Inspekcja otworów w głowicy cylindra: gniazda zaworów, kanały olejowe i problem rozdzielczości 0,01 mm

Przegląd

Głowę cylindra sprawdza się codziennie od zewnątrz, a mimo to usterka pojawia się od wewnątrz. Powierzchnie decydujące o czystej pracy silnika to te, których nikt nie widzi: otwory gniazd zaworów, otwory prowadnic zaworów, wiercone kanały olejowe oraz miejsca przejścia, gdzie wiercenie poprzeczne wpływa do głównego kanału olejowego.

Big Bird Industrial (dawniej Shimada Big Bird Industrial) buduje systemy czyszczenia i inspekcji główek cylindrowych od początku lat 2000., a powtarzającą się lekcją każdego projektu jest ta sama zasada: jeśli nie przeprowadza się inspekcji otworów wewnątrz, proces czyszczenia nie otrzymuje żadnej informacji zwrotnej. W tym artykule omówiono, jakie elementy wnętrza główki cylindrowej wymagają inspekcji, dlaczego endoskop nie nadaje się do obsługi objętości produkcyjnych, jaki układ optyczny pasuje do którego otworu oraz jak sformułować kryterium akceptacji, które ma rzeczywiste znaczenie.

1. Co wymaga inspekcji wewnątrz główki cylindrowej

Zakres inspekcji wewnętrznej jest węższy niż sam detal i znacznie trudniejszy niż inspekcja zewnętrzna. Cztery cechy niosą najwięcej ryzyka.

Gniazda zaworów i gardło poniżej nich gromadzą wiórkę oraz pastę szlifową podczas obróbki gniazd. Wiórkę wciskającą się w powierzchnię gniazda zaworu staje się wyciekiem pod ciśnieniem, który ujawnia się dopiero podczas gorącego testu. Gniazda prowadnic są głębokie, małe i zwykle sprawdzane dotykiem, a nie pomiarem. Wiercenia kanałów olejowych przenoszą zanieczyszczenia pochodzące z procesu obróbki i z operacji usuwania wykańczania – pojedyncze zablokowane wiertło pozbawia łożysko wałka rozrządu oleju. Przecięcia wiertła poprzecznego stanowią najgorszy przypadek: wykańczanie tworzy się na dalekiej ścianie, do której żaden narzędzie nie dociera, a geometria ukrywa je przed widokiem w linii prostej.

Te cztery cechy mają różne średnice, różne głębokości oraz różne priorytety w zakresie wykrywania wad, dlatego pojedyncza kamera zamontowana na jednym ramieniu rzadko obejmuje cały głowicę.

2. Dlaczego endoskop nie nadaje się do obsługi objętości produkcyjnej

Endoskop to doskonałe narzędzie inżynierskie, ale słabe urządzenie produkcyjne. Trzy powody.

Pierwszym problemem jest zasięg. Operator decyduje, gdzie szukać. Dwóch operatorów pracujących na tym samym głowicy nie sprawdzi tego samego zestawu powierzchni, a żaden z nich nie może później udowodnić, które powierzchnie zostały sprawdzone.

Drugim problemem jest ocena. Rysa, otwór od piasku oraz plama pozostałości wyglądają podobnie na małym ekranie. Bez wzorca odniesienia i wyrobionego oka decyzja pozostaje subiektywna, a zarejestrowany wynik to słowo, a nie obraz.

Trzecim problemem jest przepustowość. Ręczne wprowadzanie, ustawianie ostrości i obracanie trwają dziesiątki sekund na jedno otwór, a głowica zawiera wiele otworów. Próbkowanie staje się jedyną ekonomicznie uzasadnioną strategią, lecz próbkowanie nie pozwala wykryć dryfu procesu wpływającego na jedną głowicę spośród pięćdziesięciu.

3. Trzy konfiguracje optyczne oraz zakres ich zastosowania

Wbudowana inspekcja otworów to rodzina rozwiązań optycznych, a nie jeden produkt. Wybór zależy od średnicy otworu, jego głębokości oraz wielkości wad, które należy wykryć.

Stosunek głębokości do średnicy to liczba decydująca o wykonalności. Sondnik, który musi osiągnąć głębokość równą jego średnicy, różni się od sondnika, który musi osiągnąć głębokość trzykrotnie większą od jego średnicy. W praktyce to właśnie stosunek – a nie średnica – ogranicza maksymalną głębokość, jaką można sprawdzić w kanale olejowym.

Oświetlenie ma takie samo znaczenie jak soczewka. Ściana wyfrezowanego otworu ma charakter lustrzany; ściana odlewniczego kanału olejowego ma charakter rozpraszający. Pierwsza wymaga kontrolowanego oświetlenia, które nie powoduje przepalenia obrazu; druga wymaga wystarczającej ilości światła, aby ujawnić strukturę powierzchni. Sondnik laserowy jest atrakcyjnym rozwiązaniem w pierwszym przypadku, ponieważ jest w dużej mierze odporny na światło otoczenia oraz zakłócenia pochodzące od diod LED – dlatego właśnie stosuje się go przy inspekcji kanałów olejowych, gdzie silne odbicie mogłoby w przeciwnym razie ukryć wadę.

4. Klasy wad i ich wpływ na koszty w dalszej części procesu

Wady występujące wewnątrz głowy silnika są nieliczne i ściśle określone, a nie mają jednej wspólnej liczby akceptacji, ponieważ ich skutki różnią się od siebie. Traktowanie ich jako jednej klasy jest najczęstszą przyczyną, przez którą specyfikacja kontroli kończy się albo zbyt restrykcyjna do praktycznego zastosowania, albo zbyt luźna, by wykryć cokolwiek.

Ubytek materiału i obce przedmioty

Najczęstsze stwierdzenie i najłatwiejsze do zrozumienia. Ubytek materiału na powierzchni gniazda zaworu powoduje przeciek sprężania, który pojawia się dopiero podczas gorącej próby; ubytek materiału w kanałku przepływowym blokuje przepływ i powoduje niedosyt oleju w łożysku. Próg wykrywalności zwykle odpowiada rozmiarowi konturu w zakresie od 0,25 do 0,5 milimetra, a materiał często ma ten sam kolor co ściana, dlatego projekt oświetlenia ma większe znaczenie niż powiększenie.

Farby na miejscach przecięcia otworów wierceń poprzecznych

Wypraski powstają na przeciwległej ścianie skrzyżowania, w miejscu, do którego nie dociera żaden narzędzie i z którego nie ma widoczności w linii prostej. Są one wadą produkcyjną, a nie wadą czyszczenia, dlatego ulepszenie myjki nie usunie ich. Jeśli proces usuwania wyprasek nie jest kontrolowany, system inspekcyjny będzie raportował tę samą usterkę przy każdej głowicy, dopóki nie zmieni się proces wstępny.

Rysy i ślady zadrapań na ścianach otworów

Wskazują one na uszkodzenia spowodowane obsługą lub problem z narzędziem, a ich znaczenie zależy od położenia. Rysa przechodząca przez powierzchnię łożyskową stanowi wadę funkcjonalną; ta sama rysa na niemieszczącej się powierzchni galerii może być jedynie wadą estetyczną. Klasyfikacja uwzględniająca położenie jest zatem tak samo ważna jak samo wykrywanie.

Otworki piaskowe i porowatość

Wada odlewania ujawniona podczas frezowania. Żadna zmiana czyszczenia ani usuwania wykańczania nie rozwiąże tego problemu, a decyzja o odrzuceniu zależy od grubości ścianki oraz od tego, czy wada przecina ścieżkę ciśnienia lub oleju. Oddzielne zgłaszanie tych przypadków od luźnego zanieczyszczenia pozwala na rozpoczęcie rozmowy z odlewnią na podstawie danych, a nie próbek.

To jest argument za klasyfikowaniem wad zamiast jedynie ich wykrywaniem. System, który osobno raportuje obce przedmioty, wykańczanie, zadrapania, wgniecia i porowatość, daje inżynierowi procesowemu konkretne dane do działania. System, który raportuje tylko „zaliczone” lub „niezaliczone”, dostarcza jedynie wskaźnika odrzuceń oraz podstawy do sporu.

5. Kontrola jakości działa wyłącznie wtedy, gdy czyszczenie jest kontrolowane

Inspekcja otworów wyróżnia to, co pozostaje po czyszczeniu, dlatego oba procesy należy projektować łącznie. Głowica oczyszczona do limitu pozostałości wynoszącego kilka miligramów, a następnie poddana inspekcji, wykazuje stabilny wzór wad. Głowica oczyszczona bez uwzględnienia kanałów olejowych wygeneruje masę ustaleń przy pierwszej inspekcji, a następnie będzie wyglądać na dopuszczalną, ponieważ kanały już wcześniej uwolniły swoje zanieczyszczenia do kąpieli.

Strona czyszczenia tego samego problemu jest dobrze zrozumiana: czyszczenie z uszczelnieniem otworów wymusza przepływ przez kanały zamiast wokół nich, a skierowane czyszczenie pod wysokim ciśnieniem dociera do dalszej ściany wierceń poprzecznych. Gdy czyszczenie i inspekcja znajdują się na tej samej linii produkcyjnej, wynik inspekcji staje się dokumentem procesu czyszczenia, a zmiana ilości pozostałości ujawnia się jako zmiana liczby ustaleń, a nie jako skarga klienta.

6. Określenie kryteriów akceptacji

Specyfikacja inspekcji głowy cylindra musi odpowiadać na cztery pytania: co jest inspektowane, z jaką rozdzielczością, z jakim poziomem pominięć i w jakim czasie. Bez odpowiedzi na wszystkie cztery pytania system nie może zostać obiektywnie zaakceptowany ani odrzucony.

Realistycznym celem rozdzielczości dla ścian galerii jest kontur wad w zakresie od 0,25 do 0,5 mm, przy czym rozdzielczość optyczna powinna być o rząd wielkości wyższa, aby klasyfikacja miała wystarczające dane do pracy. Stosunek pominięć poniżej jednej dziesiątej procenta jest osiągalny dla zdefiniowanego zbioru wad, ale zbiór ten musi zostać uzgodniony przed testem akceptacyjnym, a nie po nim.

Najczęściej zadawane pytania

Czy jedno sondowanie może obejmować zarówno gniazda zaworów, jak i kanały olejowe?

Rzadko. Gniazda zaworów są krótkie i szerokie, natomiast kanały olejowe długie i wąskie; wymagany stosunek głębokości do średnicy różni się w obu przypadkach. Większość głowic obsługiwana jest przez dwie konfiguracje na jednej platformie, przy czym między nimi następuje wymiana narzędzia.

Czy rentgen lub tomografia komputerowa (CT) stanowi zamiennik?

Odpowiadają one na inne pytania. CT wykrywa porowatość wewnętrzną i puste przestrzenie w materiale; optyczna inspekcja wnętrza otworów wykrywa warunki powierzchniowe oraz luźne zanieczyszczenia w przewodach. W kontekście ryzyka montażowego widok powierzchniowy jest zwykle bezpośrednim źródłem informacji.

W jaki sposób system radzi sobie z zablokowaną galerią?

Zablokowany przewód nie ma widocznej ściany do inspekcji, dlatego zwykle wykrywa się go za pomocą testu przepływu lub ciśnienia, a nie metod optycznych. Połączenie kontroli przepływu z inspekcją optyczną obejmuje zarówno przypadki zablokowania, jak i obecności pozostałości.

Co dzieje się z obrazami?

Są one przechowywane w powiązaniu z numerem seryjnym części, dzięki czemu można je ponownie przejrzeć w późniejszym czasie. To właśnie praktyczna różnica między wizją inline a endoskopem: dowody pozostają dostępne po zakończeniu zmiany.

Wniosek

Jakość głowy cylindra jest oceniana w miejscach najtrudniejszych do obejrzenia. Otworki na siedziska zaworów, otworki na tuleje prowadzące oraz galerie olejowe gromadzą zanieczyszczenia powodujące ucieczki sprężania, niedobór oleju oraz zużycie łożysk wałka rozrządu – są to dokładnie te powierzchnie, które ręczna kontrola sprawdza najmniej wiarygodnie.

Praktyczna kolejność działań polega na zdefiniowaniu otworów, wybraniu optyki, która do nich dociera, uzgodnieniu zestawu wad i wskaźnika błędów przed instalacją oraz umieszczeniu systemu za procesem czyszczenia, który sam jest pod kontrolą. Jeśli te kroki zostaną wykonane w tej kolejności, inspekcja otworów przestaje być bramą jakościową i staje się sprzężeniem zwrotnym procesu.