ตรวจสอบคุณภาพชิ้นส่วนคอมโพสิตด้วยคลื่นเทราเฮิรตซ์ โดยไม่ต้องทำลาย

Fill บริษัทผู้ผลิตเครื่องจักรและวิศวกรรมโรงงาน ได้รวมเทคโนโลยีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเทราเฮิรตซ์ เข้าไปใน Accubot ระบบการทดสอบแบบไม่ทำลายที่ใช้งานได้หลายแบบ โดยใช้วิธีการ Spectroscopy ทำการฉายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าลงบนวัสดุ และดูสเปกตรัมของการดูดและคายคลื่นของวัสดุ สร้างเป็นภาพสัญญาณเทราเฮิรตซ์ เพื่ออ่านค่าและวิเคราะห์ข้อบกพร่องเชิงคุณภาพที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า โดยสิ่งนี้ยังอยู่ในระยะการทดลองในโครงการความร่วมมือ Attic Eureka ที่ใช้เวลานานถึง 3 ปี

ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ในปัจจุบันคุณผู้อ่านคงทราบว่า เราใช้ประโยชน์จากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในชีวิตประจำวัน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะมีความเร็วเท่าแสงเสมอ สิ่งที่แตกต่างกัน คือ ความถี่ และความยาวคลื่น ซึ่งแปรผกผันกัน 

λ= c / f ; ความยาวคลื่น = ความเร็วแสง / ความถี่

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความถี่ คุณสมบัติ วัตถุประสงค์การใช้งานที่ต่างกันตั้งแต่คลื่นวิทยุ สัญญาณเรดาร์ โทรศัพท์มือถือ ไมโครเวฟ ที่มีความถี่ต่ำไปจนถึงความถี่สูงอย่าง รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา การตรวจจับสิ่งของตามสนามบิน เครื่องตรวจจับโลหะ คลื่นเทราเฮิรตซ์เป็นย่าน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างไมโครเวฟ โดยเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงสุดท้ายที่นักวิทยาศาสตร์และนักวิจัยกำลังศึกษาและพัฒนาเพื่อนำมาใช้งานในแวดวงต่าง ๆ คุณลักษณะเด่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือ มีความปลอดภัยต่อสิ่งมีชีวิต สามารถทะลุทะลวงผ่านวัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้าได้ เช่น กระดาษ พลาสติก ผ้า ผลไม้ รวมถึงมีความสามารถในการตรวจจับสารเคมี ทำให้มีงานวิจัยและพัฒนานำคลื่นความถี่ในย่านนี้มาประยุกต์ใช้งานอย่างแพร่หลายในศาสตร์ต่าง ๆ  หนึ่งในประโยชน์เชิงพาณิชย์ในอุตสาหกรรม คือ การตรวจสอบคุณภาพ (QC) และการทดสอบโดยไม่ต้องทำลาย (Non-Destructive Test) ผ่านกรรมวิธี Spectroscopy นั่นคือ การศึกษาการดูดกลืนและปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและแสงโดยสสาร นำมาสร้างเป็นภาพสัญญาณเทราเฮิรตซ์ เพื่อการอ่านค่าและวิเคราะห์คุณภาพที่มองด้วยตาเปล่าไม่เห็น

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่าง ๆ และการใช้งาน 

(ที่มา: เนคเทค-สวทช)

โครงการ Attic Eureka ระบบตรวจสอบโดยใช้หุ่นยนต์ที่มีความยืดหยุ่นจาก Fill ทำให้สามารถสร้างภาพเป็นสัญญาณเทราเฮิรตซ์สำหรับชิ้นส่วนไฟเบอร์-คอมโพสิต แม้ว่าชิ้นส่วนจะบิดเบี้ยวหรือก่อตัวขึ้นอย่างอิสระก็ตาม     

(ที่มา: Fill Maschinenbau)

ข้อบกพร่องเชิงคุณภาพที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า

พลาสติกเสริมใยแก้ว (Glass-Fiber-Reinforced Plastics – GFRPs) และวัสดุธรรมชาติที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ เช่น ไม้ และไม้ก๊อก ถูกใช้อย่างกว้างขวางในงานก่อสร้างอุตสาหกรรมน้ำหนักเบา ความเสียหายที่ไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าหลังกระบวนการขึ้นรูปและกระบวนการเชิงกลทำให้การควบคุมคุณภาพเป็นสิ่งจำเป็นในการผลิตส่วนประกอบน้ำหนักเบา

ความถี่ระหว่างคลื่นวิทยุและคลื่นแสง

เทคนิคในการทดสอบแบบไม่ต้องทำลายเชิงปริมาตรในวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า คือ Spectroscopy เป็นการใช้คลื่นที่สั้นมากในสเปกตรัมเทราเฮิรตซ์ (THz Imaging – การสร้างภาพด้วยสัญญาณเทราเฮิรตซ์) แถบความถี่นี้ถูกขยายขึ้นตั้งแต่ 100 GHz ถึง 10 THz (ความยาวคลื่น 0.05 – 3.0 มม.) และสร้างขอบเขตระหว่างคลื่นวิทยุและคลื่นแสง THz Imaging ช่วยตรวจสอบชิ้นส่วนที่เป็นไม้หรือพลาสติกเสริมใยแก้ว (GFRPs) โดยไม่ต้องสัมผัสและไม่มีมาตรการด้านความปลอดภัย นอกจากนี้ยังใช้ในการตรวจสอบโฟมหรือคุณภาพการเชื่อมของเทอร์โมพลาสติกได้

Fill พัฒนาระบบการผลิตและระบบตรวจสอบแบบไม่ต้องทำลาย

นอกจากการใช้คลื่นแม่เหล็กในอุตสาหกรรมยานยนต์ การบิน กีฬา และก่อสร้างแล้ว Fill ยังได้พัฒนาและผลิตโซลูชันอัตโนมัติสำหรับการทดสอบวัสดุแบบไม่ต้องทำลาย รวมถึงหุ่นยนต์ความแม่นยำสูง Accubot ที่สามารถปฏิบัติการอย่างอิสระหรือทำงานร่วมกันแบบคู่ขนานบนแกนเชิงเส้น ระบบเหล่านี้สามารถตรวจสอบด้วยวิธีที่แตกต่างกัน แกนเซอร์โวแบบหมุนที่จุดศูนย์กลางเครื่องมือยังช่วยให้ทดสอบส่วนประกอบในพื้นที่ขนาดเล็กและมีการบิดสูง

การทดสอบเทราเฮิรตซ์ในการใช้งานอุตสาหกรรม

ที่ผ่านมาการใช้ Spectroscopy สำหรับการใช้งานกับพลาสติกถูกจำกัดเฉพาะในห้องปฏิบัติการเท่านั้น Fill เข้าร่วมโครงการ Eureka Attic (Automated TeraherTz Imaging of Composites and Tooling Profiling) เป็นระยะเวลา 3 ปี เพื่อพัฒนากระบวนการอัตโนมัติโดยใช้หุ่นยนต์สำหรับการผลิตและการตรวจสอบรูเจาะคอมโพสิตเสริมใยแก้ว เป็นการตรวจสอบสิ่งผิดปกติของวัสดุรอบรูเจาะแบบอัตโนมัติโดยใช้ THz Imaging การเชื่อมต่อ THz Spectrometer อย่างรวดเร็วบน Flex Change ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความรวดเร็วในการตรวจสอบโดยใช้หุ่นยนต์จาก Fill ระบบที่ยืดหยุ่นทำให้สามารถใช้ THz Imaging กับชิ้นส่วนไฟเบอร์-คอมโพสิตได้ แม้ว่าชิ้นส่วนจะมีการบิดมากหรือก่อรูปขึ้นอย่างอิสระ ตลอดจนโครงสร้างรองรับภายในของชิ้นส่วนที่ก่อตัวอย่างซับซ้อนจากการผลิตแบบเติมวัสดุ

ขั้นตอนสำคัญสู่การเติบโตของผลิตภัณฑ์

“THz Imaging จากโครงการ Attic ได้รับ Technology Readiness Levels: ระดับความพร้อมของเทคโนโลยีสู่อุตสาหกรรม ในระดับที่ 5 (จาก 9 ระดับ) ซึ่งเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีของระบบอัตโนมัติ NDT การรวม Spectrometry ของภาพสัญญาณเทราเฮิรตซ์ในระบบอัตโนมัติ NDT นั้น ทำให้สามารถเปลี่ยนวิธีการทดสอบส่วนประกอบแบบไม่ต้องทำลายอัตโนมัติในผู้ผลิตหลายราย อย่างไรก็ตาม ยังมีอีกหลายสิ่งที่ต้องทำก่อนที่จะเริ่มใช้งานจริงกับโครงการของลูกค้า” Harald Sehrschön หัวหน้าทีมวิจัยและพัฒนาที่ Fill อธิบาย 

คุณผู้อ่านสามารถดูวิดีโอการทำงานของหุ่นยนต์ Accubot ของ Fill ได้ในลิงก์ข้างล่าง

หากสนใจเกี่ยวกับโอกาสและศักยภาพการใช้งานของแวดวงอื่น ๆ สามารถอ่านได้ในลิงก์บทความของเนคเทค-สวทช. ที่เขียนในปี 2019 ได้ในลิงก์ข้างล่าง

“เทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์” กับการประยุกต์ใช้งานในประเทศไทย 

(เครดิตข้อมูล: เนคเทค-สวทช)

บทความอ้างอิง: https://www.etmm-online.com/

บทความที่น่าสนใจ

• เครื่องพิมพ์คอมโพสิต 3 มิติ นวัตกรรมเพื่อตอบสนองความต้องการของตลาด
• Solvay เปิดตัว Prepreg ผลิตเครื่องมือคอมโพสิตได้อย่างรวดเร็ว ประหยัดเวลาและพลังงาน
• ชิ้นส่วนเครื่องบินเทอร์โมพลาสติกคอมโพสิตทำจากคาร์บอนไฟเบอร์รีไซเคิล
• โครงสร้างอลูมิเนียมคอมโพสิต: แกนหลักของ Mercedes-AMG SL ที่กำลังมาถึง

About The Author