Контроль качества поверхности изделия начинается там, где заканчивается геометрия: размер в допуске, форма правильная, а внешний слой несёт царапину, вмятину или задир. Задача контроля поверхности деталей в том и состоит, чтобы отделить безобидный след оснастки от дефекта, который сорвёт сборку или вернётся рекламацией. Ниже разобраны классы поверхностного дефекта, граница нормы по шероховатости и методы, которыми дефект находят.
Поверхностный дефект отличается от внутреннего доступностью: он выходит наружу и читается прибором или глазом при правильном освещении. На прокате чёрных металлов такие следы названы поимённо: ГОСТ 21014 задаёт термины и определения дефектов поверхности проката, от плены и заката до риски. На керамике, полимерном покрытии и литой детали тем же словарём пользуются по аналогии со сложившейся практикой. Градация дефекта по значимости от вида продукции не зависит, её задаёт ГОСТ 15467-79, стандарт на термины и определения качества продукции.
Что относят к дефектам поверхности изделия
Дефект поверхности – это локальное нарушение сплошности или рельефа внешнего слоя: материал вырван, смят, сдвинут или отслоился. Отклонение размера в эту группу не входит: уход диаметра за поле допуска по ГОСТ 25346 на допуски и посадки гладких элементов ловят измерением. Пора или расслоение тоже вне группы: наружу они не выходят и требуют ультразвука или радиографии.
Классификация дефектов поверхности идёт по двум осям, и первая из них значимость: ГОСТ 15467-79 делит дефекты на критические, значительные и малозначительные, и судьбу изделия решают по этой шкале: площадь следа в неё не входит. Вторая ось – видимость: явный дефект выявляется штатной методикой контроля, скрытый ею не выявляется и всплывает позже, на сборке или у заказчика.
Инспекция поверхности строится вокруг перечня: какие классы дефекта на изделии допустимы, в каких границах и в какой зоне. Царапина на посадочной шейке вала и та же царапина на нерабочем торце дают разные решения. Перечень фиксируют в технических условиях или стандарте предприятия, он же становится основой для эталонов.
Чем царапина отличается от задира, скола и раковины
Царапина, она же риска, – это узкая борозда от твёрдой частицы или острой кромки: материал вытеснен к бортам, края ровные. Задир на металле это результат схватывания двух поверхностей при трении под нагрузкой: частицы одной налипают на другую и рвут её, поэтому след грубый, с наплывами. Задиры на металле появляются в парах скольжения, на направляющих оснастки и на посадочной шейке вала, запрессованной без смазки.
Вмятина на металле это локальная пластическая деформация без потери материала: слой смят ударом или прижимом, и типичный носитель здесь тонкостенный корпус или окрашенная панель. Скол устроен иначе: часть материала отделяется по кромке или ребру, чаще всего у хрупкого полимерного покрытия, эмали и керамики. Раковины на поверхности металла имеют третье происхождение: это открывшаяся при обработке полость от газа или усадки, поэтому по краям раковин на поверхности металла наплыва нет. Рябизна на поверхности металла – это множество неглубоких углублений на ровном по чертежу участке, её оценивают по площади. Дефекты проката разобраны отдельно: контроль качества металлопроката.
| Класс дефекта | Как выглядит | Чем вызван | Чем выявляют |
|---|---|---|---|
| Царапина, риска | узкая борозда с вытесненным материалом | твёрдая частица или острая кромка | скользящий свет, камера |
| Задир | рваный след с налипшим металлом | схватывание при трении без смазки | скользящий свет, слепок профиля |
| Вмятина | просадка рельефа без потери материала | удар, прижим, падение в таре | искажение отражённой полосы |
| Скол | нет части материала по кромке или ребру | хрупкое разрушение кромки или покрытия | осмотр на контрастном фоне |
| Раковина | открытая полость с гладкими стенками | газовый пузырь или усадка | осмотр, капиллярный контроль |
| Рябизна | группа мелких углублений | неоднородность поверхностного слоя | диффузный свет, оценка по площади |
| Потёртость | матовый след без внедрения в материал | трение о тару или оснастку | сравнение с эталоном |
Шероховатость и потёртость: где проходит граница нормы
Шероховатость – нормируемое свойство поверхности, микрорельеф от инструмента, и дефектом сама по себе она не является. Параметры шероховатости задаёт ГОСТ 2789-73, рабочие из них Ra, среднее арифметическое отклонение профиля, и Rz, высота неровностей по десяти точкам; на чертеже требование ставят знаком шероховатости со значением в микрометрах. Пока профилометр показывает величину внутри чертёжной, поверхность годна.
Дефектом микрорельеф становится, когда измеренный профилометром Ra или Rz вышел за значение на чертеже: затупился инструмент, сбит режим резания. Вторая причина приходит извне технологии: потёртость от перевозки в общей таре, след от губок захвата, отпечаток ролика конвейера. Потёртость локальна и не повторяется от детали к детали, поэтому профилометром её мерить бессмысленно, её берут осмотром или камерой.
Как выявляют дефекты на поверхности: свет, ракурс, эталон
Выявление дефектов на поверхности начинается со схемы освещения. Тангенциальный, он же скользящий, свет падает почти параллельно поверхности, любой рельеф отбрасывает тень, и царапина, задир или вмятина становятся контрастными. Диффузный купольный свет тени гасит и рельеф сглаживает, зато честно показывает цвет, пятно и потёк, поэтому подсветку подбирают под класс дефекта.
Ракурс решает не меньше света: в лоб к блестящей поверхности камера ловит отражение цеха, а тень от риски даёт только свой угол между источником, деталью и объективом. Вмятину там читают по искажению отражённой световой полосы: на поверхность проецируют чередующиеся светлые и тёмные полосы, и в месте просадки рельефа полоса изгибается. На этом принципе построена ручная полосовая лампа для обнаружения вмятин.
Третьим после схемы света и ракурса идёт эталон, и несёт он измеримую границу: длину риски, площадь скола и глубину вмятины на образце задают числом из технических условий. На посту держат эталонные образцы дефекта и годной поверхности, а при автоматической инспекции эталон переходит в обучающую выборку. Кадр снимают линейной камерой, которая читает деталь строками по мере движения конвейера, либо матричной, берущей изделие целиком; от выбора зависят выдержка и минимальный различимый размер дефекта.
Неразрушающие методы контроля поверхности и их границы
Неразрушающие методы контроля поверхности отличаются от лабораторных тем, что изделие после проверки остаётся товарным. Поверхностные методы неразрушающего контроля берут ровно то, что доступно снаружи или лежит неглубоко под наружным слоем: открытую трещину, вышедшую наружу пору, нарушение сплошности покрытия. Внутренняя раковина, расслоение и усадочная полость за ними не числятся, туда идут ультразвук и радиография, а разбор каждого метода по существу собран в материале методы неразрушающего контроля.
Неразрушающие методы контроля поверхностных дефектов разделяет материал изделия: магнитное поле рассеяния над дефектом даёт индикацию только на ферромагнетике, поэтому дефектоскопия трещин на медной поверхности остаётся за капиллярным и вихретоковым контролем. Контроль дефектов поверхности трубы упирается уже в доступ: наружную стенку проходят вихретоковым преобразователем и снимают камерой, внутреннюю читают эндоскопом или проходным преобразователем.
- Визуально-измерительный контроль – берёт царапину, задир, скол, вмятину и потёртость на открытой поверхности; ограничение – след ниже порога различимости и участок, закрытый от наблюдателя, остаются непроверенными.
- Капиллярный контроль по ГОСТ 18442-80 – находит несплошности, открытые на поверхность: трещину и пору, куда затекает пенетрант, а чувствительность нормирована классами по раскрытию несплошности; ограничение – забитая или замасленная полость проявителем не читается, поверхность требует очистки, а люминесцентный пенетрант ещё и затемнённой зоны с ультрафиолетом диапазона УФ-А, 315–400 нм.
- Магнитопорошковый контроль ферромагнитных деталей по ГОСТ 21105-87 – читает трещину на поверхности и неглубоко под ней: над несплошностью магнитное поле выходит наружу и удерживает частицы суспензии; ограничение – ни медь, ни алюминий, ни аустенитные сплавы этим методом не контролируют.
- Вихретоковый метод неразрушающего контроля – читает поверхностные и подповерхностные несплошности в электропроводящем материале без контактной среды; ограничение – преобразователь настраивают на образце с искусственным дефектом, а зазор между ним и деталью искажает сигнал.
Первым в любой схеме остаётся визуальный контроль: он отсеивает грубые дефекты до дорогой приборной проверки. У автоматической инспекции граница чувствительности лежит в оптике: она упирается в число миллиметров изделия на пиксель кадра, и под мелкий дефект сужают поле зрения камеры.
Задача контроля поверхности деталей на потоке: выборка или каждое изделие
Партию с потока принимают по выборке: план приёмки и приёмочное число задаёт ГОСТ Р ИСО 2859-1, стандарт выборочного контроля по альтернативному признаку, а сама процедура пошагово разложена на странице методы контроля качества. Поверхности из этого плана достаётся одно следствие: вывод делается об уровне дефектности партии целиком. Затупился резец или разладился захват – след идёт подряд на изделиях, и в выборку такой дефект попадает обязательно.
Единичный дефект выборка пропускает по устройству метода: проверяется часть партии, и случайная царапина от одного захвата в неё может не войти. Единой цифры допустимого брака нет ни в одном стандарте: уровень несоответствий фиксируют договор поставки, отраслевые требования или стандарт предприятия. Там, где цена рекламации выше цены контроля, выборку заменяют проверкой каждого изделия, а на скорости конвейера каждую единицу успевает снять и оценить только камера.
Как мы автоматизируем контроль поверхности на линии
Контроль качества поверхности изделия на потоке мы закрываем целиком. Подбираем камеры и схему подсветки под конкретную поверхность, блестящую, матовую или окрашенную, обучаем модель на изображениях с вашей линии. Классы, которые модель различает, задаёт ваш браковочный перечень: царапина, задир, скол, вмятина, рябизна и потёртость требуют разных примеров в обучающей выборке.
Отметкой в протоколе дело не заканчивается: по сигналу из АСУ ТП деталь снимает с ленты наш отбраковщик, а критерии его срабатывания разбирает автоматическая отбраковка. Механизм съёма подбираем так, чтобы он сам не оставил след: губки захвата на свежеокрашенной панели дают ту же потёртость, ради которой поставлена камера.