從質(zhì)量控制到過(guò)程監(jiān)控

在制造復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備時(shí)，每個(gè)組件都必須遵守Z高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)并始終按預(yù)期執(zhí)行，這一點(diǎn)至關(guān)重要。然而，保證高質(zhì)量有時(shí)是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)，需要大量資金和人力投入。

為了Z大限度地減少浪費(fèi)并提高生產(chǎn)力，質(zhì)量控制已從生產(chǎn)結(jié)束時(shí)的質(zhì)量檢查演變?yōu)閷?duì)某些組件生產(chǎn)過(guò)程中環(huán)境的主動(dòng)檢查。這種方法被稱(chēng)為過(guò)程監(jiān)控，當(dāng)然也包括一系列避免零件不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的管控措施。

生產(chǎn)中的異物顆粒：質(zhì)量工程的噩夢(mèng)

為保證高組件質(zhì)量而進(jìn)行的常見(jiàn)的檢查之一是清潔度分析。這是根據(jù) ISO 16232 或 VDA 19（針對(duì)德國(guó)市場(chǎng)）標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的，包括檢查制造的組件是否存在污染顆粒。

這些顆粒對(duì)機(jī)械設(shè)備的性能和長(zhǎng)期功能構(gòu)成威脅，因?yàn)樗鼈儠?huì)造成劃痕、阻塞噴嘴或短路觸點(diǎn)。因此，該分析對(duì)于流體循環(huán)系統(tǒng)、高速運(yùn)動(dòng)部件和印刷電路板 (PCB) 中使用的所有組件的制造至關(guān)重要。

為了確保組件不會(huì)在機(jī)械設(shè)備中引入顆粒，可分析作為批次參考的幾個(gè)部件，以確定是否存在污染物。

該分析包括三個(gè)階段：

1. 從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)取得零件并在零件清洗機(jī)中使用有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗，確保將零件表面的污染物全部洗掉。

2. 通過(guò)濾膜過(guò)濾含有污染物的有機(jī)溶劑，捕獲所有顆粒（濾膜通常是尼龍或硝酸纖維素，直徑 47 毫米）。

3. 濾膜準(zhǔn)備好后，采用一系列儀器掃描污染物顆粒。

然后對(duì)污染物進(jìn)行分析并與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，確定是否需要對(duì)某一生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行維護(hù)干預(yù)，以避免生產(chǎn)出不符合質(zhì)量要求而報(bào)廢的零件。

用戶(hù)決定做清潔度分析的原因

Nobuhito Fukasawa 是日本一家生產(chǎn)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的公司的總工程師。他的團(tuán)隊(duì)在制造環(huán)境中引進(jìn)了帶有能譜儀 (EDS) 的 Phenom ParticleX - TC 飛納全自動(dòng)汽車(chē)清潔度分析系統(tǒng)，并迅速將該分析儀器的使用推廣到其他工廠(chǎng)。我們邀請(qǐng) Fukasawa 先生分享了他選擇 Phenom ParticleX 的原因以及給他的團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了哪些收益。

許多日本制造企業(yè)成功的秘訣在于對(duì)質(zhì)量無(wú)盡的追求和奉獻(xiàn)精神。Phenom ParticleX 的用戶(hù)也不例外。當(dāng)被問(wèn)及在他們的生產(chǎn)制造過(guò)程中引入該設(shè)備的原因時(shí)，F(xiàn)ukasawa 先生回答:“為了保證產(chǎn)品質(zhì)量。”他解釋了高硬度顆粒對(duì)組件的性能和預(yù)期壽命的影響。 “當(dāng)硬質(zhì)顆粒進(jìn)入組件間隙時(shí)，會(huì)阻礙組件的運(yùn)動(dòng)，”這是生產(chǎn)環(huán)境中污染物可能產(chǎn)生的眾多負(fù)面影響中很重要的一項(xiàng)。

圖 1. Al2O3 顆粒的 SEM 圖像及 EDS 譜圖。Phenom ParticleX 使用這些信息來(lái)表征顆粒的形態(tài)及化學(xué)成分

用戶(hù)對(duì)清潔度的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入

Fukasawa 先生的團(tuán)隊(duì)對(duì)清潔度分析并不陌生。“我們過(guò)去常常通過(guò)重量法分析污染物的總體重量，通過(guò)光學(xué)顯微鏡分析污染物的數(shù)量。隨著 SEM 和 EDS 的引入，我們現(xiàn)在可以研究更小的顆粒物，并區(qū)分出對(duì)產(chǎn)品性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響的高硬度顆粒?！?/p>

Al₂O₃、SiC、SiO₂ 和玻璃等硬質(zhì)顆粒是危險(xiǎn)的污染物之一，因?yàn)樗鼈兏菀自诒砻嫔袭a(chǎn)生劃痕或卡住移動(dòng)部件。檢測(cè)此類(lèi)顆粒的挑戰(zhàn)在于，其中一些具有高透明度或低對(duì)比度（與濾膜相比），無(wú)法用光學(xué)顯微鏡檢測(cè)到。

EDS + SEM 的自動(dòng)化解決方案允許用戶(hù)識(shí)別各類(lèi)污染物顆粒并采集其化學(xué)成分信息，然后分析污染物具體的構(gòu)成并分類(lèi)。這使 Fukasawa 先生的團(tuán)隊(duì)能夠精確監(jiān)控清洗過(guò)程中收集的硬質(zhì)顆粒的數(shù)量。

“由于有了顆粒的成分信息，我們降低了硬質(zhì)顆粒帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，并以創(chuàng)新的方式改進(jìn)了我們的產(chǎn)品線(xiàn)?！绷私馕廴疚锏幕瘜W(xué)成分后，F(xiàn)ukasawa 先生的團(tuán)隊(duì)可以在零件中的污染物達(dá)到臨界水平之前，確定污染源并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

這種預(yù)防方法幫助 Fukasawa 先生的團(tuán)隊(duì)提高了生產(chǎn)力，同時(shí)減少了報(bào)廢件，節(jié)省了成本。原材料的節(jié)省也進(jìn)一步減少了其對(duì)環(huán)境的影響。“由于分析速度快，收益很快就超過(guò)了投資”Fukasawa 先生說(shuō)。快速提供關(guān)鍵信息對(duì)于及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)線(xiàn)至關(guān)重要。

“這套系統(tǒng)每天運(yùn)行的時(shí)間甚至超過(guò) 20 小時(shí)，”他解釋道?！拔覀冇?jì)劃將其用于新組件制造的監(jiān)控，這將縮短公司新產(chǎn)品的上市時(shí)間”。

Phenom ParticleX 作為目前市場(chǎng)上分析速度快和測(cè)量結(jié)果重復(fù)性高的清潔度自動(dòng)化分析解決方案，為 Fukasawa 先生的公司帶來(lái)了更精確的材料分析方法。

圖 2. Phenom ParticleX 的報(bào)告功能示例，其中顆粒按化學(xué)成分和尺寸分布進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)硬度自動(dòng)用不同顏色將顆粒分開(kāi)。玻璃、碳化硅、氧化鋁和氧化硅是生產(chǎn)車(chē)間中常見(jiàn)的硬質(zhì)材料

Phenom ParticleX 全自動(dòng)汽車(chē)清潔度分析系統(tǒng)

自動(dòng)化、同步分析，獲取顆粒粒度分布、形貌和雜質(zhì)信息：

• 顆粒粒度分布 – 全面的顆粒粒度范圍

• 顆粒形貌分析 – 多種測(cè)量方法可供選擇

• 雜質(zhì)顆粒檢測(cè) – 可檢測(cè)出數(shù)千顆粒中夾雜的微量雜質(zhì)顆粒

• 高分辨率成像 – 8nm 分辨率