Корзина
E-MAIL: marketing@theseuslab.cz
+375 17 2374211

Средства визуализации износа от компании Mahr

Volkswagen применяет средства трехмерных оптических измерений от Mahr для анализа поверхностей своих компонентов. Целью исследований является дальнейшее снижение трения в двигателях.

20.09.19

Даже в такой устоявшейся области как двигателестроение снижение трения остается одной из главных целей для дальнейшего развития. Несмотря на то, что влияние трения было значительно снижено за последние 10–15 лет по-прежнему существуют возможности для оптимизации. Для выявления таких потенциальных возможностей, автопроизводитель Volkswagen применяет средства трехмерных оптических измерений от Mahr и NanoFocus для анализа поверхностей своих компонентов. Целью исследований является дальнейшее снижение трения в двигателях.

В будущем двигатели внутреннего сгорания должны стать еще легче, потреблять меньше топлива и быть более экологичными и в то же время обеспечивать еще большую мощность. Одним из способов достижения этой амбициозной цели является повышение общего КПД. В этом случае важную роль играют потери на трение. В конце концов, преодоление трения требует энергии, которая рассеивается в виде тепла и становится недоступной для движения. В то же время трение создает нежелательные шумы, которые больше не являются характерными для современных автомобилей с электродвигателями. И, наконец, трение также приводит к износу движущихся частей двигателя. По этим причинам для определения точек и интенсивности трения компонентов Volkswagen использует метод трехмерных оптических измерений.

 

Состояние поверхностей является отражением происходящих процессов

По сути, это тесты до и после, которые техник по измерениям Стефан Рубах выполняет по заказу отдела, который занимается доработкой двигателя. «Нас интересует вид нового компонента, а также его состояние после определенного пробного запуска», – поясняет дипломированный инженер. Например, износ поверхностей может проявляться в виде более шероховатых либо гладки структур. «Также он может проявляться в виде царапин, которые необратимо меняют поверхность», – говорит Рубах.  Для обнаружения таких изменений в рамках текущих проектов НИОКР необходимо проводить трехмерные оптические измерения поверхности.

Специалисты по измерениям в Вольфсбурге используют для этой цели устройство от NanoFocus, которое теперь доступно от Mahr под названием MarSurf CM explorer. Обе компании сотрудничают в этой области с апреля 2018 года. MarSurf CM explorer позволяет выполнять оптическое и, следовательно, бесконтактное сканирование поверхностей с последующим анализом результатов. Результатом измерения является трехмерное изображение высоты. Вершины и впадины могут быть четко обозначены на изображении, даже если они расположены не направленно, а распределены стохастически. Трехмерный анализ тем более важен, если поверхности на испытательном стенде покрыты или имеют точно направленные полые канавки, которые, например, создают удерживающий объем для масла на направляющей цилиндра.

 

Перфорированные мембранные фильтры рассеянного света

MarSurf CM explorer от Mahr применяется в Volkswagen для измерения поверхностей как гибкий инструмент, особенно когда необходимо получить исчерпывающую информацию о поверхности. Прибор позволяет получать точное представление деталей поверхности, а не только ее профиля, как в случае тактильных измерений. Метод оптических измерений CM Explorer основан на технологии конфокальной микроскопии. Особенность: инструмент Mahr отфильтровывает рассеянный свет, отраженный от поверхности объекта, через вращающийся диск с отверстиями. Таким образом, на ПЗС-матрице камеры отображаются только точки поверхности, которые находятся точно в фокусе. Размытые пиксели затемняются. На первом этапе создается высококонтрастное и четкое изображение соответствующей поверхности в четко определенной горизонтальной плоскости.

Для формирования оцениваемой трехмерной реконструкции поверхности (рельефа) при выполнении измерений измерительное устройство автоматически меняет фокус и, таким образом, генерирует серию изображений в разных фокальных плоскостях с соответствующими контурными линиями.

В результате наложения изображений получается трехмерная модель с разрешением, которое делает видимыми структуры даже в нанодиапазоне. В среднем, стек изображений состоит из 200-400 отдельных изображений, которые снимаются в течение нескольких секунд и преобразуются в трехмерное изображение высоты с помощью измерительного программного обеспечения. «Мы не создаем изображения, мы создаем рельефы», – подчеркивает Стефан Рубах.

 

Высокое разрешение даже на больших площадях

Благодаря MarSurf CM explorer, внутренняя испытательная лаборатория по разработке двигателей Volkswagen в Вольфсбурге может обнаруживать даже мельчайшие детали. Стандартная линза имеет 20-кратное увеличение и покрывает измерительное пятно 0,8 х 0,8 мм. Для исследования больших областей, в CM Explorer доступна так называемая функция сшивания. Данная функция выполняет объединение отдельных смежных изображений для формирования общего изображения аналогично панорамному изображению. Это позволяет выполнять анализ даже больших областей с максимально возможным разрешением.

Таким образом, решение от Mahr соответствует своему названию «исследователь»: «Ни разработчик, ни мы не знаем, чего ожидать в результате выполнения большого количества измерений», – говорит Рубах, описывая последующее путешествие в поисках открытий.

Для обеспечения сопоставимости результатов измерений в конфокальной метрологии также важна повторяемость. Это особенно верно, когда в повседневной лабораторной работе измерения проводят разные сотрудники. «Метрология во многом связана с доверием. Доверьтесь технологиям и работникам, которые работают с ней», - убежден Рубах.

Поэтому для Рубах первостепенное значение имеет простая работоспособность аппаратного и программного обеспечения, которая позволяет избежать ошибок пользователя. Даже компоненты, которые не были полностью очищены перед исследованием, искажают результаты из-за грязи или пыли. По этой причине аппаратное обеспечение MarSurf CM explorer является особенно надежным.

 

Больше связи с реальностью при разработке

Измеренные топографии можно представлять в качестве протоколов испытаний в формате PDF для дальнейшего анализа. Тем не менее, разработчики Volkswagen используют необработанные данные измерений поверхности, чтобы интегрировать измерительные результаты в свои процессы моделирования. С помощью таких необработанных данных можно точно прогнозировать функции и поведение во время моделирования. Таким образом, Рубах и его коллеги имеют очень тесную связь с процессами, происходящими в реальном мире. «Ранее требовалось создавать расчетные модели, но сегодня при моделировании у нас есть данные о реальных поверхности и их поведении. Поэтому наши процессы разработки максимально приближены к реальности», - объясняет Рубах, инженер по измерениям VW.

Другие новости