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使磨损可见

营销团队

即使是在发动机技术这样的老牌学科领域中,减少摩擦仍然是核心发展目标之一。即使摩擦性能在过去 10 到 15 年有了显著提升:仍然存在优化的空间。为了追踪这些潜力,汽车制造商大众汽车利用 Mahr 和 NanoFocus 的光学 3D 计量技术对其组件进行表面分析。目的是进一步减少发动机内的摩擦。

在未来,内燃机应该更加轻便、燃料消耗更少并且在道路上运转时更环保—同时最好能够进一步提高行驶动力。实现这一宏伟目标的一种方法就是提高整体效率。摩擦损耗在这方面发挥着重要作用。毕竟,克服摩擦会消耗能量,并且摩擦会产生热量,而热量的能量已经无法再供运动使用。同时,摩擦会产生讨厌的噪音,而这些噪音在装有电动机的现代汽车中已不再存在。最后,摩擦还会导致发动机运动部件的磨损。出于这些原因,大众汽车使用一种 3D 光学方法来检查组件相互摩擦的位置以及摩擦强度。

表面会说明发生了什么

从本质上讲,这些都是测量技师 Stefan Rubach 从发动机开发部收到的指令而进行的前后测试。“我们感兴趣的是一个组件在全新状态下和在经过定义的测试运行后的外观情况,”这位工程学士解释说。例如,在穿过更粗糙或更光滑的结构后表面的磨损会变得明显。“但也有可能出现永久性改变表面的缺口,”Rubach 说道。在持续性研发项目的框架内,需要三维光学表面计量来检测这种变化。沃尔夫斯堡的测量技师为此使用了 NanoFocus 的一种设备,该设备现由 Mahr 提供,属于 MarSurf CM explorer 名下。两家公司自 2018 年 4 月开始就一直在这一领域展开合作。使用 MarSurf CM explorer,可以通过光学亦即非接触方式对表面进行扫描,并随后进行分析。结果是一幅三维高度图像。在图像上可以清楚地识别凸起和凹处—即使它们不是以定向方式排列,而是随机分布的。如果测试台上的表面有涂层或有精确引导的空心槽,例如,这些槽为气缸轨道上的机油形成了保留体积,则 3D 分析就更为重要。

 

穿孔隔膜过滤杂散光

Mahr 的 MarSurf CM explorer 作为一种灵活的仪器,在大众汽车的表面计量中得以应用,特别是在需要表面信息的时候。这需要表面细节的精确视图,而不仅仅是轮廓区间,触觉测量也是如此。

CM explorer 的光学测量方法以共焦显微镜技术为基础。特别之处:Mahr 的仪器通过一个旋转针孔片过滤掉物体表面反射的散射光。这样一来,只有相机 CCD 芯片上精确对焦的表面点才会成像。模糊像素将会淡出。第一步,在清楚界定的水平面中生成相应表面的高对比度清晰图像。

为了对表面(浮雕)进行可评估的三维重建,测量设备会自动改变测量范围内的焦点,从而在具有相应轮廓线的不同焦平面上生成一系列图像。

这些图像彼此叠加后生成一幅三维图像,其分辨率甚至可以使纳米级结构清晰可见。平均而言,一个图像栈由 200 到 400 幅单独的图像组成,这些图像在几秒钟内采集,并由测量软件转换为三维高度图像。“我们不创建图像,我们创造浮雕,”Stefan Rubach 强调说。

 

即使在大面积上也具有高分辨率

通过 MarSurf CM explorer,位于沃尔夫斯堡分公司的大众汽车发动机开发部内部测试实验室得以有机会寻找线索。标准透镜的放大倍数为 20 倍,可覆盖 0.8 x 0.8 毫米的测量点。如果需要扩大面积,CM explorer 具有所谓的拼接功能。它将相邻的单个图像组合起来形成一幅整体图像—类似于全景图像。这意味着即使是大块区域也可以用可能达到的最高分辨率进行分析。Mahr 的解决方案也因此名副其实,成就“explorer”的大名:“有很多测量工作,开发者和我们都不知道会发生什么,”Rubach 在描述随后的发现时说道。

为了确保测量结果具有可比性,可重复性在共焦计量中也很重要。由不同的员工在日常实验室工作中进行测量时就更是如此。“计量与信任有很大关系。信任这项技术和使用它的员工,”Rubach 确信。因此,为避免用户出错,硬件和软件的简单可操作性对 Rubach 至关重要。但哪怕是在检查前未完全清洁的组件都会因积垢或灰尘而令结果失真。因此,MarSurf CM explorer 的硬件特别耐用。

 

更切合实际的开发

测得的表面特征轮廓可以作为 PDF 格式的测试报告,用于进一步分析。然而,大众汽车的开发人员使用来自表面测量的原始数据,将测量结果集成到他们的模拟过程中。借助这些未过滤的数据,可以在模拟过程中准确地预测功能和行为。Rubach 和他的同事也因此可以非常紧密地结合实际进行工作。“过去,必须建立计算模型,但今天我们可以模拟真实的表面及其行为,”VW 测量工程师 Rubach 解释说。他继续说道:“我们的开发工作与现实更加贴近。”

文字说明:Mahr 产品经理 Thorsten Höring 与 Mahr 全球关键大客户经理 Jörg Meyer。

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