The керамический вал наружный диаметр обеспечивает плотное прилегание и производительность. Все производители поддерживают абсолютную точность во время изготовление керамического вала, особенно наружный диаметр (OD). Однако его нелегко поддерживать точность измерения внешнего диаметра по нескольким причинам, таким как твердость, износ инструмента и расширение из-за тепла.
Понимание внешнего диаметра керамических валов
Наружный диаметр представляет собой внешний размер керамического вала и определяет его совместимость.
Состоит из OD против IDOD обозначает размер границы, а ID обозначает отверстие или толщину стенки.
Незначительное изменение внешнего диаметра может привести к серьезным дефектам из-за трения, таким как:
-
Неудачи
-
Неэффективность
-
Сколы
-
Вращательная неустойчивость
-
Распределение нагрузки
Значение точности
Обычно, допуск внешнего диаметра влияет на производительность, поскольку бесшовное движение предотвращает загрязнение. Это обеспечивает надлежащую посадку, долговечность и надежность компонентов, позволяя исчерпывающие приложения.
Роль в производстве различных промышленных компонентов
Аэрокосмическая промышленность:
Отклонение внешнего диаметра на ±2 микрона может привести к несоосности валов в аэрокосмической промышленности, вызывая быстрый износ и вибрацию. Точный допуск внешнего диаметра обеспечивает плавную работу, меньший нагрев и правильный баланс при 20 000 об/мин!
Полупроводник:
Дефекты в производстве пластин в полупроводниковой промышленности являются обычными последствиями различий в допуске OD, даже на ±1 микрон. Это также повлияет на машинную литографию.
Медицина:
Хирургическая робототехника не может работать безупречно при неправильном допуске OD. Разница в ±2 микрона повлияет на ее движение и приведет к ошибкам в неинвазивных или минимально инвазивных медицинских операциях.
Вызовы
Поддержание 9 по шкале Мооса, учитывая твердость материала, термический удар и деградацию инструментов, является важным Проблемы обработки внешнего диаметра так как они влияют на точность.
Из-за хрупкой поверхности существует высокая вероятность мелких ошибок. Это требует бесконтактного лазерного механизма для устранения сложностей и ошибок.
Передовые методы измерения точности внешнего диаметра
Системы с двумя камерами для улучшенного измерения внешнего диаметра
Двойные камеры используются для обеспечения более высокой точности измерения внешнего диаметра. На самом деле это сложные оптические механизмы. HD-камеры имеют более высокое разрешение для захвата изображений профиля вала в реальном времени с идеальных позиций и углов.
Отклонения составляют менее 0,2 мкм, что компенсирует колебания вала и искажения линзы в реальном времени.
В полупроводниковой и аэрокосмической промышленности широко применяются системы с двумя камерами для точного контроля внешнего диаметра и точной концентричности со скоростью более 15 000 об/мин в режиме реального времени.
Улучшенное изображение световых полос на отражающих керамических поверхностях
Из-за полированной поверхности керамического материала традиционные лазерные микрометры не могут быть использованы для точности и постоянства 100% из-за рассеивания лазерного луча. Поэтому используется улучшенная визуализация световых полос (ELSI).
Свет, проецируемый на поверхность, хорошо структурирован и обтекаем. Это уменьшает отражение и улучшает обнаружение краев 30% больше, чем традиционные системы и методы.
Измерение воздуха
Это один из высокоточные методы OD Это необходимо для субмикронных измерений в керамике, которая очень хрупкая. Поскольку поток воздуха, который обычно составляет от 100 до 150 кПа, не контактирует с поверхностью, отклонения в размерах могут быть измерены с точностью до ±0,1 микрона.
Весь механизм основан на изменении обратного давления. Такая точность делает эту технику наиболее подходящей для валов из карбида кремния, циркония и высокочистых валов и чистых установок.
Автоматизация измерения внешнего диаметра
Как ИИ и автоматизация повышают точность OD
Автоматизация и ИИ играют важную роль в измерениях внешнего диаметра при производстве керамических валов. Передовая технология обеспечивает более высокую согласованность и точность на субмикронном и нанометровом уровнях.
Сила ИИ:
Обычно передовые механизмы машинного зрения, работающие на основе ИИ, облегчают анализ отклонений OD в реальном времени с помощью алгоритмов глубокого обучения и машинного обучения. Это обеспечивает точность показателей обработки. Исследования показали, что такие передовые системы, используемые в полупроводниках и аэрокосмической промышленности, увеличивают выход с более низким временем цикла и 40% большей скоростью измерения.
Сила автоматизации:
Использование автоматических координатно-измерительных машин (КИМ) также обеспечивает точность измерения OD в пределах ±0,1 мкм при интеграции с несколькими датчиками. Это устраняет проблемы температурной дисперсии.
Регулировка усилий шлифования, минимизация износа инструмента и сохранение точности допуска внешнего диаметра даже при обработке чрезвычайно твердых материалов на основе циркония и карбида кремния осуществляются с помощью контуров обратной связи в реальном времени, управляемых искусственным интеллектом.
Сокращение человеческого фактора при измерении керамического вала
Автоматизация устраняет необходимость человеческого вмешательства и, следовательно, сводит к минимуму вероятность смещения инструмента, неправильного обращения и даже ошибок из-за условий окружающей среды. Лазерные микрометры не контактируют с поверхностью и, будучи автоматизированными, непрерывно сканируют валы со скоростью 1000 измерений в секунду.
Поскольку эти влияющие факторы устранены, допускается повторение с шагом 0,05 микрон и выравнивание вала робота по осям вращения для обеспечения согласованности. Таким образом, вероятность искажения при измерении и показаниях внешнего диаметра устранена, поскольку отсутствует угловое смещение.
Как правило, ИИ и автоматизация помогают сократить отходы или отходы материалов на 25% и повысить надежность продукции и стандарты качества, что необходимо для медицинской, аэрокосмической и полупроводниковой промышленности.
Стратегии поддержания концентричности OD/ID
Почему несоответствие внешнего и внутреннего диаметров влияет на функциональность
Несоосность внешнего и внутреннего диаметров керамических валов влияет на функциональность, поскольку влияет на концентричность. Это, в свою очередь, влияет на правильное распределение нагрузки и баланс во время вращения. Кроме того, это также влияет на целостность компонентов и механическую согласованность. Короче говоря, все, что превышает 2–5 микрон, снизит надежность и производительность.
Почему?
Основные причины:
-
Более высокие вибрации при частоте вращения свыше 20 000 об/мин могут привести к износу компонентов и преждевременным выходам из строя.
-
Нестабильный поток жидкости в насосах и травильных машинах может снизить эффективность и
-
Более высокое локальное напряжение увеличивает риск возникновения трещин на величину до 30% из-за пластичности керамики при более высоких нагрузках.
Лучшие практики для достижения концентричности в керамике
Производители обычно используют различные методы для обеспечения выравнивания внешнего диаметра, долговечности и производительности, например:
-
Усовершенствованная шлифовка на станке с ЧПУ с гидростатическим подшипником шпинделя для уменьшения биения
-
Многоосевые КИМ управляются искусственным интеллектом для лучшего отслеживания концентричности, определения отклонений в реальном времени и автоматической корректировки параметров по мере необходимости.
-
Механизмы адаптивного крепления с усовершенствованными пьезоэлектрическими приводами, которые динамически изменяют удерживающую силу для предотвращения деформации или искажения вала во время шлифования
-
Бесконтактные лазерные датчики концентричности для снижения ошибок при контроле и обеспечения точности до ±0,1 мкм и
-
Криогенная обработка для поддержания температуры вала на уровне -150°C с целью предотвращения изменений из-за теплового расширения.
Достижение жестких допусков при обработке керамики
Распространенные проблемы с допусками в керамике
Тепловые колебания, вызывающие нестабильность, широко распространены, что приводит к серьезным проблемам в поддержании допуска в пределах ±1 микрон. Кроме того, сильный износ инструмента и высокая вероятность микросколов также вызывают серьезные проблемы, особенно в твердых керамических материалах из-за чрезмерной хрупкости.
Лучшие материалы и методы обработки для жестких допусков
Хотя лучшими материалами являются нитрид кремния, диоксид циркония и оксид алюминия из-за их превосходной износостойкости и обрабатываемости, лучшими методами обработки являются:
-
Алмазная шлифовка – обеспечивает сверхтонкую зернистость и более высокую точность до ±0,5 мкм.
-
Ультразвуковая обработка — помогает снизить вероятность образования микротрещин за счет меньшего давления инструмента.
-
Лазерная абляция помогает поддерживать точность на субмикронном уровне в сложных геометрических формах.
-
Криогенная обработка — помогает поддерживать стабильность допусков за счет ограничения теплового расширения.
Практическое руководство: как точно измерить OD
-
Поддерживайте термическую стабильность на уровне ±0,2°C в соответствии с коэффициентом теплового расширения для точного измерения, поскольку, например, в оксиде алюминия он составляет 3,2 × 10⁻⁶/K.
-
Используйте воздушные шпиндели для бесконтактной работы и снижения вероятности деформации из-за микронапряжений.
-
Интеграция лазерных интерферометров для сканирования по нескольким осям для обеспечения точного картирования поверхности с точностью ±0,05 микрона.
-
Внедрите калибровку в реальном времени с использованием алгоритмов искусственного интеллекта и машинного обучения для учета износа инструментов и влияния окружающей среды.
The лучшие инструменты для измерения внешнего диаметра точно являются:
-
Лазерные микрометры для метрологии
-
Измерение воздуха и
-
КИМ с фоточувствительными датчиками для проверки на 360°.
Наглядные демонстрации и видеоуроки
Измерение диаметра вала - https://www.researchgate.net/figure/Shaft-diameter-measurement-model_fig1_338919063
Вал и его основные размеры - https://www.researchgate.net/figure/Schematic-diagram-of-the-shaft-and-its-main-sizes-a-cross-section-of-the-shaft-b-at_fig1_281371692
Hexagon Metrology – Метрология | Шестиугольник
Видеоуроки
Измерения внешнего диаметра КИМ - https://www.youtube.com/watch?v=jhtBVfC6ZY8&ab_channel=TechGuru-SachinThakur
Высокоточная проверка валов с помощью 3D-метрологии - https://www.youtube.com/watch?v=7O8Mpr-CRnc&ab_channel=QualitasTechnologies%28AMachineVisionCompany%29
Машина для бесконтактной проверки распределительных валов - https://www.youtube.com/watch?v=hPBPFcn6HlM&ab_channel=RajashreeAutomation%26GaugingSystemsPvt.Ltd.
Контакт Предложения GGS Ceramic сегодня для быстрого расчета стоимости инновационных, высокопроизводительных керамических валов с превосходными допусками на наружный диаметр.
Часто задаваемые вопросы
В: Как можно точно измерить внешний диаметр керамического вала?
A: Используйте системы измерения воздуха и лазерные микрометры для большей точности измерения внешнего диаметра до ±0,1 мкм.
В: Как температура влияет на измерения оптической плотности в керамических материалах?
A: Небольшие колебания температуры могут привести к расширению керамических материалов, что приведет к неточности измерений.
В: Какие дефекты чаще всего влияют на точность наружного диаметра керамических валов?
A: Износ, микросколы, тепловое расширение и несоосность являются наиболее распространенными причинами неточностей измерения точности внешнего диаметра.
Заключение
Производители сегодня должны знать как добиться жестких допусков внешнего диаметра и достичь точности измерений наружного диаметра валов на субмикронном уровне, что гарантирует более высокую производительность и надежность в различных областях применения.
Внедрение инструментов на базе искусственного интеллекта и передовых лазерных технологий для содействия бесконтактным измерениям является лучшим методом обеспечения более высокой точности и производительности в высокотехнологичных приложениях.