BUDOWA MASZYN I ZARZĄDZANIE PRODUKCJĄ

Transkrypt

1 Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej BUDOWA MASZYN I ZARZĄDZANIE PRODUKCJĄ Poznań 2007 Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej

2 Komitet Redakcyjny serii Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją dr hab. inż. MACIEJ KUPCZYK, prof. nadzw.; dr hab. inż. ANDRZEJ MODRZYŃSKI, prof. nadzw.; dr hab. inż. MARIAN OSTWALD, prof. nadzw.; dr hab. inż. ALEKSANDRA PERTEK-OWSIANNA, dr hab. inż. EDWARD PAJĄK, prof. nadzw. (przewodniczący); mgr inż. KRZYSZTOF ŻYWICKI (sekretarz) Seria ta stanowi kontynuację Zeszytów Naukowych Politechniki Poznańskiej Mechanika (numer 49., ostatni, ukazał się w 2003 r.) Projekt okładki Piotr Gołębniak Utwór w całości ani we fragmentach nie może być powielany ani rozpowszechniany za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich. Wydanie I ISSN Copyright by Politechnika Poznańska, Poznań 2007 WYDAWNICTWO POLITECHNIKI POZNAŃSKIEJ pl. M. Skłodowskiej-Curie 2, Poznań tel. +48 (61) , faks +48 (61) office_ed@put.poznan.pl, Sprzedaż publikacji: Księgarnia Politechnik ul. Piotrowo 3, Poznań tel. +48 (61) ; faks +48 (61) politechnik@politechnik.poznan.pl, Druk i oprawa: Comprint, ul. Heleny Rzepeckiej 26A, Poznań, tel comprint@comprint.com.pl

3 SPIS TREŚCI 1. Paweł ANDRAŁOJĆ Analiza możliwości pomiarów nanotopografii... Analysis of possibility of nanotopography measurements Przemysław CIESZKOWSKI, Maciej KUPCZYK, Przemysław LIBUDA, Piotr SIWAK Wpływ podłoża na wyniki badań podatności na kruche pękanie cienkiej powłoki przeciwzużyciowej CrN... Influence of substrates on susceptibility to brittle cracking results of the CrN thin wear-resistant coating Magdalena DIERING, Edward PAJĄK The online method conception for measurement system analysis... Koncepcja online w analizie systemów pomiarowych Adam KOPCZYK, Krzysztof MAGNUCKI Analiza pękania koła czerpakowego koparki KWK 1500S... Analysis of fissuring of dipper wheel of excavator KWK 1500S Przemysław LIBUDA, Maciej KUPCZYK, Przemysław CIESZKOWSKI, Piotr SIWAK Ocena i propozycja modyfikacji modeli wyznaczania mikrotwardości cienkich, twardych powłok osadzonych na ostrzach skrawających ze stali szybkotnącej... Estimation and proposal of microhardness patterns modification of thin solid films coated on high-speed steel Dariusz MAĆKOWIAK, Edward PAJĄK, Krzysztof ŻYWICKI Wykorzystanie koncepcji lean manufacturing w doskonaleniu produkcji... Lean manufacturing to use to improve production Piotr PACZOS, Przemysław ZAWODNY Badania doświadczalne oraz wykorzystanie systemu ABAQUS do szacowania wartości sił krytycznych belek zimnogiętych... Experimental investigation and using the ABAQUS system for assessing value of critical forces cold-formed beams Michał ROGALEWICZ, Robert SIKA ProdBalance narzędzie do bilansowania zdolności produkcyjnych systemu produkcyjnego... ProdBalance tool to help with balancing of production capacity Piotr SIWAK, Maciej KUPCZYK Specjalne oprzyrządowanie do wytaczania i nagniatania powierzchni otworu stożkowego Special instrumentation for boring and burnishing of the conical surface of hole

4 Spis treści Paweł SWORNOWSKI The virtual coordinate measuring machine applications Wirtualna współrzędnościowa maszyna pomiarowa aplikacje Tadeusz WEGNER, Maciej OBST Przebieg procesu jednoosiowego rozciągania w przestrzeni głównych składowych odkształcenia Single axial tension process in the space of principal strains components Radosław WILDE, Piotr ZBORAŁA Przegląd teorii laminowanych kompozytowych płyt i powłok stosowanych w budowie zbiorników cienkościennych Review of different theories of laminated composite plates and shells for pressure vessels Radosław WILDE, Piotr ZBORAŁA Przegląd podstawowych hipotez lini łamanej płyt i powłok kompozytowych 165 Review of basic broken-line hypothesis for composite plates and shells Jan ŻUREK, Olaf CISZAK, Robert CIEŚLAK, Marcin SUSZYŃSKI Metodyka projektowania ergonomicznego stanowiska montażu ręcznego Methodology of designing the ergonomic-based manual assembly workstation 187

5 ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI POZNAŃ SKIEJ Nr 7 Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją 2007 PAWEŁ ANDRAŁOJĆ ANALIZA MOŻLIWOŚCI POMIARÓW NANOTOPOGRAFII Rozwój technologiczny wymusza w metrologii konieczność pomiaru chropowatości o wysokościach mieszczących się w skali nano. Coraz częściej potrzebne jest uzyskanie nie tylko parametrów 2D, ale także obrazu powierzchni. W artykule przedstawiono porównanie metod pomiaru nanotopografii o największej pionowej rozdzielczości, w których wykorzystuje się takie urządzenia, jak mikroskopy sondy skanującej, interferometry i profilometry. Słowa kluczowe: AFM, STM, nanotopografia, VSI, PSI 1. WPROWADZENIE Pierwszym urządzeniem skonstruowanym specjalnie do pomiaru nanotopografii powierzchni był zbudowany w 1982 r. przez G.Binniga i H. Rohrera w laboratorium IBM w Zurichu tunelowy mikroskop skaningowy [1]. Miał on służyć do obserwacji w skali nano powierzchni tlenków metali użytych jako izolator w złączu Josephsona. W ciągu następnych lat opracowano wiele rodzajów mikroskopów z sondą skanującą (SPM) (rys. 1), które miały za zadanie rozszerzenie możliwości badania nanotopografii. Na początku lat 90. pojawiły się urządzenia umożliwiające pomiary z rozdzielczością pionową zbliżoną do rozdzielczości SPM (rys. 2), działających z wykorzystaniem innych zjawisk fizycznych m.in. interferencji światła jako fali elektromagnetycznej. Rys. 1. Rodzina mikroskopów z sondą skanującą (SPM) Fig.1. The family of scanning probe microscopes

6 6 P. Andrałojć Rys. 2. Systemy 3D do pomiaru nantopografii powierzchni Fig. 2. The systems of nanotopografy surface measurements Pierwszymi tego typu urządzeniami były PSI, czyli interferometry przesunięcia fazy, wykorzystywane do pomiaru powierzchni bardzo gładkich. Po wielu próbach udało się opracować metodę pozwalającą mierzyć powierzchnie o większych nierównościach z użyciem przyrządu do pomiaru za pomocą światła białego tzw. interferometru pionowego skanowania. Udoskonalenie głowic w profilometrach stykowych, a także użycie materiałów o zerowym współczynniku rozszerzalności cieplnej, pozwoliły osiągnąć wymaganą przy pomiarze nanotopografii rozdzielczość. 2. MIKROSKOPY Z SONDĄ SKANUJĄCĄ 2.1. Skaningowy mikroskop tunelowy Mikroskopy z sondą skanującą (SPM) jako pierwsze osiągnęły rozdzielczość obrazowania mieszczącą się w skali nano. Pierwszym SPM był opracowany przez Binninga i Rohera w 1982 r. tunelowy mikroskop skaningowy (STM). Mikroskop ten działał na zasadzie pomiaru natężenia prądu tunelowego między ostrzem a próbką. Do tej pory jest to najczulszy SPM o rozdzielczości pionowej do 0,1 Å. Ze względu na zależność natężenia prądu tunelowego od odległości między próbką a ostrzem (rys. 3B) konieczne jest, aby ostrze było zakończone pojedynczym atomem i miało kształt doskonałego ostrosłupa lub stożka. Każdy dodatkowy atom biorący udział w tunelowaniu powoduje błędy w obrazowaniu powierzchni badanej.

7 Analiza możliwości pomiarów nanotopografii 7 Rys. 3. (A) zjawisko tunelowania elektronu; V o wysokość bariery potencjału, E1 energia elektronu, d szerokość bariery, T prawdopodobieństwo tunelowania; (B) natężenie prądu tunelowego I zależnie od odległości d [10] Fig. 3. (A) The electrons tunneling effect: V 0 potential barrier, E1 electron s energy, d barrier width, T probability of tunneling; (B) Graph of the tunneling current I for distance between tip and testing surface [10] Ograniczenie możliwości pomiarowych STM do przewodników, półprzewodników i nadprzewodników spowodowało, że konieczne było opracowanie mikroskopu, którego działanie opierałoby się na innych zjawiskach fizycznych. W 1985 r. Binning opracował mikroskop sił atomowych (AFM), działający z wykorzystaniem sił van der Waalsa (rys. 4) i pozwalający wykonywać pomiar nanotopografii powierzchni wszystkich rodzajów materiałów. W ciągu kolejnych lat nastąpił gwałtowny rozwój mikroskopii sondy skanującej, powstało wiele mikroskopów opartych na różnego typu zjawiskach fizycznych pozwalających na obrazowanie topografii próbki i jednoczesny pomiar takich parametrów, jak elastyczność, twardość, współczynnik tarcia itp. Rys. 4. Wykres przedstawiający siły działające na ostrze w AFM [2] Fig. 4. Force between probe and surface vs. distance curve [2]

8 8 P. Andrałojć 2.2 Skaningowy mikroskop optyczny bliskiego zasięgu (NSOM) Wszystkie te urządzenia, choć ich działanie opiera się na różnych oddziaływaniach między sondą a próbką, są zbudowane bardzo podobnie; jedynym mikroskopem wyróżniającym się w tej grupie jest mikroskop optyczny bliskiego za- Rys. 5. Mikroskopy optyczne: A optyczny mikroskop skaningowy bliskiego zasięgu, B mikroskop optyczny Fig. 5. Optical microscopes: A Near-field Scanning Optical Microscopy, B Classic optical microscope sięgu. Wykorzystano w nim zamiast dźwigni z ostrzem tzw. lejek świetlny, czyli próbnik będący zakończeniem światłowodu. Średnica otworu na końcu lejka jest znacznie mniejsza niż długość fali (λ) świetlnej użytej do badania próbki. Drugą wielkością ważną dla działania NSOM jest odległość lejka od badanej powierzchni, która też musi być znacznie mniejsza od λ (rys. 5). Dzięki takiej konstrukcji uzyskano dziesięciokrotne zwiększenie rozdzielczości pionowej w porównaniu do standardowych mikroskopów optycznych. W odróżnieniu od innych SPM, które, przedstawiając powierzchnię, nadają jej kolory wybrane przez komputer, NSOM prze- Rys. 6. Głowica zakończona tzw. lejkiem świetlnym (Nanopics INC) Fig. 6. NSOM probe

9 Analiza możliwości pomiarów nanotopografii 9 kazuje obraz rzeczywistych kolorów badanej próbki. Mikroskopy tego typu pracują w dwóch trybach: transmisyjnym dane na temat topografii powierzchni uzyskuje się ze światła, które przeszło przez próbkę; odbiorczym zbierane jest światło odbite od próbki i na tej podstawie tworzony jest obraz powierzchni Mikroskopy sił atomowych Z punktu widzenia budowy maszyn najbardziej przydate ze względu na rozdzielczość i uniwersalność są mikroskopy z grupy AFM. Mogą one pracować w trzech trybach: kontaktowym C-AFM w zakresie sił odpychających (rys. 2), mierzone jest ugięcie się dźwigni; bezkontaktowym NC-AFM dźwignia pomiarowa wprawiana jest w drganie o częstotliwości bliskiej rezonansu, a detektor bada zmianę amplitudy lub częstotliwości drgań; z kontaktem przerywanym ICM-AFM podobnie jak w trybie bezkontaktowym dźwignia wprawiana jest w drgania, jednak drga znacznie bliżej powierzchni próbki i co pewien czas jej dotyka. Wychylenie dźwigni mierzy się najczęściej za pomocą fotodetektora sprawdzającego przesunięcie wiązki laserowej odbitej od dźwigni. W celu zwiększenia dokładności odczytu ugięcia dźwigni w C-AFM stosuje się czasami skaningowy mikroskop tunelowy, a w pozostałych trybach stosuje się specjalne materiały zmieniające opór elektryczny, np. przy zmianie kształtu nanorurki. Każdy z tych trybów ma wady i zalety, które należy uwzględnić przy wyborze metody badania danej próbki. 3. INTERFEROMETRY Maksymalna rozdzielczość mikroskopów optycznych wynosi ok. 500 nm. Jest to związane z ograniczeniami optyki, ale przede wszystkim z falą elektromagnetyczną użytą do pomiaru, czyli falą światła widzialnego. Jednym ze sposobów pokonania tego ograniczenia jest użycie fali o innej długości, np. wiązki elektronów, która, jak każde ciało będące w ruchu, jest źródłem fali elektromagnetycznej. Innym wyjściem jest skorzystanie ze zjawiska interferencji, czyli nałożenia się dwóch fal.

10 10 P. Andrałojć 3.1. PSI interferometry przesunięcia fazy Interferometry przesunięcia fazy (PSI) odwzorowują topografię powierzchni z bardzo niskim poziomem szumów i wysoką dokładnością, ale aby uniknąć błędów, różnica między dwoma sąsiednimi punktami obrazu musi być mniejsza niż jedna czwarta długości fali. Zazwyczaj używane jest światło czerwone, uzyskiwane dzięki monochromatyzacji za pomocą filtra światła białego (rys. 8). Rys. 7. Schemat budowy PSI zbudowanego na bazie interferometru Michelsona firmy Veeco [14] Fig. 7. Scheme of PSI with Michelson Interferometer. Made by Veeco [14] Światło ze źródła po przejściu przez monochromator zostaje podzielone na dwie wiązki, z których jedna pada na kamerę CCD służącą do analizy obrazu, a druga kierowana jest na obiektyw. W interferometrach do pomiaru topografii powierzchni najczęściej stosuje się konstrukcje Michelsona, Fizau lub Mirau. Wiązka pomiarowa w obiektywie pada na płytkę światłodzielącą; połowa wiązki pada na powierzchnię referencyjną, a reszta na badaną powierzchnię. Po odbiciu obie wiązki wracają i interferują ze sobą. Obraz zapisywany jest przez kamerę CCD, po czym piezoelement przymocowany do powierzchni referencyjnej przechyla ją o pewien niewielki i znany kąt w celu uzyskania przesunięcia faz między oboma wiązkami. System zapisuje różnice w natężeniu prążków interferencyjnych zależnie od wychylenia powierzchni. Na podstawie tych zmian tworzony jest obraz powierzchni VSI interferometry skanowania pionowego W tego typu interferometrach do tworzenia obrazu topografii powierzchni wykorzystuje się światło białe składające się z wielu fal elektromagnetycznych o różnych długościach. Z warunku na położenie prążka jasnego wiadomo, że jest

11 Analiza możliwości pomiarów nanotopografii 11 ono wprost proporcjonalne do długości fali, a co za tym idzie, prążki rzędu n > 1 dla różnych kolorów światła są przesunięte względem siebie (rys. 8). Rys. 8. Położenie prążków interferencyjnych dla światła o różnych długościach fal [14] Fig. 8. Sets of fringes for different wavelengths of light [14] Maksymalne natężenie prążków interferencyjnych występuje, jeżeli drogi optyczne wiązki odbitej od powierzchni referencyjnej i powierzchni badanej są sobie równe. Dlatego, aby zbadać powierzchnię, obiektyw interferometru musi się poruszać w pionie; stąd nazwa tej metody. Ruch ten jest wykonywany dzięki skanerowi z elementu piezoelektrycznego. Nałożenie prążków od różnych fal powoduje szybki spadek natężenia sygnału, co widać na rys. 9. Rys. 9. Suma sygnałów o różnej długości fali tworzy zestaw prążków o szybko malejącej modulacji [14] Fig. 9. The sum of all interference signals form a fringe pattern with quickly decreasing modulation [14] Obraz topografii powierzchni tworzony jest dzięki wykorzystaniu warunku na maksymalne natężenie prążków, czyli równości dróg optycznych.

12 12 P. Andrałojć Tabela 1 Porównanie PSI i VSI Comparison PSI and VSI Typ PSI VSI Światło monochromatyczne białe Zakres* 160 nm 1 mm Rozdzielczość pozioma minimum 50 nm Rozdzielczość pionowa 0,1 0,3 nm 1 3 nm *Maksymalna wysokość nierówności możliwa do zmierzenia. 4. PROFILOMETRY Rys. 10. NanoSurf IV profilometr zbudowany przez NPL [8] Fig. 10. NanoSurf IV The profilometers was made by NPL [8] Dzięki zastosowaniu w profilometrach interferometrów laserowych, które odczytują wartości wychylenia końcówki pomiarowej w głowicy, uzyskano zwiększenie dokładności pomiarów. Dodatkowo, aby ograniczyć wpływ temperatury na urządzenie, stosuje się do ich konstrukcji materiały o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej, tzw. ZERODUR, a także łożyska ze specjalnego polimeru. Te wszystkie zabiegi konstrukcyjne pozwoliły uzyskać wyniki o niepewności na poziomie 1,3 nm w osiach X i Z. Przykładem tego typu urządzenia jest zbudowany przez Narodowe Laboratorium Fizyki w Wielkiej Brytanii NanoSurf IV (rys. 10). 5. OCENA MOŻLIWOŚCI POMIARU NANOTOPOGRAFII Na rynku pojawiają się coraz nowsze urządzenia do zastosowań w pomiarach nanometrycznych, np. COXI połączenie interferometru laserowego z interferometrem rentgenowskim o rozdzielczości 0,192 nm. Jednak należy zdać sobie sprawę, gdzie znajduje się obecnie granica stosowalności w pomiarach topografii powierzchni części maszyn, pozwalająca wyodrębnić urządzenia o rozdzielczości przydatnej na razie tylko w fizyce i biologii. Dokonując wyboru, należy równocześnie zwrócić uwagę na rodzaj materiałów, które będą badane, a także na analizowany zakres chropowatości. Również czas potrzebny na wykonanie

13 Analiza możliwości pomiarów nanotopografii 13 pomiaru jest bardzo ważnym czynnikiem, który często decyduje o zakupie danego typu urządzenia, zwłaszcza do zakładu produkcyjnego. Tabela 2 Porównanie możliwości pomiarowych różnych urządzeń stosowanych w pomiarach 3D powierzchni The comparison of measurements ability for equipments for 3d surface measurement Typ Zjawisko fizyczne Rozdzielczość Stosowalność STM AFM Interferometr SP zjawisko tunelowania siły międzyatomowe interferencja profil powierzchni V<0,1 Å L 1Å V<1 Å L 10Å V ~ 1 Å L* 500Å V 10 Å L 1000Å ciała stałe, przewodniki, półprzewodniki, nadprzewodniki ciała stałe, ciekłe kryształy, ciecze STM+izolatory ciała stałe, ciekłe kryształy, ciecze ciała stałe * Rozdzielczość ta zależy od zastosowanej metody przesuwu poprzecznego: dla profilometrów jest to stolik mechaniczny, w STM i AFM używany jest skaner piezoelektryczny a w interferometrach rozdzielczość ta zależy wyłącznie od zastosowanej optyki. Najbardziej uniwersalnym urządzeniem (tabela 2), a co za tym idzie, przydatnym w placówkach badawczych, jest AFM, a także, ze względu na szybkość pomiaru i zbliżoną rozdzielczość pionową oraz większy pionowy zakres pomiarowy, interferometr VSI. Bardzo duża rozdzielczość i ograniczona stosowalność powodują, że obecnie STM jest urządzeniem bardziej przydatnym dla fizyków niż mechaników. LITERATURA [1] Barbacki A. (red.), Mikroskopia elektronowa, Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań [2] Bentar L., Holland R., STM/AFM. Mikroskopy z sondą skanującą, 2002 ( [3] Binning G., Rohrer H., Gerber Ch., Weibel E., Appl. Phys. Lett., 40, 178, [4] Binning G., Rohrer H., Helv. Phys. Acta, 55, 726, [5] Fan H., Reading I., Fang Z.P., Research on tilted coherent plane white light interferometry for wafer bump 3D inspection, SIMTech technical reports, Vol. 7, No. 1, Jan Mar [6] Fan H., Reading I., Fang Z.P., Research on tilted coherent plane white light interferometry for wafer bump 3D inspection, SIMTech technical reports, Vol. 7, No. 1, Jan Mar [7] Griffith J.. Scanning Probe Microscopy: Training Notebook ( edu/documents/afmfacility/spm_training_notebook_v3.pdf). [8] National Institute of Physics (

14 14 P. Andrałojć [9] Novak E., Wan D.-S., Unruh P., Schmit J., Dynamic MEMS Measurement Using a Strobed Interferometric System with Combined Coherence Sensing and Phase Information, Veeco Metrology. [10] Obrazowanie i analiza pomiarów skaningowym mikroskopem tunelowym STM ( [11] Pahk. H.J., A New 3D Inspection System for Micro Mechanical Parts using Interferometry based Optical Technology ( UCB_2002_07.pdf). [12] Patorski K. (red.), Interferometria laserowa z automatyczną analizą obrazu, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa [13] Sugiyama M. Theories of Learning and Their Applications to Signal and Image Processing, [14] Veeco Inc. ( Recenzent: prof. dr inż. Jan Chajda ANALYSIS OF POSSIBILITY OF NANOTOPOGRAPHY MEASUREMENTS S u m m a r y Because of technological growth metrology is made to take measurements of surface roughness in nanometer scale and visualizing the surface nano-texture. This article is presented comparison between methods of nanotopografy with the best vertical resolution e.g. scanning probe microscopy, interferometers and stylus profilometers. Key words: AFM, STM, nanotopografy, nanometrology, PSI, VSI mgr inż. Paweł Andrałojć Politechnika Poznańska, Instytut Technologii Mechanicznej, Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych, pl. M. Skłodowskiej-Curie 5, Poznań, tel. +48 (61) , andralojc1234@poczta.onet.pl

15 ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI POZNAŃ SKIEJ Nr 7 Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją 2007 PRZEMYSŁAW CIESZKOWSKI, MACIEJ KUPCZYK, PRZEMYSŁAW LIBUDA, PIOTR SIWAK WPŁYW PODŁOŻA NA WYNIKI BADAŃ PODATNOŚCI NA KRUCHE PĘKANIE CIENKIEJ POWŁOKI PRZECIWZUŻYCIOWEJ CrN Biorąc pod uwagę niezwykle istotny wpływ kruchości na trwałość materiałów powłokowych osadzonych na ostrzach skrawających pracujących w warunkach pracy uderzeniowej, podjęto się przeprowadzenia badań podatności powłok na kruche pękanie, a więc określenia ich przydatności do ochrony ostrza skrawającego pracującego w tych warunkach. W pracy ukazano wpływ podłoża na wyniki badań podatności na kruche pękanie powłoki CrN. Słowa kluczowe: powłoki przeciwzużyciowe, metoda łukowo-plazmowa, podatność na kruche pękanie, praca pękania 1. WPROWADZENIE Odporność materiałów na ścieranie jest na ogół tym większa, im większa jest ich twardość [1 4, 9]. Stąd też na ostrza skrawające stosuje się powszechnie bardzo twarde materiały podłożowe i powłokowe. Twarde lub supertwarde powłoki osadzone na ostrzach narzędzi skrawających w zależności od warunków skrawania podlegają w większym lub mniejszym stopniu typowemu zużyciu ściernemu. Jak wykazały wcześniejsze badania [4 6], proces zużycia powłok w warunkach pracy uderzeniowej (np. dłutowania obwiedniowego) następuje przede wszystkim poprzez ich pękanie, rozdrobnienie i odpadanie mikropłatków powłoki, a tylko w ograniczonym stopniu przez typowe zużycie ścierne. Rozdrobnienie powłoki jest związane z jej odpornością na inicjację i rozprzestrzenianie się pęknięć. Destrukcyjny wpływ powstałej szczeliny (pęknięcia) jest szczególnie groźny w materiałach kruchych z uwagi na znaczną prędkość jej propagacji. Pęknięcie kruche przebiega bowiem przy minimalnej dyssypacji energii wskutek braku odkształceń plastycznych. W materiałach

16 16 P. Cieszkowski, M. Kupczyk, P. Libuda, P. Siwak plastycznych powstaje zaś plastyczne płynięcie na końcach szczeliny, powodujące umocnienie materiału i znaczne zmniejszenie prędkości propagacji. Nie mniej istotnym czynnikiem wpływającym na pękanie powłoki jest również rodzaj podłoża, na jakim została ona osadzona. Inaczej będzie zachowywała się powłoka osadzona na ostrzu ze stali szybkotnącej, a inaczej osadzona na węglikach spiekanych, ceramice narzędziowej, czy też na ostrzach z materiałów supertwardych. Jest to związane m.in. z innym charakterem odkształcania się różnych materiałów narzędziowych pod wpływem nacisków występujących w strefie skrawania, co opisano w pracach [4, 6]. Biorąc powyższe pod uwagę, podjęto badania mające na celu ocenę podatności na kruche pękanie powłoki z azotku chromu z uwzględnieniem zastosowanego podłoża. 2. METODYKA BADAŃ 2.1. Rodzaje podłoży zastosowanych w badaniach Jako podłoża użyto w badaniach płytek skrawających z trzech gatunków węglików spiekanych: z grupy zastosowania K węglik H15X o twardości 1550HV30, z grupy zastosowania M węglik SM25 o twardości 1550HV30, z grupy zastosowania P węglik S40S o twardości 1200HV30. Dobrano je z myślą o późniejszych badaniach eksploatacyjnych i w ten sposób, aby płytki skrawające reprezentowały główne grupy zastosowań węglików spiekanych na ostrza skrawające Powłoka zastosowana w badaniach i warunki jej wytwarzania Powłokę jednowarstwową CrN o barwie srebrnoszarej wytworzono metodą łukowo-plazmową. Do istotniejszych warunków procesu wytwarzania powłok należy zaliczyć [10]: uzyskanie wysokiej próżni za pomocą pompy dyfuzyjnej ( Pa), grzanie wsadu ( ºC czas ok. 2 3 h), oczyszczanie jonowe ok. 10 min, w tym czasie dozowanie argonu, przyłożenie wysokiego napięcia (500 V), odcięcie dopływu argonu i odpompowanie resztki argonu, wytworzenie par metalu przez zmniejszenie napięcia od 400 V do 64 V, z dozowaniem argonu,

17 Wpływ podłoża na wyniki badań podatności 17 wyłączenie dopływu argonu i dozowanie azotu (proces ten trwa ok. 3 h), zakończenie procesu przez ostudzenie wsadu i wyrównanie ciśnienia (proces ten trwa ok. 1 h) Metodyka oceny podatności na powstawanie pęknięć Geneza metody pomiaru podatności na powstawanie pęknięć Przez wiele lat usiłowano znaleźć właściwą metodę oceny kruchości twardych materiałów narzędziowych. Nie powiodły się próby wykrycia związku pomiędzy kruchością a parametrami wytrzymałościowymi materiałów stosowanych na ostrza skrawające. Nawet w przypadku pomiarów wytrzymałości na zginanie wykazano niewielki związek podczas badania różnych gatunków węglików spiekanych. Zadowalające rezultaty uzyskano dopiero przy pomiarach twardości. Podczas badań twardości kruchych materiałów metodą Vickersa przy odpowiednio wysokich obciążeniach zaobserwowano występowanie pęknięć rozchodzących się od wierzchołków powstałego odcisku. W wyniku tych prób wykazano, że istnieje związek między kruchością materiałów a długością powstałych pęknięć. Opis metody pomiaru kruchości przedstawił jako pierwszy Palmqvist. Zdefiniował on ponadto wzór na pracę pękania A k dla materiałów objętościowych [7, 8] Metodyka obliczania podatności na powstawanie pęknięć oraz pracy pękania Metoda Palmqvista polega na wciskaniu wgłębnika, mającego postać foremnego, czworokątnego ostrosłupa diamentowego o kącie dwuściennym α = = 136, w płaską powierzchnię elementu badanego pod obciążeniem P działającym prostopadle do tej powierzchni. Jak już wcześniej nadmieniono, podczas wykonywania odcisku powstają pęknięcia rozchodzące się od wierzchołków powstałego odcisku (rys. 1).

18 18 P. Cieszkowski, M. Kupczyk, P. Libuda, P. Siwak Rys. 1. Schematyczne przedstawienie odcisku diamentowego wgłębnika Vickersa i pęknięć podłoża Fig. 1. Schematic presentation of the pyramidal diamond indenter indentation and the cracks of substrate Wartością uwzględnianą w obliczeniach podatności materiału na kruche pękanie jest suma długości pęknięć: L i = L i1 + L i2 + L i3 + L i4. (1) Kolejnym etapem w wyznaczaniu podatności materiału na kruche pękanie było określenie średniej sumarycznej długości pęknięć dla poszczególnych obciążeń pomiarowych P i = 6 oraz liczby prób (powtórzeń) n = 3 (dla podłoża) lub 5 (dla powłoki): n 1 Li = L i. (2) n i= 1 Według Palmqvista podatność na powstawanie pęknięć a 1 jest to tangens kąta α pokazany na rys. 2: Li μm a1 = tgα = P P N. (3) i 0 W przedstawionych badaniach wartość kąta α określono na podstawie wcześniej wyznaczonego równania prostej (linii trendu) z użyciem programu Microsoft Excel.

19 Wpływ podłoża na wyniki badań podatności 19 Suma długości pęknięć L śred. i [μm] Średnia sumaryczna długość pęknięć w funkcji obciążenia pomiarowego α 0P P i Li Obciążenie pomiarowe [N] Rys. 2. Wyznaczenie podatności na kruche pękanie wg Palmqvista [7] na podstawie wartości kąta α Fig. 2. Determination of the susceptibility to brittle cracking by Palmqvist [7] on the base of the value of α angle Przy założeniu, że dla krytycznej wartości obciążenia pomiarowego P k głębokość odcisku wynosi h k, zaś przekątna odcisku d k oraz stosunek h k /d k = = 0,143, pracę pękania A k wyznacza się z zależności [7, 8]: A k = h d 2 Pk dhk = VH k d k /1,8544) 0 0 ( 0,143dd, (4) k A k =, 49 P k 6 Pk [G cm]. (5) HVk A zatem w jednostkach SI: A k =, 62 P k 6 Pk [N mm]. (6) HVk

20 20 P. Cieszkowski, M. Kupczyk, P. Libuda, P. Siwak 2.4. Warunki przeprowadzenia badań Na płytkach z węglików spiekanych typu H15X, SM25 i S40S niepowleczonych wykonano po trzy odciski, a na płytkach z węglików spiekanych powleczonych powłoką CrN wykonano po pięć odcisków dla każdego obciążenia pomiarowego. Odciski wykonano z użyciem twardościomierza Vickersa (rys. 3). Zastosowano następujące obciążenia: 98 N (10 kg), 196 N (20 kg), 294 N (30 kg), 490 N (50 kg), 588 N (60 kg) i 980 N (100 kg). Długość pęknięć mierzono wstępnie na mikroskopie świetlnym zamontowanym na mikrotwardościomierzu TUCON w laboratorium powłok przeciwzużyciowych Pracowni Podstaw Technologii (rys. 4a), później zaś na wspomaganym komputerowo mikroskopie skaningowym typu Vega w Instytucie Inżynierii Materiałowej (rys. 4b). Rys. 3. Twardościomierz Vickersa Fig. 3. Vickers hardness tester a) b) Rys. 4. Mikroskopy: a) świetlny TUCON MO, b) skaningowy Vega TS 5135 Fig. 4. The microscopes: a) TUCON MO light microscope, b) Vega TS 5135 scanning electron microscope

21 Wpływ podłoża na wyniki badań podatności WYNIKI BADAŃ 3.1. Wyniki badań podłoży W pierwszej kolejności wykonano badania podłoży. Graficzną interpretację wyników pomiarów średniej sumarycznej długości pęknięć podłoży H15X, SM25 i S40S przedstawiono na rys. 5. Na rysunku 6 przedstawiono odciski wgłębnika w podłożach H15X, SM25 i S40S z wyznaczonymi długościami pęknięć. Suma długości pęknięć L śred. i [μm] Średnia sumaryczna długość pęknięć podłoży H15X, SM25, S40S w funkcji obciążenia y = 1,2335x - 30,662 y = 0,3729x + 8,6473 y = 0,9848x - 22, Obciążenie pomiarowe [N] H15X SM25 S40S Rys. 5. Graficzna interpretacja wyników pomiarów średniej sumarycznej długości pęknięć podłoży H15X, SM25 i S40S w funkcji obciążenia Fig. 5. The graphical interpretation of the results of the measurements of the total mean length of the cracks of the H15X, SM25 and S40S substrates in the function of load a) b) c) Rys. 6. Odciski wgłębnika w podłożach: a) H15X, b) SM25, c) S40S z wyznaczonymi długościami pęknięć Fig. 6. The indentations of the indenter in the substrates of: a) H15X, b) SM25, c) S40S with determinated lengths of the cracks

22 22 P. Cieszkowski, M. Kupczyk, P. Libuda, P. Siwak Na podstawie uzyskanych wyników badań średniej sumarycznej długości pęknięć dla podłoży typu H15X, SM25 i S40S obliczono wartości obciążenia krytycznego, pracę pękania i podatność na powstawanie pęknięć. Wyniki tych badań zamieszczono w tabeli 1. Podano w niej zarówno wartości obciążenia krytycznego P k300 oraz wartości pracy pękania A k300, tj. dla sumarycznej długości pęknięć wynoszącej 300 μm. Wyznaczenie wartości obciążenia krytycznego P k300 przedstawiono w sposób graficzny na rys. 5. Tabela 1 Wyniki obliczonych wartości obciążenia krytycznego, pracy pękania i podatności na kruche pękanie podłoży H15X, SM25 i S40S The results of the calculated values of the critical loads of the work of cracking and susceptibility to brittle cracking of the H15X, SM25 and S40S substrates Lp. Materiał podłoża Średnie obciążenie krytyczne P k300 [N] Średnia praca pękania A k300 [N mm] Średnia podatność na kruche pękanie a 1(300) [μm/n] 1 H15X 268,07 233,38 1,23 2 SM25 372,30 381,97 0,86 3 S40S 781, ,78 0,37 W wyniku badań wykazano istotną różnicę pomiędzy wartościami średnimi podatności na kruche pękanie badanych podłoży i potwierdzono ich właściwy dobór pod względem zróżnicowania ich właściwości. Praca pękania A k [N mm] Praca pękania podłoży H15X, SM25, S40S H15X SM25 S40S Rys. 7. Wyniki badań pracy pękania podłoży H15X, SM25 i S40S Fig. 7. The investigation results of the work of cracking of the H15X, SM25 and S40S substrates

23 Wpływ podłoża na wyniki badań podatności 23 Na rysunku 7 przedstawiono graficzną interpretację wyników badań pracy pękania podłoży H15X, SM25 i S40S, a na rys. 8 graficzną interpretację wyników badań podatności tych podłoży na kruche pękanie. Małe przedziały ufności wskazują na dużą powtarzalność wyników pomiarów sumarycznej długości pęknięć. 1,4 Współczynnik podatności na pękanie podłoży H15X, SM25, S40S Podatność na kruche pękanie a 1 [µm/n] 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 H15X SM25 S40S Rys. 8. Wyniki badań podatności na kruche pękanie podłoży H15X, SM25 i S40S Fig. 8. Investigation results of the susceptibility to brittle cracking of the H15X, SM25 and S40S substrates 3.2. Wyniki badań wpływu rodzaju podłoża na podatność powłoki CrN na kruche pękanie Graficzną interpretację wyników pomiarów średniej sumarycznej długości pęknięć powłoki CrN osadzonej na podłożach H15X, SM25 i S40S przedstawiono na rys. 9. Na rysunku 10 przedstawiono odciski wgłębnika w powłoce osadzonej na danym podłożu z wyznaczonymi długościami pęknięć. Na podstawie uzyskanych wyników badań wpływu średniej sumarycznej długości pęknięć na kruche pękanie powłoki CrN osadzonej na podłożach H15X, SM25 i S40S obliczono wartości podatności na kruche pękanie. Zbiorcze zestawienie wyników tych badań zamieszczono w tabeli 2.

24 24 P. Cieszkowski, M. Kupczyk, P. Libuda, P. Siwak Suma długości pęknięć L śred. i [μm] Średnia sumaryczna długość pęknięć powłoki CrN osadzonej na H15X, SM25, S40S w funkcji obciążenia Obciążenie pomiarowe [N] H15X+CrN SM25+CrN S40S+CrN Rys. 9. Zbiorcze zestawienie wyników badań średniej sumarycznej długości pęknięć powłoki CrN osadzonej na podłożach H15X, SM25 i S40S w funkcji obciążenia Fig. 9. The summary set of the results of research of total mean length of cracks of the CrN coating deposited on H15X, SM25 and S40S in the function of load a) b) c) Rys. 10. Odciski wgłębnika w powłoce CrN osadzonej na podłożu: a) H15X; b) SM25; c) S40S z wyznaczonymi długościami pęknięć Fig. 10. The indentations of the indenter in CrN coating deposited on: a) H15X; b) SM25; c) S40S with determinated lengths of the cracks Na rysunku 11 przedstawiono graficzną interpretację wyników badań podatności na kruche pękanie (wartości a 1(300) ) powłoki CrN osadzonej na podłożach H15X, SM25 i S40S. Z rysunku zbiorczego wynika, że rodzaj podłoża ma wpływ na wyniki badań podatności na kruche pękanie powłoki CrN. Potwierdziły to również obliczenia istotności różnicy pomiędzy średnimi wartościami a 1.

25 Wpływ podłoża na wyniki badań podatności 25 Tabela 2 Wyniki obliczonych wartości podatności na kruche pękanie powłoki CrN osadzonej na podłożach H15X, SM25 i S40S The results of calculated values of the susceptibility to brittle cracking of the CrN coating deposited on H15X, SM25 and S40S substrates Lp. Materiał podłoża Średnia podatność na kruche pękanie a 1(300) [μm/n] 1 H15X+CrN 0,92 2 SM25+CrN 0,66 3 S40S+CrN 0,19 Podatność na kruche pękanie a 1 [µm/n] 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Współczynnik podatności na pękanie powłoki CrN osadzonej na H15X, SM25, S40S H15X+CrN SM25+CrN S40S+CrN Rys. 11. Graficzna interpretacja wyników badań podatności na kruche pękanie (wartości a 1(300) ) powłoki CrN osadzonej na podłożach H15X, SM25 i S40S Fig. 11. Graphical interpretation of the investigation results of the susceptibility to brittle cracking (a 1(300) values) of the CrN coating deposited on the H15X, SM25 and S40S substrates 4. WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych badań podatności na kruche pękanie powłoki CrN wytworzonej metodą łukowo-plazmową na wymiennych płytkach skrawających z węglików spiekanych H15X, SM25 i S40S można stwierdzić, że: potwierdzono przydatność metody Palmqvista do pomiarów podatności twardych materiałów powłokowych na kruche pękanie;

26 26 P. Cieszkowski, M. Kupczyk, P. Libuda, P. Siwak zauważono wpływ zastosowanych podłoży na wyniki badań podatności na kruche pękanie osadzonych na nich powłok, stąd też porównawcza ocena przydatności poszczególnych powłok może być dokonywania wyłącznie dla powłok osadzonych na tym samym podłożu; pracę pękania można wyznaczyć wg wzoru Palmqvista tylko dla materiałów objętościowych (podłoży), zaś w przypadku powłok można wyznaczyć wyłącznie ich podatność na kruche pękanie; podstawową zaletą proponowanej metody pomiaru jest to, że pozwala ona na określenie podatności powłoki na kruche pękanie w odniesieniu do podłoża, na którym została osadzona. PODZIĘKOWANIE Autorzy składają podziękowanie Panu dr. Janowi Staśkiewiczowi i Zespołowi firmy VTT Techniki i Technologie Próżniowe z Koszalina za pomoc w przygotowaniu próbek. LITERATURA [1] Herba M., Wachal A., Trybologia, WNT, Warszawa [2] Janecki J., Herba M., Tarcie, smarowanie i zużycie części maszyn, WNT, Warszawa [3] Hruščov M., Babičev M., Abrazivnoe iznašivanie, Moskva [4] Kupczyk M., Jakość technologiczna i użytkowa ostrzy skrawających z powłokami przeciwzużyciowymi, Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań [5] Kupczyk M., Wpływ warstewki TiNx-Ti na dłutakach modułowych, na wybrane wskaźniki jakości technologicznej wykonanych uzębień ze stali konstrukcyjnej stopowej do nawęglania, praca doktorska, Poznań [6] Kupczyk M., Inżynieria powierzchni, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań [7] Palmqvist S., Ribbildungsarbeit bei Vickers-Eindrücken als Mab für die Zähigkeit von Hartmetallen. Archiv für das Eisenhüttenwesen, Gruppe E, 1962, s [8] Palmqvist S., Jernkont. Ann., 141, 1957, s [9] Samsonov G.V., Bovkunov G.A., Prisevok A.F., Iznosostojkost različnyh klassov materialov pri abrazivnom iznašivanii, Naukova Dumka, Kiev [10] Staśkiewicz J., Materiały firmy VTT Techniki i Technologie Próżniowe, Koszalin Recenzent: dr hab. inż. Edward Pająk, prof. nadzw. INFLUENCE OF SUBSTRATES ON SUSCEPTIBILITY TO BRITTLE CRACKING RESULTS OF THE CrN THIN WEAR-RESISTANT COATING S u m m a r y Taking into account extremely essential influence of the brittleness on durability of coating materials deposited on cutting edges working in striking run conditions the investigations of

27 Wpływ podłoża na wyniki badań podatności 27 susceptibility to brittle cracking have been carried out. In this paper the influence of substrate on the results of susceptibility to brittle cracking of the CrN coating is indicated. Key words: wear-resistant coatings, arc-plasma method, susceptibility to brittle of cracking, work of cracking dr hab. inż. Maciej KUPCZYK, prof. nadzw. Politechnika Poznańska, Instytut Technologii Mechanicznej, ul. Piotrowo 3, Poznań, tel. +48 (61) , mgr inż. Przemysław CIESZKOWSKI Politechnika Poznańska, Instytut Technologii Mechanicznej, ul. Piotrowo 3, Poznań, tel. +48 (61) mgr inż. Przemysław LIBUDA Politechnika Poznańska, Instytut Technologii Mechanicznej, ul. Piotrowo 3, Poznań, tel. +48 (61) mgr inż. Piotr SIWAK Politechnika Poznańska, Instytut Technologii Mechanicznej, ul. Piotrowo 3, Poznań, tel. +48 (61)

28 28 P. Cieszkowski, M. Kupczyk, P. Libuda, P. Siwak

29 ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI POZNAŃ SKIEJ Nr 7 Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją 2007 MAGDALENA DIERING, EDWARD PAJĄK THE ONLINE METHOD CONCEPTION FOR MEASUREMENT SYSTEM ANALYSIS This paper is discussion about necessity for a measurement systems analysis (MSA) in production enterprises. Authors of this article are suggesting a new approach to MSA analysis. To make correct decisions about manufacturing process, the process courses must be regularly monitored for production quality and evaluated. The measurement system analysis demands a good additional organizational conditions. These requirements are caused additional time and costs. Authors of this article are conducting a research in discussed range to affirm if the measurement system can be estimated in production conditions - during the running production, that is online. This new location for the measurement system analysis can be defined as a essence of new approach to MSA procedure. Key words: a measurement, a measurement system analysis, manufacturing process control 1. INTRODUCTION The process engineer work is closely connected with making decisions, which aim at sustaining properties of a given process as time goes by fig. 1. Fig. 1. The place and role for a measurement in production process. Personal study based on [1, 2] Rys. 1. Miejsce i rola pomiaru w procesie wytwarzania. Opracowanie własne na podstawie [1, 2]

30 30 M. Diering, E. Pająk To make appropriate decisions, in order concerning the course of a process, production quality must be regularly monitored and evaluated. What is more, data in form of numbers must be sure that the given one is a reliable source of information. In the case of such norms as ISO 9000 standard, TS industry standard and others related to quality systems, there are many requirements concerning process monitoring and measurement in order to ensure their quality (fig. 2). Fig. 2. ISO standards as a source of requirements for processes and measurements monitor. Personal study based on [1, 2] Rys. 2. Wymagania norm dotyczące procesu wytwarzania i monitorowania pomiarów. Opracowanie własne na podstawie [1, 2] Values of measurable properties can be obtained by measuring them. Authors of this article consider a measurement as a process as a set of operations which aim is to indicate the value of a given quantity [1, 6]. In manufacturing process, measurement results are a base of data, on the ground of which very important decisions are taken, decisions concerning a product and its process. The quality of data, therefore, has a direct influence on the ongoing process and the manufactured product. Data of poor quality can lead to incorrect decisions about the state of a process and a product. Decisions about products and processes based on measurement results concern, first and foremost, quality control product could be classified as good or bad and defective product could be meant to repair or to alteration; process could be classified as stable or unstable. Excessive distraction of measurement results that is excessive changeability, appearing as a result of interaction between leading to measurement collection process and environment is an important, the main and most frequent cause of poor quality data (unreliable data). The observed distribution of the properties of a given process is dissembled with changeability of measurement system (fig. 3). The lack of resistance of measurement system to changes, which take place in its environment may be, for example, the reason of it.

31 The online method conception for measurement system analysis 31 Fig. 3. The environment and measurement process influence on data measurements quality. Based on [6] Rys. 3. Wpływ otoczenia i procesu pomiarowego na jakość uzyskanych danych. Opracowanie na podstawie [6] It is known that the bigger the influence of a surrounding on the results of measurements the less useful are gathered in that way data. Therefore, it is worth knowing how big the influence is, and try to minimize it. Standards as PN-EN ISO 9001:2001 (at points and 7.6 [7]) or TS (at point [10]), among other requirements, list also general requirements towards measurements, requirements concerning measurement accessories and requirements concerning measurement process. To resume, it is necessary for the proper course of manufacturing process to do intended and systematic analysis and evaluation of measurement system. 2. ANALYSIS OF MEASUREMENT SYSTEMS To evaluate the measurement system some issues must be discussed. Firstly, the measurement system must demonstrate adequate sensitivity. Secondly, it must be stable and finally the statistical properties must be consistent with range and adequate for the purpose of measurement [2]. Quality of measurement data can be defined with help of statistic properties: bias and variety of a measurement system, which can be determined thanks to multiple measurements, gained from measurement system acting in well known and stable conditions [2, 4]. Measurement system is a complete process, used in order to obtain measurements it should be understood as a set of operations, procedures, assumptions, measurement equipment and other equipment, used software and staff, essential to indicate numerical value of characteristics that are to be measured [2, 4].

32 32 M. Diering, E. Pająk To gain information concerning quantity and type of measurement changeability, caused by measurement system is the aim of evaluation of measurement system. The measurement system variation can be characterized by parameters like accuracy, bias, stability or linearity (location variation) and by precision, repeatability, reproducibility or gage R&R (width variation). It is also very important that the measurement system should be appropriate to identify the process variation. For this the discrimination is responsible. The discrimination must detect the variation of the process and special cause variation. Impact of number of distinct categories (ndc) of the process distribution on control and analysis activities is very significant [2]. In the business course book of automotive industry Measurement system analysis MSA [2], which is an additional document referring to QS-9000 standard [10], there are procedures of measurement system analysis. There are described different procedures of measurement system evaluation depending on properties characterizing a given process. The procedure of measurement system analysis should be adequate to the sources of changeability that can influence on measurement system (equipment, operator, method) [5]. In many instances, it is possible to design a research work in which the level of variation attributed to the operators and parts by interaction effect can be assessed [3]. This is typically during the measure phases of the define-measureanalyze-improve-control cycle (fig. 4). The most willingly used method of measurement system evaluation for measurable properties, by organizations, is R&R ARM Repeatability and Reproducibility, Average Range Method. R&R ARM is a method of evaluation of measurement system, in which indicators of evaluation are repeatability EV (Equipment Variation variation of a measurement device), reproducibility AV Fig. 4. The define-measure-analyze-improve-control Deming` cycle for MSA. Personal study Rys. 4. Cykl Deminga dla MSA. Opracowanie własne (Appraiser Variation variation of an operator), R&R indicator and variation of a product PV (Part Variation). Evaluation of measurement system consists in the analysis of variations (fig. 5). Measurement system carried out on a specified device, in a given process, should be regularly examined in order to establish if the measuring device is appropriate and can be used in the specified measurement process.

33 The online method conception for measurement system analysis 33 Fig. 5. The R&R-ARM method. Based on [2] Rys. 5. Metoda R&R-ARM. Opracowanie na podstawie [2] For the automotive process, there are special evaluation criteria [2]: index %R&R below 10% measurement system is acceptable; index %R&R from 10% to 30% measurement can be conditionally accepted; index %R&R above 30% measurement system is not acceptable, requires correction. Application of procedures of measurement system, in a specified production process, brings a lot of benefits for an organization, for example: knowledge of changeability of a used measurement system allows better acquaintance of a production process itself; MSA procedures specify suitability of measurement systems for committed tasks; application of MSA allows to decrease potential risk of taking a wrong decision about a product (type of mistake of 1 st kind: good product defined as a lack; type of mistake of 2 nd kind: faulty product, defined as a good one [4]) and a process (random cause called as an intended one, or the other way round); MSA methods allow to increase the quality of gathered, by an organization, data; the better the quality of data the bigger the benefit from its usage, with decreased expense of its gaining. In branches (production enterprises) which have already introduced Quality Management Systems (QMS), other than automotive corporations it is not common yet to observe an increasing trend in the case of implementation and usage of procedures of measurement system evaluation.

34 34 M. Diering, E. Pająk However, it has become quite common the usage of control cards for statistical process control (SPC). Cards are based on measurements that are taken during a production process and allow for current evaluation of the stability of a given process. Usage of SPC for process control does not go along with measurement control, which takes place within the scope of SPC. In addition, one cannot talk about controlling of a process and about compatible processes in the situation when one does not know if the data, on the basis of which important decisions are taken, is reliable. One should consider here why then organizations, which are trying to improve their qualifications, possessing QMS certificate are so unwilling to implement MSA procedures. There must be some assumptions and regulations in MSA procedures which discourage quality engineers to use them. Perhaps, among various causes of such a negative approach of quality specialists and process engineers to MSA are difficulties one has to cope with, while implementing the method of analysis and evaluation of measurement system: choice the method Already at the very beginning the problem of method choice appears. In literature, there are many MSA methods available, various and very often leading to incomparable, with one another, results. guidebooks for MSA The best available on the market books treating of MSA are published by car concerns and, despite the assumption about their text universality, they usually relate to the automotive industry, and this can be the cause of concern and finally the reason not use MSA procedures by enterprises of different profiles. organizational guidelines Enterprise must fulfill many organizational guidelines to carry out regular measurement system analysis. Unconvinced of MSA benefits entrepreneurs, may have an impression that conditions for carrying out a research, analysis and evaluation of measurement system, may interfere in a typical daily work of an organization. For a given research, one has to prepare parts (minimal number of parts, taken from appropriate place of the production process), employees - participants of the experiment, a process engineer and a quality specialists (the number of operators) save up some place (the research usually is carried out beyond the area of realization of a measurement process, in a measurement laboratory), carry out an analysis of a given data sheet, and prepare the MSA report. All these things are connected with extra time, and in the days of strong market competition, which every enterprise has to face time means money. The authors of this article presented below a new approach for MSA which is a base of their current research. They are going to try to make a research of measurement system, its analysis and evaluation easier for entrepreneurs and