ryzyko – jest to praktyczny argument przemawiający za jego zastosowaniem w przypadku tego elementu, oprócz samej szybkości pomiaru.

7. Dlaczego kontrola ta powinna odbyć się przed montażem

Klamra hamulcowa, w której otwór został wyposażony w chip, nie może zostać ponownie sprawdzona bez demontażu; natomiast klamra poddana demontażowi i ponownej montażu budzi wątpliwości co do uszczelki – pytania, na które nikt nie chce odpowiadać w przypadku elementu wpływającego na bezpieczeństwo.

Porównanie kosztów

Przed montażem odrzucona klamra jest ponownie czyszczona i ponownie sprawdzana w ciągu kilku minut. Po montażu ten sam defekt wykrywany jest podczas testu hamulcowego, co oznacza konieczność demontażu, wymiany zestawu uszczelek oraz ponownego testu. W warunkach eksploatacji staje się to roszczeniem gwarancyjnym z przypisanym pojazdem. Koszt stanowiska kontrolnego jest taki sam we wszystkich trzech przypadkach – skutki zaś różnią się diametralnie.

To właśnie powód, dla którego kontrolę należy umieścić bezpośrednio po czyszczeniu, a nie na końcu linii produkcyjnej; jest to również powód, dla którego odrzucane części powinny być łatwe do kierowania dalej. Stanowisko kontrolne, którego odrzucone części nie mają gdzie trafić, zostanie zmuszone do ich przepuszczenia.

Najczęściej zadawane pytania

Czy obie kontrole można przeprowadzić w jednym ujęciu?

Wady mogą zostać wykryte w jednym ujęciu. Niezawodne oddzielenie zanieczyszczeń od wady wymaga albo drugiego ujęcia przy innym oświetleniu, albo impulsu powietrza, ponieważ różnica polega na zachowaniu, a nie na wyglądzie.

Jak małą cząstkę można wykryć?

Granica wykrywalności zależy od kontrastu, jaki cząstka tworzy względem ściany, co z kolei zależy od jej materiału i orientacji. Jasny odłamek na ciemnej ścianie jest łatwiejszy do wykrycia niż ciemny odłamek na jasnej ścianie, dlatego oświetlenie dobiera się indywidualnie dla każdej części, a nie stosuje się ustawienia uniwersalne.

Czy część musi być najpierw oczyszczona?

Musi być sucha i wolna od warstwy cieczy. Wilgotna powierzchnia wewnętrzna generuje odbicia interpretowane jako cechy, a wypełniona cieczą powierzchnia wewnętrzna ukrywa to, co znajduje się pod nią.

Co dzieje się z odrzuconą kleszczą?

Kleszcz trafia na stanowisko przeglądu, gdzie stwierdzenie jest potwierdzane, po czym część poddawana jest ponownemu oczyszczeniu lub likwidacji. Odrzucenie, którego nie da się potwierdzić, stanowi błędną detekcję; śledzenie wskaźnika takich przypadków zapewnia zaufanie do danego stanowiska.

Wniosek

Otworka klocka hamulcowego niesie ze sobą dwa różne ryzyka w tym samym cylindrze: wadę ściany, która staje się przeciekiem, oraz luźną cząstkę, która powoduje powolne uszkodzenie. Oba te defekty można wykryć bez kontaktu, a sposób ich rozróżnienia opiera się na zachowaniu, a nie na obserwacji wizualnej.

W specyfikacji należy określić otwór, powierzchnię uszczelniającą, minimalny rozmiar wykrywanej cząstki oraz orientację podczas inspekcji. Stanowisko kontrolne, które przeprowadza inspekcję otworu bez kontrolowania jego orientacji, pozostawia najłatwiejsze fałszywe pozytywy i najtrudniejsze przeoczenia.