एअर इलेक्ट्रॉनिक गेजिंग आणि ऑनलाइन SPC

 

 

उत्पादन चालू असताना केल्या जाणाऱ्या तपासणीच्या अहवालासोबत प्रक्रियाक्षमता संबंधित माहिती उत्पादकाला मिळणे उपयुक्त असते. याच विचाराने विकसित करण्यात आलेल्या ट्रायमॉस कंपनीच्या एअर इलेक्ट्रॉनिक गेजिंग आणि ऑनलाइन SPC पद्धतीबद्दल उदाहरणासह सखोल भाष्य करणारा लेख.

 

परिशुद्ध (प्रिसिजन) वस्तुनिर्मितीसाठी अचूक मोजमाप आणि बारकाईने तपासणी आवश्यक आहे. तपासणी कितीही आवश्यक असली, तरीही ती खरे तर मूल्यवर्धन करणारी प्रक्रिया नसते. तपासणीसाठी गुंतविलेला वेळ आणि किंमत यांचे मूल्यांकन, त्यातून मिळणारा निष्कर्ष म्हणजे उत्पादनातील एखादा खराब यंत्रभाग किंवा अॅसेम्ब्ली यशस्वीपणे शोधण्यावरून करणे आवश्यक आहे.

 

प्रक्रियाक्षमता (Cpk) उत्पादनाच्या शक्य तितक्या अधिक वैशिष्ट्यांवर (फीचर) आधारित असली पाहिजे, या तत्वाचे अनुसरण करणे ही उत्पादन क्षेत्रात सर्वमान्य आणि प्रमाणित प्रथा आहे. एकदा प्रक्रियाक्षमता स्थापित झाली की, आपण 100% तपासणीच्या ऐवजी नमुना तपासणी करण्याचा निर्णय घेऊ शकतो आणि तपासणीचा खर्च कमी करू शकतो.

परंतु जिथे 1.33/1.67 किंवा त्यापेक्षा अधिक Cpk स्थापित करणे कठीण असते, अशा वैशिष्ट्यांविषयी काय करायचे? किंवा ज्या प्रक्रियेत उत्पादनाच्या प्रत्येक आवर्तनात (जसे की ग्राइंडिंग) टूलिंगची एका मोजता येईल अशा दराने झीज होते, तिथे काय? अशा प्रक्रियांमध्ये 100% तपासणी करण्याशिवाय गत्यंतरच नसते. बऱ्याचदा, प्रिसिजन बोअर असलेल्या यंत्रभाग आणि रॉडमध्ये असे आढळून येते.

पारंपरिक पध्दतीमध्ये बोअर गेज, मायक्रोमीटर (2 किंवा 3 पॉइंटचे) आणि हातांनी वापरली जाणारी प्रिसिजन गेजिंगची तत्सम उपकरणे वापरून नमुन्यांची तपासणी केली जाते. भारतात गेल्या काही वर्षांमध्ये, एअर गेजिंगदेखील हळूहळू परंतु निश्चितपणे एक व्यवहार्य पर्याय म्हणून वापरले जाऊ लागले आहे. यातील मापनाचे आवर्तन अत्यंत वेगवान आणि मापन अत्यंत अचूक तसेच पुनरावृत्तीक्षम (रिपीटेबल) असल्याने 100% तपासणी सहज करता येते. स्टँडर्ड एअर गेजिंग उत्पादक 10 मायक्रॉनपेक्षा कमी स्तरावरील अचूकता देऊ शकतात. 

जर एखाद्याला याच्याही पुढे जाण्याची इच्छा असल्यास, त्याने जवळजवळ 70 वर्षे एअर गेजिंगमध्ये अग्रगण्य असलेल्या स्टोत्झ (जर्मनी) यांच्यासारख्या वैशिष्ट्यपूर्ण (स्पेशालिटी) एअर इलेक्ट्रॉनिक गेज उत्पादकांचा विचार करावा. सर्वात प्रगत एअर गेजिंग तंत्रज्ञान विशिष्ट परिस्थितीमध्ये 0.05µm इतकी प्रणाली (सिस्टिम) पुनरावृत्तीक्षमता देऊ शकते. बहुतेक मानक कार्यक्षेत्रात, स्टोत्झ 0.2 ते 1.2µm इतकी पुनरावृत्तीक्षमता असलेल्या प्रणाली तयार करते. त्यामुळे बरीच मोजमापे सामान्यत: फक्त काही सेकंदात करता येत असल्यामुळे एक अतिशय वेगवान आणि अचूक मोजमाप प्रणाली आपल्या हातात आली आहे, असे समजण्यास काहीच हरकत नाही.

आपल्यासाठी एअर गेजिंग ही नवीन संकल्पना आहे का? यामागील तत्व फारच सोपे आहे. यामध्ये, माहिती असलेल्या दाबाचा एक नियंत्रित दाबयुक्त हवेचा फवारा (कॉम्प्रेस्ड एअर जेट) लहान छिद्रांमधून पाठविला जातो, जो पुढे जाऊन कार्यवस्तूच्या पृष्ठभागावर आदळतो. मापन प्रणालीच्या रचनेत कार्यवस्तूचा पृष्ठभाग आणि नॉझल यांच्यामधील अंतर खूपच कमी ठेवलेले असते. हवेचा फवारा जेव्हा कार्यवस्तूवर आदळून हवा परत येते, तेव्हा तिचा प्रवाह आणि दाब यांचे परिणामी गुणधर्म मोजले जातात. कार्यवस्तू आणि नॉझल यांच्यामधील प्रत्यक्ष अंतर आणि हे गुणधर्म यांच्यात एक मजबूत परस्परसंबंध असतो. त्याचा उपयोग कार्यवस्तूची परिमाणे (डायमेन्शन) मोजण्यासाठी करता येऊ शकतो. या तत्वामागील संकल्पना चित्र क्र. 1 मध्ये दाखविली आहे.

प्रत्यक्षात, प्रणालीची प्रतिक्रिया निर्धारित करण्यासाठी नॉझलचा व्यास तसेच प्लग/रिंग आणि कार्यवस्तू यांच्यातला क्लिअरन्स हे दोन्ही महत्त्वपूर्ण असतात. प्रणालीचे इनपुट (म्हणजे सोडलेल्या हवेचा दाब, नॉझलचा व्यास), प्रणालीचे व्हेरिएबल (म्हणजे कार्यवस्तूची मोजली जाणारी परिमाणे) आणि प्रणालीचा आउटपुट म्हणजे प्रतिदाबाचे (बॅक प्रेशर) मूल्य यांच्यात अभियांत्रिकी संबंध दर्शविणारा आलेख स्थापित करण्यासाठी या क्षेत्रातील अग्रणींनी खूप काळ पुष्कळ अनुभवजन्य निरीक्षणे केली. चित्र क्र. 2 मध्ये दाखविलेल्या आलेखांमध्ये अशा निरीक्षणांचा प्रातिनिधिक निकाल दाखविलेला आहे. प्रत्यक्ष निकालावर बहुतेकवेळा वैयक्तिक उत्पादकाचा मालकीहक्क असतो, कारण त्याद्वारे साध्य होणारी प्रणालीची अचूकता आणि पुनरावर्तनक्षमता त्या निकालांवरच अवलंबून असते.

एअर गेजिंग प्रामुख्याने ग्राइंडिंग, होनिंग किंवा लॅपिंग यांच्यासारख्या जटिल आणि परिशुद्ध यंत्रण आणि फिनिशिंग प्रक्रिया नियंत्रित करण्यासाठी विकसित केले गेले आहे. याव्यतिरिक्त अतिशय उष्णता, थंडी, कॉस्टिक, स्फोटक आणि अगदी आण्विक अशासारख्या कठोर पर्यावरणीय परिस्थितीसाठीदेखील ते उत्तम आहे. मापन करण्यासाठी जेटमधून हवा पुरविताना, स्टेनलेस स्टीलच्या नलिकांचा वापर केलेली सर्व उपकरणे सुरक्षितपणे बंदिस्त जागेत ठेवता येतात. सामान्यत: एअर गेजिंग अक्षीय दृष्टीने सममित (सिमेट्रिकल) वैशिष्ट्यांचे मापन करण्यासाठी वापरले जाते. उदाहरणार्थ. सिलिंडर, बोअर, शंकू.

1. प्लग किंवा रिंग गेज किंवा मापनाचे हेड : हा घटक प्रत्यक्षात मापन करण्यासाठी कार्यवस्तूमध्ये सरकविला किंवा कार्यवस्तूवर ठेवला जातो. हा प्लग किंवा रिंग आकाराचा घटक कार्यवस्तूच्या यंत्रचित्राला अनुसरून आणि सामान्यत: नॉझल आणि कार्यवस्तूच्या परिमाणांमध्ये 50-200µm चा क्लिअरन्स ठेवता येईल अशाप्रकारे बनविला जातो. दोघांची निवड डिझाइन डाटा टेबलच्या आधारे केली जाते. ही टेबल अनेक अनुभवजन्य अभ्यासाच्या (इम्पिरिकल स्टडी) आधारे विकसित केली गेली आहेत. प्लग किंवा रिंगच्या बॉडीमध्ये यंत्रणाद्वारे हवेचे मार्ग तयार केले जातात. कोणत्या परिमाणाचे मापन करावयाचे आहे, त्यानुसार हवेचे मार्ग सोपे किंवा जटिल असू शकतात. हवेच्या मार्गांच्या डिझाइनचे तांत्रिक ज्ञान, ते तयार करण्याची क्षमता आणि प्लग/रिंग व्यासामध्ये अचूक टॉलरन्स ठेवण्यासाठी, केवळ मान्यताप्राप्त आणि निष्णात पुरवठादाराकडूनच त्याचे डिझाइन आणि उत्पादन करून घेणे आवश्यक आहे. भारतात हाताच्या बोटावर मोजता येतील, इतक्या कंपन्याच चांगले एअर रिंग आणि प्लग गेज बनविण्यामध्ये प्रवीण आहेत. 

2. मास्टर रिंग किंवा प्लग : हे हव्या त्या नॉमिनल परिमाणांनुसार तंतोतंत बनविले जातात. ज्ञात परिमाणानुसार प्रणाली स्थापित आणि पुन्हा कॅलिब्रेट करण्यासाठी ते वापरले जातात. जे उत्पादक प्लग/रिंग बनवितात तेच आपल्यासाठी योग्य मास्टर बनवतील.

3. एअर लाइन आणि कनेक्टर : प्लग/रिंग एअर इलेक्ट्रॉनिक युनिटला जोडण्यासाठी वापरले जातात.

4. एअर इलेक्ट्रॉनिक युनिट : एअर इलेक्ट्रॉनिक युनिटचे सुमारे 5-10 मोठे उत्पादक आहेत. यातील काही उत्पादक साधी नॉन-इलेक्ट्रॉनिक, अॅनालॉग एअर गेज युनिटदेखील तयार करतात. स्टोत्झसारखे स्पेशालिटी उत्पादक 0.1µm पुनरावर्तनक्षमता असणारी युनिट बनवितात.

प्लग आणि रिंग हे एअर गेजिंग प्रणालीमध्ये मापनाच्या अनिश्चिततेचे प्राथमिक स्त्रोत आहेत. म्हणूनच, त्यांचे डिझाइन आणि निर्मिती करताना काळजी घेणे आवश्यक आहे. उत्कृष्ट डिझाइनर अत्यंत जटिल भूमितीय वैशिष्ट्यांचे शीघ्र मापन करण्यासाठी त्यांची निर्मिती करू शकतात. चित्र क्र. 3 मध्ये विशिष्ट भूमिती मोजण्यासाठी निर्माण केलेल्या नमुना एअर जेट डिझाइन दाखविल्या आहेत.

 

 

 

 

 

दर्जेदार उत्पादकांकडे, अगदी जटिल भूमितींवरही उत्तम पुनरावर्तनक्षमता आणि अचूकता मिळू शकते. चित्र क्र. 4, 5, 6 आणि 7 मध्ये दाखविलेल्या प्रतिमांवरून आपल्याला या उत्पादनामध्ये अंतर्भूत तंत्रज्ञानाची आणि विशिष्ट माहितीची कल्पना येईल. उदाहरणार्थ 0.05µm पेक्षा कमी पुनरावर्तनक्षमता देणारे गेज किंवा 0.1 मिमी.पेक्षा कमी बोअरसाठी निर्माण केलेले प्लग गेज.

 

 

 

योग्य इलेक्ट्रॉनिक युनिटची निवड करणे हे अतिशय महत्त्वाचे असते. बाजारात कमी किंमतीची अॅनालॉग किंवा स्टँडर्ड कॉलम युनिट उपलब्ध आहेत. तथापि, इंडस्ट्री 4.0. चा अवलंब करणाऱ्या या युगात, अशा अचूक उपकरणांमध्ये गुंतवणूक करताना पुढे दिलेल्या इतर घटकांवर विचार करणे नक्कीच हितावह ठरते.

•  जेव्हा परिमाणे नियंत्रण मर्यादा किंवा टॉलरन्स मर्यादांच्या जवळ जातात, तेव्हा आपली प्रणाली आपल्याला केवळ जे आहे ते परिमाण दाखविते की तिच्यात धोक्याची सूचना आणि चेतावणी पाठविण्याची क्षमता आहे?
•  यंत्रभाग अस्वीकृत झाल्यास आपल्या प्रणालीमध्ये परत मशीन किंवा सेलकडे आउटपुट पाठविण्याची क्षमता आहे काय?
•  आपल्या प्रणालीमध्ये ऑनलाइन सांख्यिकी प्रक्रिया नियंत्रण (SPC) करण्याची क्षमता आहे का? यंत्रभागांचे मोजमाप करीत असताना, प्रक्रियाक्षमता सारांशांसह आपल्याला लाइव्ह नियंत्रण तक्तेदेखील दिसतात का?
•  आपली प्रणाली आपल्याला मोजमापाच्या सर्व माहितीमध्ये (डाटा) पुढील विश्लेषणासाठी प्रवेश (अॅक्सेस) देऊ शकते का? आपल्याकडे ही माहिती आपल्या नेटवर्कवर परत जतन करण्यासाठी पाठविण्याची क्षमता आहे का?
•  शॉप फ्लोअरवरील ऑपरेटरसाठी आपल्या प्रणालीतील HMI कोणत्या सुविधा देते?
•  आपल्या प्रणालीत लाइव्ह, ऑनलाइन त्रुटी सुधारणा करण्यासाठी मशीनकडे मापनमूल्ये पुनःप्रसारित (रीले) करता येऊ शकतात का?

यापैकी काही प्रश्नांची उत्तरे शोधल्याने आणि आपली विशिष्ट आवश्यकता चांगल्याप्रकारे समजून घेतल्यानंतर, आपल्याला योग्य एअर इलेक्ट्रॉनिक युनिट निवडता येऊ शकते.

एअर इलेक्ट्रॉनिक युनिटच्या सर्वात वरच्या (तरीही परवडणाऱ्या) श्रेणीमध्ये आपल्याला काही उत्पादकांची अशी उपकरणे पहायला मिळतील, ज्यांच्या प्रणालीमध्ये वर सांगितलेल्या सर्व वैशिष्ट्यांचा समावेश असेल. ही उपकरणे वापरून आपल्याला पोकायोके करण्याच्या क्षमतेसह जलद मापन करता येईल, आपल्या सी.एन.सी. मशीनमध्ये माहिती फीड करता येईल आणि आपली प्रक्रियाक्षमता सुधारता येईल, आपल्या ऑपरेटर आणि क्वालिटी कंट्रोल टीमसाठी ऑनलाइन SPC आणि उत्कृष्ट डाटा प्रोसेसिंग आणि संवाद क्षमता मिळेल. त्याशिवाय चित्र क्र. 8 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे सहज ग्राहकानुरूप करण्याजोगे यूजर इंटरफेस स्क्रीन उपलब्ध असतील.

सुमॅक्स एंटरप्रायजेस ही हडपसर, पुणे येथील आघाडीची आणि उच्च उत्पादनक्षमता असलेली कंपनी आहे. हार्ड टर्निंग आणि ग्राइंडिंग यासारख्या काही विशिष्ट प्रक्रियांसाठी, सुमॅक्सला 5 मायक्रॉनच्या आत अचूकतेने मापन करण्याची क्षमता असलेल्या हाय प्रिसिजन उपकरणांमध्ये गुंतवणूक करणे आवश्यक होते. त्याचबरोबर, मशीन टूल चालविणाऱ्या ऑपरेटरकडूनच 100% ऑनलाइन मापन करता येईल इतक्या जलद गतीने मापनाचा आवर्तन काळ असणे, हीदेखील त्यांची गरज होती.

सुमॅक्सने 2016 पासून स्टोत्झ GmbH बरोबर भागीदारी केली आहे आणि त्यांच्या शॉप फ्लोअरवर अनेक एअर गेजिंग युनिट बसविली आहेत. उदाहरणादाखल, सुमॅक्सने स्टोत्झ निर्मित एंट्री लेव्हल एअर गेजिंग युनिटचा रिपीटॅबिलिटी टेस्ट डाटा, ज्याला MSM म्हणतात, तक्ता क्र. 1 मध्ये दिला आहे. ही चाचणी 3 मास्टर वापरून घेण्यात आली होती.

• मास्टर निर्दिष्ट नॉमिनल मूल्यावर आहे.
•  मास्टर नॉमिनल मूल्यापेक्षा 50µm कमी
•  मास्टर नॉमिनल मूल्यापेक्षा 50 µm अधिक

या चाचणीसाठी, तीन भिन्न MSM युनिट वापरली गेली. त्यातील दोन युनिटमध्ये प्रत्येकी 4 न्युमॅटिक पोर्ट होते आणि एकामध्ये 2 न्युमॅटिक पोर्ट होते. हे एकूण 10 इन्स्ट्रुमेंट पोर्ट कॉम्बिनेशन होते. प्रत्येक मास्टरचे प्रत्येक पोर्टवर 3 वेळा मापन केले गेले. म्हणजेच या चाचणीत एकूण 90 मोजमापे घेतली गेली, हा सांख्यिकीय दृष्टीने महत्त्वपूर्ण आकडा आहे.

तक्ता क्र. 1 मध्ये प्रत्येक इन्स्ट्रुमेंट पोर्ट संयोजनासाठी सरासरी विचलन आणि पुनरावृत्ती माहिती दाखविली आहे.

ज्ञात मास्टर मूल्याच्या (उपकरणाच्या अचूकतेचा दर्शक) तुलनेत मोजले गेलेले सरासरी विचलन 1.5µm पेक्षा लहान असल्याचे दर्शविले गेले आहे आणि त्याची पुनरावर्तनक्षमता 1.1µm आहे.

सुमॅक्सने MSM युनिटच्या ऑनलाइन SPC क्षमतांचा जास्तीतजास्त वापर करून, ती पूर्ण क्षमतेसह ऑनलाइन कार्यान्वित केली आहेत. चित्र क्र. 9 मध्ये दाखविलेल्या आलेखामध्ये प्रक्रियेची दीर्घकालीन क्षमता दाखविण्यासाठी एका विशिष्ट कालावधीत मोजल्या गेलेला माहितीचा प्रातिनिधिक तक्ता दिला आहे. एअर गेजिंग युनिटमधून मिळणारी ऑनलाइन माहिती त्यांच्या सी.एन.सी. मशीनकडे प्रत्येक यंत्रभागातील त्रुटी सुधारण्यासाठी परत पाठविण्याची प्रक्रिया भारतात सुमॅक्सने प्रथम सुरू केली. त्यांच्या साइटवर डेमो आयोजित केले जातात, ज्यात हा सेटअप आणि त्यांनी तो ज्या मशीनवर अंमलात आणला आहे, तेथील प्रक्रियेची क्षमता पाहता येऊ शकते.

 

 

एअर इलेक्ट्रॉनिक गेजिंग आपल्या उत्पादन प्रक्रियेमध्ये अमूलाग्र रूपांतर करू शकते.

•  जिथे आपल्याला हाताने वापरण्याची कमी अचूक उपकरणे वापरून नमुना तपासणी करावी लागत असे, तिथे आता काही सेकंदामध्ये असलेल्या तपासणी आवर्तन काळामुळे आपल्याला आता 100% तपासणी करता येईल.
•  हाताने वापरण्याच्या उपकरणांच्या तुलनेत आपल्याला चांगली अचूकता आणि पुनरावर्तनक्षमता मिळेल.
•  आपण आपल्या उत्पादन सेलमध्ये एअर गेजिंग उपकरणे इंटिग्रेट करू शकता. तसे केल्याने, जेव्हा अस्वीकृती आढळेल तेव्हा आपण पोकायोके करू शकाल.
•  ऑनलाइन त्रुटी सुधारण्यासाठी आपण या प्रणालीला आपल्या मशीनसह इंटिग्रेट करू शकता. उदाहरणार्थ, सी.एन.सी. ग्राइंडिंग सेलमध्ये, ग्राइंडिंग व्हील जसे झिजत जाते, तसे ते हळूहळू कार्यवस्तूच्या अधिक जवळ नेता येऊ शकते, कारण व्हील झिजल्यामुळे यंत्रभागांच्या परिमाणात होणारा बदल प्रणालीला समजेल. जेव्हा व्हीलचे पुन्हा ड्रेसिंग होईल, तेव्हा आपण शास्त्रीय पद्धतीने टॉलरन्स सेट करू शकाल.
•  इंटिग्रेटेड एअर गेजिंग युनिट असल्यावर, आपण आपली प्रक्रियाक्षमता 2 किंवा त्याहून अधिक करू शकाल.
•  या सर्वांसाठी एअर गेजिंग युनिटमध्ये केलेल्या गुंतवणुकीशिवाय कारखान्याच्या पायाभूत सुविधांमध्ये कोणताही बदल करण्याची आवश्यकता नाही. एअर गेज कारखान्यातील हवेच्या मानक पुरवठ्याचा वापर करतात, ज्यात पुरवठा बिंदूवर नेहमीसारखे फिल्टर रेग्युलेटर युनिट लावलेले असते.

स्टोत्झ हा एअर इलेक्ट्रॉनिक गेजिंगचा एक अग्रगण्य जर्मन ब्रँड आहे. 1952 पासूनच्या या क्षेत्रातील अनुभवाच्या आधारावर ते या उद्योग क्षेत्रातील अध्वर्यू आहेत. स्टोत्झचे अस्तित्व भारतात पूर्वी कमी प्रमाणात होते. हीरो मोटर्स आणि VE कमर्शियल वाहनांसारख्या मोठ्या कारखान्यांमध्ये त्यांची उत्पादने वापरली जात असत. मेट्रोलॉजी उपकरणांची विक्री आणि सर्व्हिसिंग या क्षेत्रातील अनुभवी, ट्रायमास्टर मेट्रॉलॉजी ही पुण्यातील कंपनी, स्टोत्झचे भारतात प्रतिनिधित्व करीत आहे.