การตรวจสอบสภาพ

วัตถุประสงค์ของการบำรุงรักษาตามสภาพหรือการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ (PdM) คือการดำเนินการบำรุงรักษาอย่างทันเวลา คำว่า “ทันเวลา” หมายถึงต้องดำเนินการได้เร็วพอที่จะลดค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมให้น้อยที่สุดก่อนที่จะเกิดความเสียหายที่รุนแรงขึ้น ซึ่งจำเป็นต้องใช้ความพยายามมากขึ้น แต่ในขณะเดียวกันก็ต้องดำเนินการช้าที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อลดเวลาหยุดทำงานของเครื่องจักรให้น้อยที่สุด และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานของชิ้นส่วนให้สูงสุดจนถึงสิ้นอายุการใช้งานของชิ้นส่วนนั้น การรับประกันช่วงเวลาสุดท้ายที่สามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัยถือเป็นความท้าทายสำคัญ ด้วยเหตุนี้ กลยุทธ์แรกจึงมักถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติ ดังนั้น วัตถุประสงค์ของกลยุทธ์การบำรุงรักษาตามสภาพคือเพื่อลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาให้ต่ำที่สุดผ่านการตรวจพบและซ่อมแซมข้อบกพร่องตั้งแต่เนิ่นๆ การระบุสัญญาณข้อบกพร่องตั้งแต่เนิ่นๆ เป็นภารกิจหลักของวิธีการวินิจฉัยที่ใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ การตรวจสอบสภาพ (Condition Monitoring) โดยทั่วไปถูกนิยามว่าเป็นการใช้เทคโนโลยีที่เหมาะสมเพื่อตรวจสอบสภาพการทำงานจริงของเครื่องจักร สภาพการทำงานเป็นผลรวมของสภาพกระบวนการและสภาพเครื่อง ในอดีต ผู้ปฏิบัติงานหรือช่างบริการต้องดำเนินการตรวจสอบสภาพเครื่องโดยใช้เพียงประสาทสัมผัส เช่น การได้ยิน การมองเห็น หรือการสัมผัส แต่ในปัจจุบัน เนื่องจากเครื่องและกระบวนการหลายชนิดทำงานแบบไร้คนควบคุม และสิ่งอำนวยความสะดวกมีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ จึงจำเป็นต้องมีเทคนิคการตรวจสอบสภาพ

นอกจากนี้ เทคนิคดังกล่าวยังสามารถเปิดโอกาสใหม่ ๆ มากมายในการติดตามพารามิเตอร์ตลอด 24 ชั่วโมง โดยไม่มีการหยุดชะงัก ซึ่งหมายความว่าเครื่องและระบบที่ไม่มีผู้ควบคุมสามารถถูกควบคุมจากระยะไกลได้อย่างสะดวกสบาย สามารถติดตามพารามิเตอร์ต่าง ๆ เช่น อุณหภูมิ ความดัน อัตราการไหล คุณภาพน้ำมัน หรือการสั่นสะเทือน เพื่อตรวจจับสภาพการทำงานของเครื่องจักร พารามิเตอร์ดังกล่าวสามารถเสริมด้วยพารามิเตอร์อื่น ๆ เช่น กระแสไฟฟ้าหรือแรงของสปินเดิลขับเคลื่อน พารามิเตอร์สองอย่างสุดท้ายที่กล่าวถึงนี้มักถูกจัดเตรียมไว้ให้ผู้ควบคุมเครื่องจักรกลใช้ตั้งแต่ตอนที่เครื่องจักรออกจากโรงงาน เนื่องจากข้อผิดพลาดส่วนใหญ่บนเครื่องจักรที่มีส่วนประกอบหมุนจะก่อให้เกิดการสั่นสะเทือน ดังนั้นข้อมูลส่วนใหญ่เกี่ยวกับสภาพของเครื่องจักร (สุขภาพของเครื่องจักร) รวมถึงพารามิเตอร์กระบวนการ (ลักษณะการทำงาน) จึงสามารถเก็บรวบรวมได้ผ่านการตรวจสอบสภาพโดยใช้การวัดการสั่นสะเทือน ซึ่งหมายความว่าสามารถติดตามทั้งสภาพของเครื่องจักรและสภาพของกระบวนการผลิตได้ด้วยเทคโนโลยีเพียงอย่างเดียว ความสามารถในการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและการบำรุงรักษาไปพร้อมกันนี้ สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของโรงงานได้อย่างมีนัยสำคัญ

การใช้คลื่นเสียงความถี่สูงในด้านการบำรุงรักษา

เนื่องจากข้อดีที่กล่าวไว้ข้างต้น การวัดการสั่นสะเทือนจึงเป็นวิธีการที่นิยมใช้มากที่สุดในการตรวจสอบเครื่องที่มีส่วนประกอบหมุน ในทางปฏิบัติ โดยทั่วไปจะใช้เซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือนที่มีตอบสนองความถี่แบบเส้นตรงได้ถึง 20 kHz เพื่อวัดการสั่นสะเทือน เนื่องจากกระบวนการทางเสียงที่สามารถใช้ในการบำรุงรักษาครอบคลุมช่วงความถี่เพิ่มเติมได้ถึง 1 MHz จึงจำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์พิเศษ เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกเหล่านี้ถูกใช้เมื่อความถี่ที่ต้องการทดสอบสูงเกินไป หรือเมื่อการเบี่ยงเบนมีขนาดเล็กเกินไปสำหรับเซ็นเซอร์การสั่นสะเทือน นอกจากนี้ การวิเคราะห์ในช่วงคลื่นอัลตราโซนิกยังมีข้อได้เปรียบคือ เสียงรบกวนจากเครื่องจักรจำนวนมากในช่วงความถี่ที่หูมนุษย์ได้ยินจะไม่รบกวนการวัด ผู้เขียนจัดประเภทการใช้เทคนิคอัลตราโซนิกเป็นวิธีการเสริมสำหรับการวิเคราะห์การสั่นสะเทือน สาเหตุของการเกิดการปล่อยเสียงในช่วงอัลตราซาวนด์แตกต่างจากสาเหตุของการเกิดการสั่นสะเทือน ปัจจัยสำคัญที่สุดที่ต้องบันทึกในการบำรุงรักษาในที่สุดก็ขึ้นอยู่กับแรงเสียดทาน ตัวอย่างเช่น การตรวจสอบการหล่อลื่น การตรวจจับการทำงานแบบแห้ง การรั่วไหลของของไหล และกระบวนการเสียดทานทางเทคนิคบนแบริ่งแบบเรียบหรือระบบเบรก อย่างไรก็ตาม สาเหตุอื่น ๆ ของการปล่อยเสียง เช่น ความปั่นป่วน การเกิดโพรงอากาศ หรือกระบวนการปล่อยออก ยังขยายขอบเขตไปยังกระบวนการที่ไม่ได้มีต้นกำเนิดจากเครื่องจักรที่มีส่วนประกอบหมุน สำหรับสาเหตุทั้งหมดเหล่านี้ ข้อได้เปรียบของวิธีการอัลตราซาวนด์ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจพบความเสียหายหรือการเปลี่ยนแปลงของกระบวนการได้เร็วที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ ดังที่แสดงในรูป 2 ประเภทการตรวจจับสัญญาณ และด้วยเหตุนี้ การใช้อัลตราซาวนด์ในการบำรุงรักษา สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ เสียงที่แพร่ผ่านอากาศ (airborne sound) และเสียงที่แพร่ผ่านโครงสร้าง (structure-borne sound)

สำหรับเสียงที่แพร่ผ่านอากาศ การใช้งานต่าง ๆ เช่น การตรวจหาจุดรั่วในระบบอากาศอัด การทดสอบจุดรั่วแบบแอคทีฟในห้องโดยสารและตู้คอนเทนเนอร์ หรือการตรวจหาการคายประจุแบบส่วน ได้ถูกนำมาใช้แล้ว ส่วนการใช้งานสำหรับเสียงที่แพร่ผ่านโครงสร้าง เช่น การทดสอบท่อระบายไอน้ำ การวินิจฉัยสภาพตลับลูกปืน และการทดสอบวาล์ว ก็ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลายแล้ว เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกที่พัฒนาขึ้นจากวัสดุคอมโพสิตแบบเพียโซอิเล็กทริกได้ถูกพัฒนาและนำไปใช้ในแอปพลิเคชันเสียงที่ส่งผ่านโครงสร้างสำหรับการตรวจสอบกระบวนการ ด้วยคุณสมบัติการตอบสนองความถี่ที่ราบเรียบและความไวสูง เซ็นเซอร์ใหม่เหล่านี้จึงเหมาะสำหรับการใช้งานในย่านความถี่กว้าง

ในปี 2016 บริษัท SONOTEC Ultraschallsensorik Halle GmbH ได้เปิดตัวอุปกรณ์ทดสอบรุ่นใหม่ อุปกรณ์นี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้ในงานตรวจสอบด้วยคลื่นอัลตราโซนิกในด้านการบำรุงรักษา ความแตกต่างหลักระหว่างอุปกรณ์นี้กับอุปกรณ์ที่มีอยู่ก่อนหน้านี้คือช่วงความถี่ที่กว้างของเซ็นเซอร์และแนวคิดแบบโมดูลาร์ของอุปกรณ์วัดดิจิทัล นอกจากนี้ ฟังก์ชันทั้งหมดของอุปกรณ์พกพาที่ได้รับความนิยม เช่น สมาร์ทโฟนและแท็บเล็ต ได้ถูกรวมไว้ในเครื่องตรวจจับอัลตราโซนิกแบบถือมือรุ่นใหม่นี้ ด้วย SONAPHONE รุ่นใหม่ สามารถตรวจจับและวิเคราะห์ช่วงความถี่ 20-100 kHz ได้

อุปกรณ์นี้จะมาพร้อมกับแอปพลิเคชันที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับงานต่าง ๆ ซึ่งจะช่วยวิศวกรบำรุงรักษาในการทดสอบ รวมถึงในการวิเคราะห์ข้อมูลและการจัดทำเอกสารผลการทดสอบ SONAPHONE ได้รับการพัฒนาให้เป็นอุปกรณ์ทดสอบแบบมือถือสำหรับทุกการใช้งานด้านการบำรุงรักษาที่กล่าวถึงข้างต้น ในขณะนี้ แพลตฟอร์มนี้ได้รับการออกแบบเพื่อบันทึกและประมวลผลสัญญาณสองชนิดแบบซิงโครนัส ได้แก่ สัญญาณอัลตราซาวนด์และสัญญาณอุณหภูมิ (ซึ่งถูกติดตั้งในเซ็นเซอร์เสียงที่ส่งผ่านโครงสร้าง) สามารถบันทึกได้พร้อมกันตามเวลา

สำหรับการใช้งานกับเสียงที่แพร่ผ่านอากาศ เช่น การตรวจหาการรั่วไหล การทดสอบความแน่น และการตรวจหาการคายประจุแบบส่วนย่อย ได้มีการพัฒนาอุปกรณ์เสริมต่าง ๆ (รูป 3, มุมขวาบน) สำหรับเซ็นเซอร์เสียงที่แพร่ผ่านอากาศ เพื่อให้สอดคล้องกับความต้องการ ดังนั้น คุณสมบัติการรับสัญญาณของเซ็นเซอร์จึงสามารถปรับเปลี่ยนได้ทั้งในด้านระยะการตรวจจับและมุมเปิดรับสัญญาณ สำหรับการใช้งานในระบบเสียงผ่านโครงสร้าง เช่น การทดสอบท่อระบายไอน้ำ หรือการตรวจสอบตลับลูกปืน ก็ได้พัฒนาอุปกรณ์เสริมขึ้นเช่นกัน (รูป 3, ด้านขวาล่าง)

เซ็นเซอร์เสียงที่ส่งผ่านโครงสร้างสามารถติดตั้งกับตัวจับยึดแบบแม่เหล็กหรือท่อนำคลื่นที่มีความยาวต่างกันได้ นอกจากนี้ยังสามารถขันติดโดยตรงกับจุดทดสอบได้ ในด้านการประยุกต์ใช้การตรวจสอบสภาพ อุปกรณ์แบบถือมือนี้ถูกออกแบบมาเพื่อใช้ในการทดสอบแบบเคลื่อนที่และซ้ำๆ ในรูปแบบการวัดเปรียบเทียบหรือการวิเคราะห์แนวโน้มจากข้อมูลการวัดหลายครั้ง ซึ่งหมายความว่าการตรวจสอบสภาพจะดำเนินการในเวลาที่กำหนดไว้ล่วงหน้า และสามารถอธิบายได้ว่าเป็นกระบวนการประเมินสภาพผ่านภาพถ่ายขณะนั้น

แรงจูงใจและพื้นหลังในการพัฒนาเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ใหม่นี้ได้อธิบายไว้อย่างละเอียดในบทความหลายชิ้น เช่น การพัฒนาทรานสดิวเซอร์อัลตราซาวนด์ใหม่สำหรับแอปพลิเคชันการตรวจสอบสภาพ ซึ่งพัฒนาขึ้นบนพื้นฐานของวัสดุพีโซคอมโพสิต ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญในการใช้ความถี่ต่ำและความถี่สูงร่วมกันอย่างเสริมกัน ตามปรัชญาการประยุกต์ใช้แบบบูรณาการ

การใช้เทคโนโลยีนี้สามารถให้ประโยชน์หลายประการได้ โดยเส้นโค้งตอบสนองความถี่ของเซ็นเซอร์มีความเรียบเนียนสัมพัทธ์ และสามารถลดการสั่นสะเทือนที่ไม่ต้องการได้ ซึ่งหมายความว่าสามารถทำให้ลักษณะความถี่เป็นเชิงเส้นได้ในระดับหนึ่ง ทำให้สามารถใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติสเปกตรัมของสัญญาณและประยุกต์ใช้การวิเคราะห์เวลา-ความถี่ขั้นสูงแบบเรียลไทม์ได้ อีกด้านสำคัญหนึ่งเกิดจากจำนวนองศาอิสระที่เพิ่มขึ้นในการออกแบบทรานสดิวเซอร์; ตัวอย่างเช่น ทรานสดิวเซอร์ที่ยืดหยุ่นได้หรือทรานสดิวเซอร์ที่มีรูปทรงโค้งพิเศษจึงเป็นไปได้

ในรูป 4 แสดงเส้นโค้งความต้านทานไฟฟ้าสองเส้น เส้นโค้งสีน้ำเงินแสดงถึงทรานสดิวเซอร์แบบพีโซเซรามิกแบบดั้งเดิม ส่วนเส้นโค้งสีแดงแสดงถึงทรานสดิวเซอร์แบบพีโซคอมโพสิตใหม่ ความแตกต่างระหว่างเส้นโค้งทั้งสองแสดงให้เห็นถึงการลดการสั่นสะเทือนที่ไม่ต้องการในทรานสดิวเซอร์แบบพีโซคอมโพสิต ในทางตรงกันข้าม ตัวแปลงสัญญาณแบบพีโซเซรามิกแสดงการสั่นพ้องหลายครั้ง ซึ่งเกิดจากโหมดการสั่นต่าง ๆ ของแผ่นเซรามิก เช่น ส่วนหลักของตัวแปลงสัญญาณ

วัสดุคอมโพสิตเพียโซที่ใช้ในงานนี้ผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยี ‘dice-and-fill’ (รูป 5) เทคนิคการผลิตที่ซับซ้อนนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นที่ SONOTEC ในปี 2008 แผ่นเซรามิกเพียโซ (เช่น lead zirconate titanate (PZT)) ถูกตัดบางส่วนด้วยเครื่องตัดเวเฟอร์ในสองทิศทางที่มุม 90° ช่องว่างระหว่างแผ่นถูกเติมด้วยโพลียูรีเทนหรือเรซินอีพ็อกซี หลังจากแข็งตัว แผ่นจะถูกขัดให้ถึงความหนาสุดท้าย สุดท้าย วัสดุคอมโพสิตจะถูกเคลือบโลหะและทำให้มีขั้ว

กระบวนการผลิตนี้มีความซับซ้อนและประกอบด้วยหลายขั้นตอนที่มีระดับความยากต่างกัน ซึ่งนำไปสู่ความเป็นไปได้ที่หลากหลาย ทำให้สามารถสร้างคุณสมบัติใหม่ให้กับทรานสดิวเซอร์ได้ สามารถปรับเปลี่ยนได้โดยการเปลี่ยนประเภทของเซรามิกเพียโซ, ประเภทของเมทริกซ์พลาสติก, ระยะห่างและการจัดวางของเสาเซรามิกเพียโซ, ความกว้างของช่องว่าง, ความหนาของแผ่น, รูปทรงของแผ่น และระยะห่างระดับมหภาคขององค์ประกอบตัวแปลงสัญญาณ

ข้อดีของเซ็นเซอร์แบบใหม่ที่ใช้วัสดุคอมโพสิตเพียโซสามารถแสดงให้เห็นได้ผ่านทดลองง่ายๆ รูปที่ 6 แสดงสเปกโตรแกรมและสเปกตรัมความถี่ที่สร้างขึ้นระหว่างการทดลองการเสียดสี

การทดลองนี้ใช้เซ็นเซอร์สองชนิดที่แตกต่างกัน ซึ่งถูกติดตั้งบนท่อเหล็ก โดยเปรียบเทียบเซ็นเซอร์การสั่นสะเทือนความถี่สูงแบบดั้งเดิมกับเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกความกว้างแถบความถี่ใหม่ชนิดหนึ่ง การกระตุ้นด้วยกระดาษทรายถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดเสียงที่ส่งผ่านโครงสร้าง ในสเปกโตรแกรม การสั่นสะเทือนแบบไป-กลับนี้สามารถสังเกตได้ในช่วงเวลาสองถึงเจ็ดวินาที สเปกตรัมความถี่แต่ละตัวถูกคำนวณจากหน้าต่างเวลาภายในช่วงเวลานี้ ทั้งสเปกโตรแกรมและสเปกตรัมความถี่ต่างแสดงให้เห็นความแตกต่างระหว่างเซ็นเซอร์ทั้งสองประเภทอย่างชัดเจน

วัตถุประสงค์ของตัวอย่างนี้คือเพื่อนำเสนอโอกาสในการใช้เซ็นเซอร์อัลตราซาวนด์แบบใหม่สำหรับการตรวจสอบสภาพการประมวลผลชิ้นส่วนเซรามิกโดยใช้เครื่องตัดเวเฟอร์ความแม่นยำสูง แรงจูงใจหลักคือการปรับปรุงกระบวนการตัดให้ดีขึ้นโดยทั่วไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุที่เรียกว่า ‘ตัดยาก’ หรือการตรวจสอบสภาพการประมวลผลชิ้นส่วนที่มีราคาสูงมาก แกนขับของเครื่องตัดถูกติดตั้งเซ็นเซอร์อัลตราซาวนด์ที่ใช้เทคโนโลยี piezocomposites ความถี่เรโซแนนซ์ตามความหนาของเซ็นเซอร์เหล่านี้อยู่ที่ประมาณ 1 MHz สัญญาณถูกรวบรวมด้วยบัตรเก็บข้อมูล DT 9847-2-2 (Data Translation) และวิเคราะห์โดยใช้ MATLAB จาก Mathworks

ใช้อัตราการสุ่มตัวอย่าง 216 kHz รูปที่ 7 แสดงเซ็นเซอร์แบบใหม่สองตัว รวมถึงแกนขับของเครื่องตัดเวเฟอร์ที่ติดตั้งเซ็นเซอร์ดังกล่าว ตัวอย่างเครื่องตัดเวเฟอร์นี้ถือเป็นการประยุกต์ใช้งานที่น่าสนใจ เนื่องจากเครื่องเหล่านี้ใช้แกนขับแบบพิเศษ สปินเดิลความเร็วสูงที่มีความเร็วการหมุนสูงถึง 60,000 รอบต่อนาที เป็นสปินเดิลแบบแอร์เบียร์ริ่งที่ใช้มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน ดังนั้น จึงไม่มีการเชื่อมต่อทางกลโดยตรงระหว่างส่วนที่หมุนและส่วนที่คงที่ภายในกระบวนการ นอกจากนี้ แอร์เบียร์ริ่งยังก่อให้เกิดการปล่อยเสียงอย่างต่อเนื่องจากการพ่นอากาศ

ได้วิเคราะห์กระบวนการตัดแบบมาตรฐานที่ใช้แผ่นเซรามิกสามแผ่นที่จัดเรียงเป็นแถวเดียว (รูป 8) กระบวนการนี้ใช้เวลาประมาณหกวินาทีสำหรับแต่ละเส้นตัด ก่อนอื่น แกนหมุนขับเคลื่อนจะเคลื่อนลง (ตามทิศทางแกน z) กระบวนการตัดจริงจะตามมาเป็นขั้นตอนที่สอง เมื่อดูผ่านๆ สัญญาณเวลาไม่ให้ข้อมูลที่มีประโยชน์ใดๆ สำหรับการควบคุมกระบวนการ

ดังนั้น จึงจำเป็นต้องใช้การประมวลผลสัญญาณแบบเวลา-ความถี่ ในสเปกโตรแกรม (รูป 8, ด้านขวา) แสดงกระบวนการตัดชิ้นทั้งหมด มีความถี่ต่ำบางค่าที่ถูกวัดอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเกิดจากแกนหมุนที่มีความเร็วการหมุนคงที่ 30,000 รอบต่อนาที และความปั่นป่วนที่ทางออกของแบริ่งอากาศ ซึ่งทับซ้อนกับผลกระทบจากน้ำเย็นที่พ่นออกมา

ในช่วงต้นและช่วงท้ายของการตัด (ขั้นตอน 1 และขั้นตอน 3) การเร่งความเร็วที่สูงมากของแกน z ทำให้เกิดแอมพลิจูดสูงในช่วงความถี่กว้างสูงสุด 5 kHz ระหว่างการตัด (ขั้นตอน 2) การประมวลผลของแผ่นดิสก์ทั้งสามส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสเปกตรัมที่สามารถทำซ้ำได้ที่ความถี่ต่าง ๆ แอมพลิจูดสูงสุดเกิดขึ้นรอบ 20 kHz ซึ่งเป็นการบ่งชี้ที่ดีว่าการตรวจสอบสภาพในช่วงความถี่อัลตราโซนิกสามารถทำงานได้ดี ด้วยผลลัพธ์นี้ จึงสามารถตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์การประมวลผลได้ – ตัวอย่างเช่น ยิ่งความเร็วการป้อนสูงขึ้น แอมพลิจูดในช่วงความถี่อัลตราโซนิกก็ยิ่งสูงขึ้น

ในตัวอย่างต่อไปนี้ แสดงผลลัพธ์จากชุดการทดสอบเพื่อปรับความเร็วการป้อนให้เหมาะสม โดยทำการแปรรูปแผ่นเซรามิกขณะที่เพิ่มความเร็วการป้อนจากเส้นตัดหนึ่งไปยังเส้นตัดถัดไป ปัจจุบัน ค่ากระแสไฟฟ้าขับสปินเดิล เป็นข้อมูลเดียวที่ให้ข้อมูลเกี่ยวกับสถานะของกระบวนการ เนื่องจากความเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าขับสปินเดิลมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับความเปลี่ยนแปลงของความเร็วการป้อน ทำให้ผลการตรวจสอบไม่เพียงพอ สามารถเก็บข้อมูลได้มากขึ้นด้วยการใช้เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกที่ติดตั้งบนสปินเดิลขับ

รูป 9 แสดงภาพถ่ายของแผ่นเซรามิกที่ถูกตัดไปบางส่วน สามารถเห็นแผ่นเซรามิกที่แตกหักอยู่ตรงกลางของเส้นตัดสุดท้ายได้ ส่วนหกเส้นตัดก่อนหน้านั้น สามารถสังเกตเห็นร่องรอยความเสียหายแรกเริ่มที่ก้นร่องตัด ซึ่งหมายความว่ากระบวนการตัดแบ่งได้อยู่ในสภาพวิกฤตแล้ว

แรงเสียดทานที่สูงขึ้นในสภาพกระบวนการวิกฤต และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการแตกของแผ่นเซรามิก ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสเปกตรัมความถี่ของสัญญาณ ในช่วงเวลาการวัด 2.3 วินาที เส้นเรโซแนนซ์บางเส้นถูกขัดจังหวะ เหตุการณ์ชั่วคราวนี้ถูกตรวจพบโดยเซ็นเซอร์ และอาจเกิดจากการแตกของแผ่นเซรามิก ดังที่แสดงในรูป 9 ตำแหน่งทางเรขาคณิตของจุดแตกสามารถกำหนดได้โดยประมาณจากเหตุการณ์ชั่วคราวที่เห็นในสเปกโตรแกรม

ในขณะนี้ยังไม่สามารถกำหนดตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ เนื่องจากไม่มีสัญญาณทริกเกอร์จากแกนเครื่องที่กำลังเคลื่อนที่ ซึ่งสามารถใช้เพื่อซิงโครไนซ์แกนเวลาการวัดได้ นอกจากนี้ การวิเคราะห์อย่างละเอียดเกี่ยวกับผลกระทบทางกายภาพและทางเทคนิคจะต้องเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาต่อไป และจะได้รับการเผยแพร่ในบทความในอนาคต สรุปได้ว่า เซ็นเซอร์อัลตราซาวนด์แบบใหม่ที่ใช้พีโซคอมโพสิตสามารถนำไปใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงในการตรวจสอบสภาพของกระบวนการตัดชิป

ได้ใช้แท่นทดสอบแบริ่งเพื่อศึกษาการวินิจฉัยแบริ่งด้วยเครื่องตรวจจับคลื่นอัลตราโซนิก SONAPHONE รุ่นใหม่ แบริ่งลูกบอลแบบ 6002 ได้รับการเตรียมไว้โดยสร้างข้อบกพร่องต่าง ๆ เพื่อจำลองความเสียหาย

รูป 11 แสดงตัวอย่างของพื้นที่ที่มีเส้นประในร่องลูกปืนของวงแหวนด้านนอก ทั้งร่องลูกปืนของวงแหวนด้านในและลูกปืนสามารถเตรียมได้ด้วยการสลักด้วยเลเซอร์ วัตถุประสงค์ของวิธีนี้คือการใช้เทคนิคการเตรียมตัวอย่างที่สามารถทำซ้ำได้ ซึ่งมีความสำคัญเพื่อให้สามารถสร้างสภาพที่จุดเริ่มต้นของการสึกหรอที่ตั้งใจไว้ได้บ่อยครั้งตามที่ต้องการ

ระหว่างการทำงาน ความเสียหายของลูกปืนที่จำลองนี้ก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนและเสียงที่ส่งผ่านโครงสร้าง รูปที่ 12 แสดงการวิ่งขึ้น-ลงของลูกปืนลูกกลิ้งใหม่ (ด้านซ้าย) และลูกปืนที่เตรียมไว้ (ด้านขวา) สามารถแยกแยะแบริ่งที่เสียหายออกจากแบริ่งใหม่ได้ทั้งจากความแตกต่างของระดับเสียงและการประเมินทางสายตาจากสเปกโตรแกรม ในกรณีของแบริ่งที่ได้รับการเตรียมการ แม้แต่คลื่นอัลตราซาวนด์ก็ถูกตรวจพบในช่วงความถี่ทั้งหมดของ SONAPHONE จนถึง 100 kHz

รูป 11 แสดงภาพหน้าจอของซอฟต์แวร์ Data-Viewer ที่ทำงานบนคอมพิวเตอร์ ส่วนระดับเสียงแสดงอยู่ด้านบน และสเปกโตรแกรมของช่วงเวลาการวัดแสดงอยู่ด้านล่าง ความทนทานของเทคโนโลยีอัลตราซาวนด์ความกว้างแถบยังสามารถแสดงให้เห็นได้ในตัวอย่างนี้สำหรับการวินิจฉัยแบริ่ง สามารถสังเกตได้จากสเปกโตรแกรมว่ามีช่วงความถี่ที่แทบไม่มีการปล่อยพลังงานเสียงออกมาเลย

ข้อสรุป

การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ในการบำรุงรักษาได้ถูกจัดอยู่ในบริบทของวิธีการบำรุงรักษาสมัยใหม่ตั้งแต่ต้นบทความนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการตรวจสอบสภาพ เทคนิคคลื่นอัลตราซาวนด์มีส่วนช่วยสำคัญในการตรวจพบข้อผิดพลาดตั้งแต่ระยะเริ่มต้น การพัฒนาอุปกรณ์ทดสอบใหม่และตัวอย่างการนำไปใช้ครั้งแรกได้ถูกนำเสนออย่างสั้นๆ ได้อธิบายถึงข้อดีของกระบวนการวัดแบบแบนด์วิดท์กว้าง ซึ่งรวมถึงการใช้เซ็นเซอร์อัลตราซาวนด์รุ่นใหม่ที่มีวัสดุพีโซคอมโพสิตเป็นส่วนประกอบหลักของทรานสดิวเซอร์ นอกจากนี้ ยังได้เน้นย้ำถึงการวิเคราะห์ข้อมูลแบบแบนด์วิดท์กว้างและความทนทานที่เพิ่มขึ้นของผลการทดสอบ

คำขอบคุณ

ส่วนหนึ่งของงานนี้ได้รับการสนับสนุนจากกระทรวงการศึกษาและวิจัยแห่งสหพันธรัฐเยอรมนี (BMBF) ผ่านโครงการ UMKlaD (โครงการ: kMU-innovativ, โครงการ: 01IS15051A)