ระบบทดสอบเสียงผิดปกติของผลิตภัณฑ์อัตโนมัติ จาก Brüel & Kjaen

ทุกวันนี้การควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อความเชื่อมั่นของลูกค้า เทคโนโลยีด้านการตรวจวัดอัตโนมัติก็มีความแม่นยำรวดเร็วกว่าแต่ก่อนมาก และเข้าแทนที่การใช้คนตัดสินใจได้มากขึ้น

สำหรับเรื่องของเสียงผิดปกติก็เช่นกัน เครื่องจักรที่ใช้ทดสอบเสียงแบบอัตโนมัติถูกพัฒนาเพื่อสนองความต้องการในการทดสอบเสียงของผู้ผลิตสินค้าBrüel&Kjær ผู้นำในวงการตรวจวัดเสียงและความสั่นสะเทือนของโลกแห่งประเทศเดนมาร์กเป็นอีกผู้หนึ่งซึ่งพัฒนาระบบอัตโนมัติอย่างต่อเนื่อง และได้ส่งระบบทดสอบอัตโนมัติรุ่นใหม่ 2 รุ่นสู่ตลาด ดังมีรายละเอียดต่อไปนี้

PULSE Production Test System

ระบบนี้ใช้เครื่องวิเคราะห์เสียงและความสั่นสะเทือนรุ่น PULSE ซึ่งทำตลาดเป็นตัวหลักอยู่แล้ว มารวมเข้ากับซอฟต์แวร์และระบบควบคุมต่างๆ ทำให้ผลการตรวจวัดที่เดิมเคยแสดงผลอยู่บนจอมอนิเตอร์ได้กลายเป็นสามารถตัดสินผลลัพธ์ได้ตามเงื่อนไขต่างๆ มากมาย รวมถึงคัดสินค้าดี-เสีย ออกจากกัน และบันทึกผลการวัดและผลลัพธ์ลงฐานข้อมูลเพื่อเก็บไว้อ้างอิงภายหลังได้

ระบบผู้เชี่ยวชาญด้านการฟังเสียงดังกล่าวนี้ ปกติจะขายเป็น Turn Key กล่าวคือ จัดมาให้จากผู้ขายเป็นชุดสำเร็จ ประกอบด้วยทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ สำหรับทดสอบสินค้าที่มีสายพานการผลิตอยู่ก่อนแล้ว หรือเป็นสินค้าใหม่ที่กำลังตั้งสายพานการผลิตก็ได้ รวมทั้งติดตั้งแท่นทดสอบต่างๆ ให้ด้วย ตลอดจนเข้าไปกำหนดค่า Criteria ต่างๆ ที่หน้างาน จนกระทั่งเครื่องตัดสินของดี-เสีย ได้ถูกต้อง

ขอยกตัวอย่างการทดสอบสินค้าสักตัวอย่างหนึ่ง เช่น DC-Motor ผู้เชี่ยวชาญของเราจะเข้าไปศึกษาผลิตภัณฑ์ของลูกค้าว่าเหมาะสมกับหัววัดหรือ Transducer ชนิดใดบ้างดังต่อไปนี้

• ไมโครโฟนวัดเสียง
• Accelerometer วัดความสั่นสะเทือน
• Tachometer วัดรอบการหมุน

• เสียงแปรงถ่าน
• รอบไม่คงที่
• เสียงดังเกินค่าปกติ
• เสียงไม่ราบรื่น, เสียงกระด้างหู
• เสียงชิ้นส่วนหรือสายทองแดงเสียดสีกัน

จะเห็นว่าเครื่องไม่ได้วัดความดังของเสียงเพียงอย่างเดียว หากแต่สามารถตั้งตัวแปรที่เป็นเงื่อนไขของตัวเสียได้หลากหลายแบบดังจะได้กล่าวในลำดับถัดไป แต่ตอนนี้เรามาดูผังของระบบกันก่อนว่าอยู่ตำแหน่งไหนในสายพานการผลิตและระบบนี้คุยหรือโต้ตอบกับอุปกรณ์ใดในระบบบ้าง ตามรูปที่ 1

รูปที่ 1 PTS Block Diagram

ระบบ PULSE Production Test ไม่ได้แยกตัวออกจากสายพานการผลิตหรือสุ่มทดสอบอีกต่อไป นั้นหมายถึงว่าระบบนี้ถูกออกแบบมาอย่างดีให้พร้อมเป็นส่วนหนึ่งของขบวนการผลิตที่รวดเร็ว ต้องการความถูกต้องสูง เป็นอัตโนมัติหรือทำงานร่วมกับเครื่องจักรอื่นๆ ได้ และสามารถสอบเทียบได้ ทำไมจึงกล่าวเช่นนั้น

จากรูปที่ 1 ข้างต้น คอมพิวเตอร์ของ PULSE Production Test นอกจากจะต่อกับหัววัดเสียงและความสั่นสะเทือนแล้ว ยังมีการเชื่อมต่อกับ PLC เพื่อส่งข้อมูลการตัดสินใจว่าสินค้าดีหรือเสีย และเชื่อมต่อกับ LAN เพื่อบันทึกผลการทดสอบลงฐานข้อมูลหรือไฟล์เซิร์ฟเวอร์ของโรงงานได้ด้วย และซอฟต์แวร์ PTA สามารถกำหนดขั้นตอนการทดสอบต่างๆ แบบเป็น Flow Chart ได้ดังรูปที่ 2

รูปที่ 2 PTA - Production Flowchart

ขั้นตอนดังกล่าวนี้เป็นขั้นตอนการทดสอบปกติของโรงงานทั่วไปอยู่แล้ว ก่อนการทดสอบเสียงจะมีการป้อนข้อมูลประจำตัวสินค้าตัวนั้น ซึ่งจะใช้คีย์บอร์ดหรือเครื่องอ่านบาร์โค้ดก็ได้ จากนั้นจึงเข้าสู่ขั้นตอนการ operate สินค้าและวัดเสียงหรือความสั่นสะเทือนต่อไป

สินค้าที่จะถูกทดสอบจะกำหนดเงื่อนไขต่างๆ จากซอฟต์แวร์ ซึ่งสินค้าแต่ละรุ่นสามารถกำหนดเงื่อนไขการทดสอบได้หลายเงื่อนไข แต่ละเงื่อนไขจะพิจารณาร่วมกันแบบ Logic and/or หรือวิเคราะห์เชิงสถิติได้อย่างยืดหยุ่น ดังรูปที่ 3

รูปที่ 3 PTA - Acceptance Test Product Database

แน่นอนว่าเงื่อนไขต่างๆ ที่นำมาใช้เหล่านี้ต้องเกิดจากการวัดผลและเก็บข้อมูลก้อนในเบื้องต้น (LEARN MODE) การเก็บผลการวัดและวิเคราะห์ต่างๆ นี้สามารถทำโดยวิศวกรของโรงงานได้เองในภายหลังเมื่อมีการเปลี่ยนรุ่นสินค้า และจะขอกล่าวขั้นตอนต่างๆ โดยสังเขปดังนี้

รูปที่ 4 Statistical Limits Definitions

ในรูปที่ 4 เป็นการวัดและรวบรวมผลการวัดเสียงของสินค้าตัวหนึ่งจำนวนมากไว้ในฐานข้อมูล จากนั้นเราให้ซอฟต์แวร์หาค่าเฉลี่ยของสเปกตรัมเสียงในช่วง 2Hz - 10kHz จากนั้นนำค่าเฉลี่ยนี้มาสร้าง Upper limit และ Lower limit ได้เส้นเพิ่มอีก 2 เส้นด้านบนและล่าง

ต่อไปก็ทำการดึงสเปกตรัมของสินค้าที่จะตรวจออกมาจากฐานข้อมูลเพื่อให้ซอฟต์แวร์ตัดสินว่าตัวไหนไม่เกิน limit บ้าง จากนั้นเราจะได้ข้อมูลวิเคราะห์เชิงสถิติของจำนวนตัวอย่างทั้งหมดว่ามีเสียกี่ตัวดีกี่ตัว ตัวที่เสียเกิดจากการตกสเปกในความถี่ใดบ้าง เป็นกี่ % ของตัวอย่างทั้งหมด ฯลฯ ดังมุมมองต่างๆ ที่แสดงในรูปที่ 5

รูปที่ 5 Histogram for Limit Evaluation

จากนั้นเราสามารถลอง Commissioning ระบบจริง เพื่อปรับแต่งในขั้นสุดท้ายให้ระบบมีความแม่นยำสูงสุด โดยเราสามารถกำหนดช่วงความถี่ในการพิจารณาดูได้ตามใจชอบ ยกตัวอย่างดังในรูปที่ 6 จะแบ่งช่วงการพิจารณาเป็น 3 ช่วง (แสดงเป็นโซนสีเทาในรูป) คือ 50-200 Hz, 600-2000 Hz และ 3000-5000 Hz

รูปที่ 6 Fault Identification and Boolean Logic

ในแต่ละช่วงจะยอมให้มีค่าที่เกิน limit ให้ถือว่าผ่านได้ไม่เกินกี่จุด ฯลฯ นอกจากนี้ซอฟต์แวร์ยังเตรียมเครื่องมือสำหรับทำ post processing ให้ใช้อีกมากมาย ทั้งฟังก์ชันคณิตศาสตร์, สถิติ, Logic ฯลฯ ดังรูปที่ 7

รูปที่ 7 Post-processing Functions

จากที่กล่าวมาข้างต้นสามารถสรุปได้ว่า PULSE PTS สามารถแยกของดี-เสีย ได้ทุกรูปแบบที่มนุษย์แยกได้ เพราะมีเครื่องมือวิเคราะห์มุมมองของเสียงไว้ครบถ้วนตั้งแต่การรับรู้ความดัง, การแยกความถี่ และการวัดพารามิเตอร์ทาง Psychoacoustics และมีเครื่องมือตัดสินใจเชิงสถิติและ Boolean ไว้ครบถ้วน

ระบบตรวจวัดเสียงยานยนต์ขณะขับผ่าน
(Pass-by Noise Test) ตามมาตรฐานใหม่

มาตรฐานการวัดมลพิษทางเสียงของยานยนต์มีหลายตัว ครอบคลุมการวัดเสียงเครื่องยนต์ทั้งขณะอยู่กับที่ (ISO-5130) เสียงรบกวนจากยางรถยนต์ขณะวิ่ง (ISO-13325) และเสียงของรถยนต์ทั้งคันขณะเร่งเครื่องเพื่อแซงหรือขับผ่าน (ISO-362)

มาตรฐานนานาชาติเหล่านี้ออกแบบขึ้นตามวัตถุประสงค์ให้ทุกคนที่ทำตามได้ผลการวัดที่ใกล้ความจริง, เปรียบเทียบกันได้ และเมื่อทำซ้ำก็ได้ผลลัพธ์ใกล้เคียงค่าเดิม ประเทศไทยก็กำลังจะออกกฎหมายเพื่อบังคับใช้กับยานยนต์ในประเทศโดยยึดตามมาตรฐานนานาชาติเหล่านี้เช่นกัน

ระบบอัตโนมัติสำหรับตรวจวัดเสียงตาม ISO-362 ก็มีผู้ทำออกมาขายอยู่หลายยี่ห้อทั่วโลก ซึ่งก็รวมทั้ง Brüel&Kjær ด้วย และถึงแม้ผู้ทำการตรวจวัดจะไม่ใช้ระบบอัตโนมัติก็ยังสามารถวัดตาม ISO-362 ได้ด้วยเครื่องวัดเสียงพื้นฐานเท่านั้น เพราะขั้นตอนการขับรถและการบันทึกความดังเสียงไม่ยุ่งยากซับซ้อนอะไร

แต่เมื่อไม่นานมานี้มาตรฐาน ISO-362 ได้ถูกปรับปรุงใหม่ให้เหมาะสมกับรถยนต์ยุคใหม่และปริมาณความหนาแน่นของจำนวนรถยนต์บนถนนที่เพิ่มขึ้นทุกวัน รถยนต์แต่ละคันจึงควรส่งเสียงดังลดลง ISO-362 เวอร์ชันใหม่ (1998-2007) นี้จึงเปลี่ยนเงื่อนไขการขับรถ, ความเร็วรถขณะเริ่มเร่งเครื่อง ฯลฯ

 .

ให้คล้ายการขับรถของคนทั่วไปในเมืองใหญ่ เพิ่มความต้องการการวัดที่มากครั้งขึ้น ต้องการความแม่นยำสูงขึ้น และข้อมูลพารามิเตอร์ต่างๆ ที่ทำการวัดต้องถูกบันทึกลงรายงาน

การปรับเปลี่ยนนี้ส่งผลกระทบทั้งผู้ผลิตรถยนต์และผู้ผลิตชิ้นส่วนด้วย Brüel&Kjær จึงได้ปรับปรุงระบบอัตโนมัติสำหรับวัดเสียงตาม ISO-362 เดิมให้เป็นไปตามมาตรฐานใหม่นี้ โดยเน้นให้ใช้ง่ายแม้ไม่ใช่ผู้มีประสบการณ์มาก่อน ง่ายตั้งแต่ขั้นตอนการติดตั้งอุปกรณ์ต่างๆ การควบคุมรถยนต์ทดสอบจนถึงการออกรายงานผลการทดสอบ

เน้นที่ความง่ายในการใช้งาน

ระบบ PULSE Pass-by Conformance Test System สร้างขึ้นจากประสบการณ์อันยาวนานในการพัฒนาระบบตรวจวัด Pass-by มากว่า 10 ปี โดยเน้นที่ความง่ายในการใช้งานเป็นสำคัญและแสดงส่วนประกอบต่างๆ ของระบบเป็นภาพ ตามรูปที่ 8

รูปที่ 8 Pass-by system overview

จากรูปจะเห็นว่ามีอุปกรณ์อยู่ 2 ส่วน คือ

• ส่วนของเซนเซอร์ต่างๆ จะติดตั้งอยู่ข้างสนามทดสอบคือ ไมโครโฟนชนิดความแม่นยำสูงจำนวนสองตัววางด้านซ้ายและขวาของทางวิ่ง, โฟโต้เซลสองชุดใช้ส่งสัญญาณขณะรถเข้าจุดเริ่มวัดและจุดสิ้นสุด และสุดท้ายคือเรดาร์สำหรับจับความเร็วพร้อมตำแหน่งของรถแต่ละขณะ

• ส่วนประมวลผล จะอยู่ห่างออกมาจากข้างสนามก็คือคอมพิวเตอร์และเครื่องตรวจวัดสัญญาณรุ่น PULSE พารามิเตอร์ทุกตัวจะถูกรวบรวมแล้วแสดงผลบนจออย่างเป็นหมวดหมู่ให้ดูง่าย พร้อมแสดงการเตือนเมื่อมีค่าใดค่าหนึ่งไม่ผ่านเกณฑ์ที่ตั้งไว้

ซอฟต์แวร์จะทำการเฉลี่ยค่าการวัดของแต่ละครั้งแล้วบันทึกผลค่าเฉลี่ยเพื่อออกรายงานลงทั้งฐานข้อมูลและข้อมูลบน Excel รวมทั้งช่วยคำนวณค่า Criteria ต่างๆ ของรถที่ทดสอบซึ่งถ้าคำนวณเองจะยุ่งยากวุ่นวายมากดังแผนผังขั้นตอนการทดสอบรูปที่ 9

รูปที่ 9 ขั้นตอนการทดสอบเสียง Pass-by ตามมาตรฐานใหม่

รูปที่ 10 ตัวอย่างผลการทดสอบ

เทคโนโลยีการวัดและวิเคราะห์เสียงและความสั่นสะเทือนจาก Brüel&Kjær สร้างสรรค์จากประสบการณ์อันยาวนานในการคลุกคลีกับปัญหาจริง พัฒนาจนลงตัว พร้อมทีมบุคคลากรทางเทคนิคที่ตั้งใจและมุ่งมั่นแก้ปัญหาการตรวจวัดอัตโนมัติของหน่วยงานท่าน เพื่อให้ท่านผลิตแต่สินค้าคุณภาพสูงได้อย่างรวดเร็วในต้นทุนที่ต่ำกว่า