1. No category

‫ניטור מצב הכלים בעיבוד שבבי מודרני נוב' ‪2014‬‬
‫דר' י‪ .‬רוטברג "טכניון מ‪.‬ט‪.‬ל‪( ".‬גימ‪).‬‬
‫תוכן‬
‫• הצגת הבעיה‪ :‬למה זה דרוש‪ ,‬ו"מה יש להרוויח" ?‬
‫• עקרונות‪:‬‬
‫ניטור בלאי ‪ /‬גילוי שבר‬
‫• דוגמאות‪:‬‬
‫לגישות ופתרונות שונים‬
‫בשיטות ישירות ‪ /‬בשיטות עקיפות‬
‫• סיכום‪:‬‬
‫ניסיון להצביע על המגמות לעתיד‬
‫ניטור בלאי הכלים‪:‬‬
‫צורות הבלאי השונות‬
‫אופי התפתחות בלאי בכלי שיבוב‬
‫אז מדוע בכלל צריך ניטור הבלאי ???‬
‫תשובה‪:‬‬
‫• א‪ .‬תמיד קיים פיזור מסוים באורך החיים‬
‫במיוחד בתנאים גבוהים‪.‬‬
‫• ב‪ .‬בעיבוד במהירויות גבוהות‪ ,‬במיוחד בכרסום‪,‬‬
‫הקשר תנאי עיבוד‪/‬אורך חיים הוא יותר מורכב ועדיין לא מבוסס‪.‬‬
‫ומצד שני‪:‬‬
‫• ג‪ .‬הדרישה לתנאי עבודה כלכליים‬
‫כולל אוטומציה ופחות מפעילים‪.‬‬
‫=> צורך בניטור בלאי והתרעה‬
‫המחזור המכני – תרמי‬
‫בתנאים אופייניים לכרסום במהירויות גבוהות‬
‫קוטר כרסום‪ 40 :‬מ"מ‬
‫עומק רדיאלי‪ 1.5 :‬מ"מ‬
‫זווית שילוב‪ 22.2 :‬מעלות‬
‫עומק רדיאלי‪ 0.4 :‬מ"מ‬
‫זווית שילוב ‪ 12‬מעלות‬
‫‪θ‬‬
‫איך חיים בינתיים‪ ,‬כאשר אין מערכת אוטומטית‪:‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫נקודת מוצא‪ :‬המלצות יצרן הכלים‬
‫"ניסוי וטעייה"‪" + ,‬מקדם ביטחון" לאורך החיים‬
‫הפחתה מסוימת בתנאי העיבוד‬
‫במידת הצורך השגחה ע"י אדם‪.‬‬
‫חשוב! ‪ :‬בחירת כלים "אחידים" גם אם יקרים יותר !!‬
‫=> תהליך "קצת" פחות יעיל ‪ ,‬אבל אפשרי‬
‫"מה יש להרוויח ממערכת אוטומטית"?‬
‫ייעול התהליך‬
‫אם‬
‫המערכת תעמוד בדרישות‬
‫בעניין גילוי שבר ותגובה‬
‫תמיד‬
‫יש אחוז מסוים של מקרי "שבר מוקדם"‬
‫)”‪(“Premature Fracture‬‬
‫עד היום‪ :‬לא קיימת שיטה לחיזוי שבר ומועדו‪.‬‬
‫זה אירוע פתאומי שמועדו אינו ידוע מראש‪.‬‬
‫אי גילוי ואי תגובה מיידית =>‬
‫• נזק לעובד‬
‫• אח"כ נזק למתקני דפינה‬
‫• אח"כ נזק למכונה‬
‫• עצירת הייצור עד לתיקונים והכנה מחדש‬
‫איך חיים בינתיים‪ ,‬כאשר אין מערכת‪:‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫זהירות בתנאי העיבוד‪ ,‬במיוחד בקדמה‬
‫(עומס על השפה החותכת)‬
‫בחירת כלים באיכות טובה‬
‫מדי פעם סובלים אירוע שבר עם נזקיו‬
‫"מה יש להרוויח"? עלייה בתנאי עיבוד‪( ,‬קידמה)‬
‫(אפשרות להסתכן בשבר)‪ ,‬עם פחות השגחה אנושית‪.‬‬
‫צמצום נזקים והפחתת זמני עצירה‬
‫אם‬
‫המערכת תעמוד בדרישות‪.‬‬
‫ניטור בלאי וגילוי שבר הן שתי בעיות שונות‬
‫בלאי‪ :‬ניטור תהליך מתמשך‪ ,‬שאופיו ידוע מראש‬
‫שבר‪ :‬גילוי אירוע פתאומי שמועדו אינו ידוע מראש‪.‬‬
‫אם כי‬
‫לעתים קרובות משתמשים באותם חיישנים‬
‫ויש מערכות‬
‫שמתיימרות לטפל בשתיהן בו זמנית‪.‬‬
‫(אותו חיישן‪ ,‬ואופן הפעלה שונה)‬
‫הדרישות ממערכת למעקב בלאי ‪ /‬גילוי שבר‬
‫מעקב אחר בלאי‬
‫‪ .1‬אות ברור‬
‫ומשתנה במידה מספקת‬
‫לרוב אורך התפתחות הבלאי‬
‫‪ .1‬אות ברור נבדל מכל אירוע אחר‬
‫‪ .2‬אמינות‬
‫‪ .3‬תגובה מיידית רצוי בזמן עבודה‬
‫‪ .4‬אי הפרעה ל”‪ “set up‬ולתהליך‬
‫‪ .5‬פשטות ו"ידידותיות" בהפעלה‬
‫‪ .6‬רב שימושיות ("ורסטיליות")‬
‫גילוי שבר‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪++‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫מגוון שיטות ישירות ועקיפות‬
‫שיטות ישירות‪:‬‬
‫• מערכות ראיה ועיבוד תמונה‪ ,‬לגילוי שבר וניטור בלאי‬
‫• מגע )‪ ,(touch probe‬קירבה‪ ,‬לגילוי שבר‬
‫• חיתוך‪/‬החזרה של קרן לייזר‪ ,‬לגילוי שבר‬
‫שיטות עקיפות‬
‫• כוחות שיבוב עיקריים‪ :‬מדי כוחות‪(,‬במכונה‪ ,‬בדפינה‪ ,‬בכלי‪).‬‬
‫מדידת זרם‪/‬הספק במנועי הגררות‪.‬‬
‫מדי תאוצה‬
‫• תנודות מבניות‪:‬‬
‫• ‪ :Acoustic Emission‬מדי תאוצה לתדירויות גבוהות‪.‬‬
‫”‪ “Trade – off‬בין שיטות ישירות לשיטות עקיפות‬
‫יתרונות‬
‫חסרונות‬
‫שיטות ישירות‪ :‬אמינות גבוהה‬
‫הפרעה לתהליך‬
‫אין אפשרות ”‪“in process‬‬
‫שיטות עקיפות‪ :‬אין הפרעה‬
‫מדידה נוחה‬
‫אמינות ‪ -‬קשה להשיג‬
‫(מחייב הבנת קשר מורכב)‬
‫(עיבוד אותות מורכב)‬
‫שלבים במערכת עקיפה כלשהי לניטור וסיווג‬
‫•‬
‫מ‬
‫חיישן‪/‬נים‬
‫מסלול האות במבנה‬
‫עיבוד מוקדם‬
‫אותות התהליך‬
‫"חתימה מיכנית"‬
‫אותות נוספים‬
‫רעש‬
‫דגימה‬
‫עיבוד האות‬
‫הפחתת מידע !‬
‫תיאור‬
‫"ווקטור תכונות"‬
‫בסיס מידע‪:‬‬
‫הקשר בין הגודל הנמדד לתופעה!‬
‫וקריטריון סיווג‬
‫מסווג‬
‫מצב א'‬
‫מצב ב'‬
‫הנטייה הכללית בשנים האחרונות‬
‫מצד אחד‪:‬‬
‫דרישה גוברת לשמירת רצף ואי הפרעה לתהליך‬
‫מצד שני‪ ,‬התפתחות מהירה בנושאי‪:‬‬
‫• חיישנים‪,‬‬
‫• העברת אינפורמציה (שידור )‬
‫• הניתוח הממוחשב וטיפול בנתונים‬
‫=> עלייה באמינות ובוורסטיליות של שיטות עקיפות‬
‫הדגש עובר יותר ויותר לשיטות העקיפות‬
‫תזכורת‪ :‬מגוון פעולות שיבוב‬
‫• חריטה‪ ,‬קדיחה‪ :‬עיבוד מתמשך בד"כ‬
‫פינה חותכת אחת או שתיים‬
‫רכיב כוחות קוזיסטאטי‬
‫‪ +‬רכיב "אקראי" קטן‬
‫תזכורת‪ :‬מגוון פעולות שיבוב‬
‫כרסום‪ :‬פינות חותכות רבות בכלי‬
‫מגוון עצום של כלים‪ ,‬פעולות‪ ,‬ותנאים‪.‬‬
‫פונקצית כוחות משתנה בזמן‬
‫בצורות שונות‬
‫עיבוד מקוטע‪ ,‬מכות כניסה ויציאה‬
‫מערכות למגוון מטרות חב' ”‪“Marpos‬‬
‫מגוון מערכות בשיטות ישירות ועקיפות‬
‫מערכות ”‪ “mida‬למגוון מטרות חב' ”‪“Marpos‬‬
‫מגוון מערכות בשיטות ישירות ועקיפות‬
‫ניטור בלאי‬
‫נ‬
‫ני‬
‫גילוי שבר‬
‫כיוון כלים‬
‫ביקורת המוצר‬
‫שיטות ישירות‪:‬‬
‫”‪ “Marposs‬מערכת לייזר לגילוי שבר בכלים "ארוכים"‬
‫•‬
‫י‬
‫”‪“RENISHAW‬מערכת לייזר לגילוי שבר בכלים "ארוכים"‬
‫מערכת ישירה‪ :‬צילום כלים "במחסנית"‬
‫צילום כל כלי לאחר שעבד‪ :‬לא במהלך העיבוד‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫ניתוח הצילום בטכניקות קיימות של עיבוד תמונה‪.‬‬
‫עשויה לכסות מגוון כלים גדול (על מרכז עיבוד‪ ,‬למשל)‬
‫מערכת כוללנית‪ ,‬משולבת במכונה‪ ,‬דורשת תכנות הבדיקות‬
‫יחד עם הפעולה‪.‬‬
‫מתאימה למעקב בלאי‪ ,‬גילוי שברים בשימות כרסום‪ ,‬וכו'‬
‫• לא מפריע למערכת הדפינה‬
‫• אין איבוד זמן‬
‫• גילוי שבר קטן או "גדול" לא בזמן עבודה‪.‬‬
‫שאלה‪ :‬למי יש אינטרס להוסיף מערכת כה מורכבת למכונה?‬
‫שיטות עקיפות לניטור בלאי וגילוי שבר‬
‫היתרון‪ :‬ניטור וגילוי תוך כדי עבודה!!!‬
‫כוחות שיבוב‪ ,‬רכיבים סטטיים ודינמיים‬
‫מגוון סנסורים פייזואלקטריים (חברת ”‪) “promess‬‬
‫שילוב סנסור – כוח במכונה‪/‬בדפינה (לא פשוט!!)‬
‫פלטת מדידה תחת הצריח‬
‫טבעת ‪ 3‬כיוונים‪ ,‬בדפינה‪,‬‬
‫בפעולת חריטה‬
‫בפעולת כרסום‬
‫‪----------------------------------------------------------------------------------‬‬‫מדידת הספק מנועי הקידמה‪ :‬קל לביצוע‪ ,‬לא מפריע למערכת‪,‬‬
‫אבל!! מודד כוח כולל‪ ,‬לא כוח שיבוב נטו‪.‬‬
‫מערכת (”‪ (“Promess‬למעקב אחר בלאי ע"י כוחות השיבוב‬
‫ניטור בלאי וגילוי שבר ע"י מדידת תנודות מבניות‬
‫היתרונות‪ :‬ללא הפרעה‪ ,‬תחום תדירות רחב‪.‬‬
‫• מודדים תנודות של נקודות במכונה‪ .‬מאד נוח!‬
‫• אמורים לדעת (?) תכונות המבנה‬
‫• יכולים תיאורטית למדוד בעקיפין כוחות סטטיים ודינמיים‬
‫ותופעות נוספות‬
‫•‬
‫בתחום תדירויות רחב מאד‬
‫ניטור בלאי וגילוי שבר ע"י תנודות מבניות‬
‫מדיד ‪AE‬‬
‫‪50 KHz – 1 MHz‬‬
‫מד תאוצה‬
‫‪1 – 60 KHz‬‬
‫חיבור מד תאוצה לבסיס‬
‫מד תאוצה‬
‫מערכת מדי תאוצה ומגברים‬
‫מד תאוצה ‪ 3‬צירים‬
‫ניטור בלאי וגילוי שבר ע"י מדידת תנודות‬
‫היתרון‪ :‬ללא הפרעה‬
‫הבעיות‪:‬‬
‫הבנת הקשר בין מה שנמדד לתופעה המתרחשת‬
‫בלאי‪/‬שבר‬
‫כולל‪ ,‬לדעת ‪ ,‬ולהתחשב בהשפעת המבנה‬
‫וגם‪:‬‬
‫א‪ .‬הרבה רעשים לסנן‬
‫ג‪ .‬אין כלליות‪ :‬לכל כלי‪ ,‬ולכל מכונה‪ ,‬מבנה אחר‬
‫המדידה פשוטה ולא מפריעה ‪‬עיבוד האות יותר מורכב‬
‫שלבים במערכת עקיפה כלשהי לניטור וסיווג‬
‫•‬
‫מ‬
‫חיישן‬
‫מסלול האות במבנה‬
‫עיבוד מוקדם‬
‫אותות התהליך‬
‫"חתימה מיכנית"‬
‫אותות נוספים‬
‫רעש‬
‫דגימה‬
‫עיבוד האות‬
‫הפחתת מידע !‬
‫תיאור‬
‫"ווקטור תכונות"‬
‫בסיס מידע‪:‬‬
‫הקשר בין הערכים הנמדדים לתופעה!!‬
‫וקריטריון סיווג‬
‫מסווג‬
‫מצב א'‬
‫מצב ב'‬
‫‪Acoustic Emission - AE‬‬
‫פליטה אקוסטית‬
‫• גל אלסטי בתדירויות גבוהות ‪50, 60 KHz – 1 MHz‬‬
‫• המתעורר בחומר עקב מקורות שונים‪,‬‬
‫ביניהם התקדמות סדק‪ ,‬דפורמציה פלסטית‪ ,‬מכות‪ ,‬חיכוך ועוד‬
‫• מתפשט אל גבול החומר‬
‫• דועך במהירות עם המרחק‪( .‬עקב התדר הגבוה)‬
‫• ניתן לחוש בו במדיד מתאים על פני השטח‪( ,‬דומה למד תאוצה)‬
‫קרוב למקום ההיווצרות (העיבוד)‬
‫‪--------------------------------------------------------------------‬‬‫• עקרונית מתאים לגילוי שבר‬
‫• במידה מסוימת גם לניטור בלאי‬
‫מקורות של פליטה אקוסטית‬
‫‪ Acoustic Emission‬פליטה אקוסטית יתרונות ובעיות‬
‫יתרונות‪ :‬א‪ .‬התקנה פשוטה ופעולה תוך כדי עבודה‪.‬‬
‫ב‪ .‬תחום תדרים גבוה‪" ,‬נקי" מרעשים אחרים‬
‫ג‪ .‬כלליות!! אופי זהה בכל הכלים בכל הפעולות‬
‫בעיות‪:‬‬
‫א‪ .‬הבחנה בין שבר לאירועים שונים‬
‫(שבירת שבבים‪ ,‬מכות כניסה ויציאה בכרסום)‬
‫ב‪ .‬נדרשת התקנה קרוב לאזור העבודה‪,‬‬
‫ג‪ .‬תלות בטמפרטורה ובמצב חומר העובד‬
‫המעבר ממחקר ליישום תעשייתי ריאלי אינו פשוט‪.‬‬
‫דוגמה‪ :‬גילוי שבר בחריטה‬
‫ע"י פליטה אקוסטית והספק נדרש במנוע הקדמה במקביל‬
‫בעיית האבחנה בין שבירת שבבים לשבר כלי‬
‫פליטה אקוסטית סביב ‪" 60 -80 KHz‬ללא אירוע"‬
‫שבירת שבב‬
‫שבר בכלי‬
‫דוגמאות לשבר במד כוחות ובסנסור ‪AE‬‬
‫הדגמת מכות כניסה ויציאה‬
‫מחקר‪ :‬חריטה מקוטעת‬
‫מד כוחות‬
‫‪ +‬סנסור ‪ AE‬על מד הכוחות‬
‫"מכות כניסה" כמו בכרסום‬
‫כיוון ההתפתחות לדעתי‬
‫מצד אחד‪:‬‬
‫יש לחץ מצד המשתמשים להאצת וייעול הייצור‬
‫במיוחד למניעת הפסקות ייצור‪.‬‬
‫לדעתי‪ ,‬הדרוש ביותר‪ :‬גילוי שבר תוך כדי עבודה!!‬
‫(עם ניהול אורך החיים והבלאי מסתדרים)‬
‫והפעלה "ידידותית"‪ :‬פשוט‪ ,‬וכללי‪.‬‬
‫מצד שני‪:‬‬
‫ההתפתחות הטכנולוגית היא לכיוון‬
‫• פיתוח‪ ,‬הוזלת‪ ,‬ותחכום החיישנים‬
‫• שיפור אמצעי השידור‪ ,‬כבר קיים (אפשר "להתקרב" ! )‬
‫• שיפור שיטות לעיבוד אותות וטיפול באינפורמציה‪.‬‬
‫כיוון התפתחות‬
‫לכן לדעתי‪ ,‬לפי אופייני התעשייה בארץ‪,‬‬
‫בעיקר לגילוי שבר‪,‬‬
‫התפתחות הרלבנטית עבורנו‪,‬‬
‫בעיקר בשיטות עקיפות‪,‬‬
‫ולא‬
‫בשיטות "כוללניות"‬
‫מכיוון הכלים‬
‫מכיוון המכונה‬
‫כיוון ההתפתחות הרלבנטי לנו‬
‫• מתחילים להופיע כלים "חכמים" לגילוי שבר‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫סנסור זול וחכם‪ ,‬עם מקור אנרגיה ומעגל חשמלי‬
‫מוטמעים במחזיק ובכלי (מקדח‪ ,‬כרסום אצבע‪ ,‬שימה)‬
‫קשר מינימאלי עם המכונה‪ .‬שום תכנות‪.‬‬
‫ישדר החוצה בזמן אמת (אות לאחר עיבוד מוקדם)‬
‫המערכת תנתח מהר‪ ,‬ותגיב‪pause – :‬‬
‫רואים הרבה בקשות לפטנטים‪ ,‬ופטנטים רשומים‬
‫ראה פטנט "קנמטל" ‪ -‬שכבות‬
‫"הבשלה" לשימוש תעשייתי ‪ -‬בדרך‬
‫מדי תאוצה בטכנולוגית מיקרואלקטרוניקה‬
‫‪MEMS - Micro Electronic Mechanical Systems‬‬
‫• מיוצרים בייצור המוני‪ ,‬בטכנולוגיות מיקרואלקטרוניקה‬
‫• זעירים‬
‫• זולים מאד‬
‫מתאימים לשימוש המוני בתהליכי ייצור‬
‫‪x = 10e-3mm‬‬
‫‪f = 10KHz‬‬
‫‪a = 400G‬‬
‫‪f = 1MHz‬‬
‫‪a = 40,000G‬‬
‫בעלי פוטנציאל להגיע גם לערכי תאוצות גבוהות‪,‬‬