Optimalisering van de waarneming van schroeffouten (deukjes, krassen, barsten en krommingen)
Schroeven worden gebruikt om onderdelen in bijna alle industriële producten mechanisch aan elkaar te bevestigen. Een hoge schroefkwaliteit en betrouwbaarheid zijn niet alleen vereist in de automobiel- en de luchtvaartindustrie, waar de veiligheid onder andere afhangt van nauwkeurigheid en duurzaamheid van de schroeven, maar ook in veel andere producten, van de bouw tot elektronische componenten.
In dit gedeelte wordt een inleiding gegeven tot de basiskennis over schroeven en worden voorbeelden gegeven van onze 4K digitale microscoop die de verfijning en efficiëntie van waarnemen en meten van schroeffouten verbetert, verbeteringen die wenselijk zijn op terreinen zoals R&D en kwaliteitsborging.
- Basisbegrippen van schroeven (namen en afmetingen van onderdelen, normen en materialen)
- Voorbeelden van het verbeteren van de verfijning en efficiëntie van de waarneming en analyse van schroeffouten.
- Een 4K digitale microscoop die de verfijning van de waarneming en analyse van schroeven verbetert
Basisbegrippen van schroeven (namen en afmetingen van onderdelen, normen en materialen)
Een schroef is een bevestigingselement met een spiraalvormige groef langs de zijkant van de cilindrische spil van de schroef. In het algemeen verwijst de term schroef naar kleine schroeven die apart worden gebruikt, en de term bout naar schroeven die in combinatie met moeren worden gebruikt. Houtschroeven hebben een scherpe punt en zijn bedoeld voor hout. Dit is een voorbeeld van de vele verschillende uitvoeringen van schroeven conform de diverse normen, en die van verschillende materialen zijn gemaakt, afhankelijk van het materiaal dat met schroeven wordt bevestigd, en de toepassing van de schroeven. In het volgende deel wordt basisinformatie over schroeven gegeven, zoals de namen en afmetingen van de onderdelen en de normen voor algemene schroeven.
Namen en afmetingen van schroefonderdelen
De namen van de onderdelen van een (mannelijke) schroef worden weergegeven in de volgende afbeelding.
In het algemeen wordt de lengte van een mannelijke schroef de nominale lengte genoemd die betrekking heeft op de lengte onder de kop (E in de afbeelding). Deze definitie varieert echter al naargelang het type schroef en de vorm van de kop. De totale lengte (F in de afbeelding) is bijvoorbeeld de nominale lengte in het geval van verzonken schroeven, waarvan de kop gelijk ligt met het materiaal wanneer die schroef volledig is ingedraaid.
Indien er bij de kop een deel zonder schroefdraad is, wordt dit deel de schacht genoemd. De schacht omvat het deel van het schroefdraad dat bestaat uit het verhoogde deel en het verzonken deel die tijdens de productie worden gemaakt.
De volgende afbeeldingen zijn schroefdraadafmetingen (voor mannelijke en vrouwelijke schroeven). Deze twee schroeftypen worden hieronder uitgelegd.
- A
- Diameter van de rug: diameter tussen de schroefdraad van de mannelijke schroef. Dit is de nominale diameter die bepalend is voor de dikte van de schroef.
- B
- Effectieve diameter: diameter van de cirkel die de breedte van de schroefdraad en de groef gelijk maakt.
- C
- Basisdiameter: diameter van de basis van een dal tot de basis van het volgende dal voor een mannelijke/vrouwelijke schroef.
- D
- Hoek van schroefdraad: hoek van de bovenkant van de schroefdraad tot de omringende dalen ervan.
- E
- Pitch: afstand tussen de ruggen van twee schroefdraden.
- F
- Diameter van de rug: diameter tussen de schroefdraad van de vrouwelijke schroef.
Normen voor schroeven
Er worden veel normen gebruikt voor schroeven, wat leidt tot verschillen in afmetingen, definities en terminologie. In dit gedeelte wordt informatie gegeven over kenmerkende normen, definities en notaties.
- Metrische schroefdraad
- Zijn schroeven met een schroefhoek van 60°, waarvan de nominale afmetingen en de schroefspoed in millimeters worden uitgedrukt. Deze schroeven worden onderverdeeld in grove en fijne schroeven, afhankelijk van de schroefdraden.
Ze worden uitgedrukt als "de nominale diameter van de schroef × de pitch ervan". De maximale schroefdraaddiameter (in millimeters) staat vermeld achter de letter M. M10 bijvoorbeeld betekent dat de schroef een nominale diameter heeft van 10 mm. Grove schroefdraad is standaard. Als een schroef fijne schroefdraad heeft, met een kleine afstand tussen de schroefdraden, wordt dit uitgedrukt als "MXX × de pitch". - Standaard schroefdraad
- Zijn schroeven met een schroefhoek van 60°, net zoals bij metrische schroefdraad, maar de nominale afmetingen ervan worden in inches uitgedrukt. De schroefdraadpitch geeft het aantal schroefdraden per inch aan. De standaard schroefdraadnorm wordt soms aangeduid als inch-schroefdraad of Amerikaanse schroefdraad en wordt bijvoorbeeld gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie. Standaard schroefdraad is verkrijgbaar met een grove pitch (UNC), wat de normale maat is, en met een fijne pitch (UNF).
"Diameter schroefkam (schroefnummer) - het aantal schroefdraden per inch, type schroef (UNC of UNF)" is de gebruikte notatie. "1/4-20UNC" bijvoorbeeld duidt op een schroefdraad met grove pitch met een kamdiameter van 1/4 inch en 20 schroefdraden per inch.
Materialen en eigenschappen van schroeven
Net zoals er verschillende vormen en normen voor koppen en schroefdraad zijn, afhankelijk van de schroeftoepassing, verschillen ook de gebruikte materialen. De soorten materialen en de eigenschappen van die materialen worden hieronder uitgelegd.
- Staal
- Hieronder wordt een overzicht gegeven van het staal waarvan schroeven worden gemaakt.
- Koolstofstaal: dit is het meest gebruikte materiaal (ijzer/staal) voor schroeven. S45C (met een koolstofgehalte van ongeveer 0,45%) is een hard en sterk koolstofhoudend ijzer-/staalmateriaal voor mechanische constructies en wordt vaak gebruikt voor de productie van schroeven.
- Gelegeerd staal: staal met molybdeen (Mo) of chroom (Cr) dat wordt gebruikt voor bouten en andere producten waar sterkte vereist is.
- Roestvrij staal: dit materiaal roest doorgaans niet, heeft uitstekende mechanische eigenschappen en wordt ingedeeld volgens de structuren die veranderen onder warmtebehandeling zoals Cr (Cr martensitisch/18Cr ferritisch) en Cr-Ni (18-8 austenitisch). Schroeven worden vaak gemaakt van austenitisch roestvrij staal.
- Koper/koperlegering
- Hoewel dit materiaal een lagere mechanische sterkte heeft dan andere metalen, is het gemakkelijk te gieten, heeft het een uitstekend elektrisch en thermisch geleidingsvermogen, is buigzaam en roest niet snel. Koperen schroeven worden over het algemeen gebruikt voor het vastschroeven van aansluitklemmen. Zuiver koper wordt al naargelang de hoeveelheid zuurstof die het bevat (volgens de zuiverheid van het koper), ingedeeld in gehard pitchkoper (met een zuiverheid van 99,5%), gedesoxideerde koper (gehard pitchkoper dat waterstofbrosheid heeft ondergaan) en zuurstofvrij koper (met een hoge zuiverheid van 99,995%). Uit het oogpunt van kosten wordt meestal gehard pitchkoper gebruikt als materiaal voor schroeven.
- Aluminium/aluminiumlegering
- Aluminium schroeven kunnen ongeveer 1/3 lichter worden gemaakt dan stalen schroeven. Aluminium roest vrijwel niet, is thermisch geleidend en relatief gemakkelijk te recycleren, waardoor het milieuvriendelijk is. Het nadeel van aluminium vergeleken met staal is dat aluminium relatief zwak is. Aluminium schroeven kunnen een warmtebehandeling ondergaan om ze sterker te maken en de sterkte van dit materiaal te verbeteren, waardoor het mogelijk wordt de kenmerkende voordelen van aluminium te verkrijgen en tegelijkertijd de nadelen ervan weg te nemen.
- Titanium/titaniumlegering
- Titanium schroeven zijn ongeveer 60% lichter dan stalen schroeven, terwijl ze uitstekend bestand zijn tegen corrosie en hitte en ongeveer even sterk zijn als koolstofstaal. Anderzijds is titanium moeilijk te bewerken en zeer duur. Titanium (zuiver titanium) en titaniumlegering hebben verschillende eigenschappen. Hieronder staan een overzicht van de voornaamste toepassingen van dit metaal.
- Titanium: roest vrijwel niet en is niet giftig voor het menselijk lichaam. Door de uitstekende biocompatibiliteit van titanium wordt het veel gebruikt bij de productie van medische bouten en soortgelijke toepassingen.
- Titaniumlegering: dankzij een hoge sterkte-gewichtsverhouding van dit metaal wordt het gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie. Omdat titaniumlegering moeilijk te verwerken is, zijn schroeven van titaniumlegering duur.
- Magnesium/magnesiumlegering
- Het gewicht van magnesium is ongeveer 1/4 van dat van staal en ongeveer 2/3 van dat van aluminium, waardoor het uiterst licht is als materiaal voor schroeven. Behalve dat het licht is, heeft het ook een hoge specifieke sterkte, een uitstekende elektromagnetische afscherming, warmteafvoer en trillingsabsorptie, en biedt het extra voordeel dat er geen elektrolytische corrosie optreedt bij bevestiging aan een behuizing die van hetzelfde materiaal is gemaakt. Daardoor wordt dit metaal voor een groot aantal toepassingen gebruikt zoals voor auto's, vliegtuigen en elektrische producten. Anderzijds heeft dit metaal enkele nadelige eigenschappen zoals een lage corrosiebestendigheid en het feit dat het moeilijk te bewerken is, zodat moet worden overwogen waar dit metaal gaat worden gebruikt en de oppervlaktebewerking die de nadelen van dit materiaal kunnen compenseren.
- Kunststof
- Alhoewel kunststof minder sterk is, is het licht en gemakkelijk te vormen. Verschillende soorten kunststof hebben ook verschillende eigenschappen zoals corrosiebestendigheid en chemische weerstand. Schroeven kunnen afhankelijk van de toepassing van diverse soorten kunststof worden gemaakt. PP (polypropyleen) bijvoorbeeld heeft een laag soortelijk gewicht en is bestand tegen de afbraak van hydrolyse en POM (polyacetaal) heeft evenwichtige mechanische eigenschappen en een uitstekende chemische weerstand.
Voorbeelden van het verbeteren van de verfijning en efficiëntie van de waarneming en analyse van schroeffouten.
Schroeven, bouten, moeren en sluitringen zijn, een enkele uitzondering daargelaten, driedimensionale metalen voorwerpen. Het was daarom vaak moeilijk om problemen te vermijden zoals slechts een deel van het beeld scherp te kunnen stellen of de juiste verlichtingscondities te bepalen door hoge glans of laag contrast van het object. Daardoor konden deuken, krassen, barsten en andere uiterlijke gebreken slecht worden waargenomen, ten nadele van de kwaliteit. Bovendien is het met contactmeetsystemen en optische microscopen zeer moeilijk om driedimensionale vormen zeer nauwkeurig te meten en was het grote probleem dat de gemeten waarden per gebruiker konden verschillen.
De 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks van KEYENCE heeft een waarnemingssysteem met elektronische besturing en geavanceerde technologie, zoals een HR-lens met hoge resolutie en een 4K CMOS-beeldsensor, waarmee heel eenvoudig en met heldere beelden in 4K hoge resolutie kan worden waargenomen en 2D- en 3D-metingen kunnen worden uitgevoerd. Tegelijkertijd worden met deze microscoop diverse problemen opgelost, wordt de verfijning van waarnemingen verbeterd, worden metingen gekwantificeerd en is de bediening een stuk eenvoudiger zodat er sneller kan worden gewerkt.
Gekantelde waarneming van schroefdraad
Met het systeem voor waarneming uit vrije hoek van de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks kunnen microscopisch kleine deukjes en krasjes bij zwakke en sterke vergrotingen en vanuit elke hoek duidelijk worden waargenomen zonder dat de positie van de schroef hoeft te worden veranderd.
Met de grote scherptediepte kunnen snel fouten worden waargenomen met behulp van scherpe beelden in het hele zichtveld. Het scherpstellen van zelfs driedimensionale doelen is vergeleken met voorheen kinderspel.
Waarneming van de kromming van moeren
De 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks is voorzien van de Optical Shadow Effect-modus waarmee gemakkelijk gegevens met een hoog contrast kunnen worden vastgelegd zonder dat er een moeizaam in te stellen vacuüm voor nodig is. Zo kunnen subtiele onregelmatigheden op metalen oppervlakken worden waargenomen die doorgaans lastig zijn waar te nemen door het lage contrast ervan.
Kleurinformatie van het doel kan op het beeld in de Optical Shadow Effect-modus worden gelegd, waardoor informatie over het ongelijke oppervlak en over de kleur tegelijkertijd kan worden weergegeven. Zoals weergegeven in de volgende afbeelding, kunnen met het kleurenkaartbeeld kleuren aan de informatie van microscopisch kleine ongelijke oppervlakken worden toegekend zoals de kromming van een kleine moer, en kan die informatie op een gemakkelijk te begrijpen manier zichtbaar worden gemaakt.
Met de 2D digitale microscoop uit de VHX-reeks kunnen op basis van 4K-beelden met hoge resolutie direct 2D- en 3D-metingen worden uitgevoerd. De profielgegevens van de gewenste locatie kunnen ook tijdens 3D-metingen worden verkregen. Het automatisch aanmaken van rapporten met waarnemingsbeelden en meetwaarden kan met slechts één apparaat worden ondersteund.
Optical Shadow Effect-modus en kleurenkaartbeeld (20x)
Een 4K digitale microscoop die de verfijning van de waarneming en analyse van schroeven verbetert
Met de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks kan er niet alleen gedetailleerder worden waargenomen met duidelijke 4K-beelden, maar wordt ook het niveau van waarneming en analyse met diverse waarnemingssystemen en functies aanzienlijk verhoogt.
Bij waarneming uit vrije hoek zijn een eenvoudige uitlijning van het zichtveld, rotatie en schuine asbeweging geen probleem meer. Het eucentrische ontwerp zorgt ervoor dat het doel in het midden van het zichtveld blijft, zelfs als de lens gekanteld of gedraaid is. Een gelijkmatige, gekantelde waarneming van driedimensionale en microscopisch kleine doelen zoals schroeffouten is nu mogelijk.
Moeilijke taken als het waarnemen en visualiseren van minuscule krasjes of microscopisch kleine oppervlakonregelmatigheden zoals krommingen, kunnen nu met enkele eenvoudige handelingen worden uitgevoerd in de Optical Shadow Effect-modus waarmee contrastrijke informatie wordt verkregen.
De VHX-reeks verbetert niet alleen de verfijning en kwantificering van de waarneming en analyse bij onderzoek en ontwikkeling en bij de kwaliteitsbewaking, maar zorgt er ook voor dat er sneller kan worden gewerkt, dat ook gebruikers met minder kennis en expertise de microscoop kunnen gebruiken doordat de bediening ervan eenvoudiger is, en heeft nog talloze andere voordelen. Klik op de onderstaande knoppen voor aanvullende informatie of vragen over producten.
