發生於汽車零件材料的附著物或殘渣(細微粒子)的異物混入(Contamination),會導致產品強度與安全性降低。特別是在汽車、航太相關領域,會成為零件的故障原因,攸關性命,因此清潔度的量測、分析、清潔度極為重要。
在此介紹利用以ISO與VDA等工業規格為基準的清潔度量測方法,和使用4K數位顯微鏡的最新課題解決案例。

工業規格與汽車零件之異物混入量測、分析

汽車產業的清潔度量測、分析與工業規格

在各種製造業現場,被稱為「異物」「殘渣」的細微粒子量測、分析倍受矚目。特別是在「汽車產業」「半導體產業」「醫藥、食品產業」,產品的「清淨度」均極受重視。因為影響清潔度的細微粒子會為產品帶來負面影響。
特別是汽車產業,異物混入可能造成重要零件故障,成為事故原因,攸關性命。因此清潔度的量測、分析已經逐漸成為不可或缺的品質管理項目之一。

異物混入對汽車零件的影響

引擎由汽車的重要零件組成。例如作為引擎框架的汽缸內壁中,在僅數μm的餘隙(Clearance)間反覆來回運動的活塞,靠機油維持氣密性。若活塞環側面出現微量金屬混入附著時,反覆來回運動會傷害汽缸內壁,成為引擎故障的原因。
此外隨著EV(電動車)或HEV(油電混合車)、PHEV(插電式油電混合車)等配備大容量電池汽車的數量成長,對於鋰電池發熱、失火零件的追究、材料的金屬異物混入等控管,也越來越重要。
這些零件除了製造後被要求需徹底洗淨外,針對每個組成零件是否殘留異物,也必須依照符合國際工業規格的量測、分析進行清淨度管理。

何謂清淨度檢查的國際工業規格ISO16232/VDA19

關於汽車零件清潔度量測的相關標準,2002年德國汽車工業協會發布了「VDA19」,2007年則發布國際規格「ISO16232」。據此, 異物粒子量測、組成分析成為品質要求的必要作業。
包含汽車引擎、渦輪增壓器、變速箱等重要零件槽、幫浦、閥門、管、導管、外殼等,和油與水有關的流體零件,以及鋰電池與電子、電控零件等,都有清淨度管理的規定。在這些汽車零件製造過程中發生的粒子狀污染物質(異物混入),需於洗淨製程中盡力清除。必須量測、分析其結果是否符合ISO16232/VDA19規定的清淨度要求。
汽車常用的油品也受液體中的異物混入量測相關的國際工業規範,規定在ISO4406中, 規定以每1 mL試料中的累積粒子數,評估流體中污染物質分布狀況的等級標準。

異物混入的量測、分析方法

清潔度有許多量測手法,而汽車產業則以ISO16232/VDA19此2種規範為標準分析。

重量法(重量量測)
重量測量為相對簡單的方法,但僅分析重量差異的資訊。
無法調查到每一個污染物質的大小與粒度分布、分辨金屬與纖維等細微粒子的性質,因此無法取得釐清異物混入原因與有助於預防再發生的資訊。
光散亂法(光散亂式分析)
用光學顯微鏡量測、分析。除了異物混入的有無與量,還可判斷各個粒子的大小、粒度分布、粒子的性質(金屬、纖維等)。
在混入細微粒子可能大幅影響重要保安零件的品質、性能、安全性的汽車製造領域,使用光散亂法顯微鏡的異物混入量測為主流。

使用光散射法的汙染物抽出、量測、分析的流程

汽車零件的汙染物分析中,如引擎類的複雜且重藥的零件機購,組裝後就不能進行檢查。因此需使用以下方法一一進行分析。

  1. 以「高壓清洗」等方法洗淨零件,抽出異物(粒子)
  2. 抽出液用膜濾器過濾,讓異物堆積在膜濾器上
  3. 過濾後的膜濾器做為試料,用顯微鏡分析
以「高壓清洗」等方法洗淨零件,抽出異物(粒子)
抽出液用膜濾器過濾,讓異物堆積在膜濾器上

為防止測量值偏差,會用相同的設定驗證粒子數量,並仔細調查是否會成為汽車零件的危險因素。
ISO16232/VDA19的規定中,從異物抽出方法到需要分析的最小粒子尺寸,都制定各種標準,報告也必須根據規格規定格式製作。

異物混入量測、分析的課題解決

使用一般顯微鏡時, 為符合國際規格的要求,人員熟練度與量測結果定量化是非常重要的課題。以顯微鏡自動量測時,鏡頭、CAMERA、照明種類、影像處理軟體的二值化條件(閾值)的設定,都必須支援工業規格的條件。
使用最新的4K數位顯微鏡汙染物量測、分析時,可快速取得細微粒子以及粒子的詳細資訊。以短時間執行符合ISO16232/VDA19的量測、分析與報告編製,效率提升。還可儲存和共享資料,有助於找出汙染發生的原因,場握趨勢, 進而改善製程, 預防再次發生。

高精度且簡單完成符合ISO16232/VDA的清潔度量測、分析

以往的課題

一般顯微鏡要符合工業規格的清潔度量測與詳細觀察,必須花大量時間進行設定,而且要取得正確的分析結果,還必須具備人員的熟練度。

使用4K數位顯微鏡「VHX系列」

可進行符合汽車產業ISO16232/VDA19的清潔度量測。分析拍攝的高解析度、大景深的影像,即使是有凹凸的工件也可進行高精度量測。

此外在「詳細分析模式」下,從膜濾器的全貌影像上選擇任意的汙染粒子,即可自動移動載物台,直接以高倍率進行詳細觀察。相較以往顯微鏡,更輕鬆在短時間內實現汙染物鑑定。再加上景深合成與3D高度量測,即使形狀凹凸,也能進行詳細觀察。

符合ISO16232/VDA19的異物混入量測(膜濾器50×)
符合ISO16232/VDA19的異物混入量測(膜濾器50×)
詳細拍攝模式下可詳細觀察任意部位
詳細拍攝模式下可詳細觀察任意部位

透過自動重現條件、自動校正縮短時間、定量化

以往的課題

一般顯微鏡的每次量測,難以重現照明條件與快門速度(曝光時間)、白平衡等拍攝條件。且必須根據汙染物尺寸選擇正確的鏡頭,作業繁雜且可能因鏡頭選擇錯誤導致誤差的課題。

使用4K數位顯微鏡「VHX系列」

可儲存、重現過去的拍攝條件。只要從相簿中選擇,即可自動重現當時的拍攝設定。除可大幅減少作業工時,即使換人也能用幾乎完全相同的條件觀察工件,取得穩定的分析結果。

只需在相簿中選擇影像,即可自動重現過去的拍攝條件。
只需在相簿中選擇影像,即可自動重現過去的拍攝條件。
重現前
重現前
重現後
重現後

透過高解析度HR鏡頭與電動旋轉器,不用更換鏡頭即可實現20至6000倍的「無縫縮放」,因此可迅速變焦到符合異物尺寸的倍率。而且能自動辨識連接的鏡頭,在管理拍攝影像的同時,也一起管理倍率資料。
再加上「1 PUSH校正」,只要按一下即可自動讀入必要的補正值。可重現異物混入抽出(二值化)時的條件,因此可預防量測數值的偏誤。

高解析度HR鏡頭 電動旋轉器
  1. A. 高解析度HR鏡頭
  2. B. 電動旋轉器
按一下即可自動校正
按一下即可自動校正

清潔度量測、分析的新常識

相較於一般顯微鏡,使用高精細4K數位顯微鏡「VHX系列」可實現壓倒性地高效率化,做到無人為誤差且正確的清潔度量測與分析。

透過最先進的光學、影像處理、自動化技術實現的高精細4K影像,簡單操作即可清晰觀察細微粒子的詳貌,快速取得更精確的分析結果。
拍攝與量測結果可經由「報告功能」輕鬆產出報告,也可在公司內部伺服器共享資料,滿足符合工業規格與確保品質外,還能用來發掘汙染物的發生原因,改善製程。

內建多種功能的「VHX系列」,是提高產品清淨度和高品質的強力夥伴。詳細說明請下載型錄,或洽詢KEYENCE。