در صنعت مفتول آلومینیوم، «عیب سطحی» فقط مسئله‌ی ظاهر نیست. بسیاری از توقف‌های خط، پارگی‌ها، نوسان کشش، افزایش مصرف قالب، و حتی برگشتی مشتری، ریشه در عیوبی دارند که یا روی سطح هستند یا در لایه‌ی نزدیک سطح (Near-surface) و در پاس‌های بعدی «باز می‌شوند». Eddy Current (EC) دقیقاً برای همین لایه‌ها مناسب است: چون جریان‌های گردابی عمدتاً در نزدیکی سطح جریان می‌یابند و با افزایش عمق، شدت‌شان به‌صورت نمایی افت می‌کند.

در Eddy Current، یک میدان مغناطیسی متناوب، جریان‌های گردابی را در ماده رسانا القا می‌کند. «چیزی که اندازه‌گیری می‌کنیم» معمولاً تغییرات امپدانس کویل/پروب است؛ و این تغییرات در بسیاری از دستگاه‌ها روی صفحه مختلط (Complex Plane) نمایش داده می‌شود (دامنه و فاز).

۲-۱) چهار عامل اصلی که عدد و فاز را تغییر می‌دهند

• هدایت الکتریکی (σ): آلیاژ، دما، رسوب/آلودگی سطح، و حتی تغییرات ریز ریزساختاری می‌تواند روی پاسخ اثر بگذارد.
• تراوایی مغناطیسی (μ): برای آلومینیوم تقریباً ثابت و نزدیک ۱ است، ولی وجود ذرات فرومغناطیسِ ناخواسته (مثلاً از ابزار شکسته) می‌تواند رفتار را عوض کند.
• هندسه/اندازه: قطر مفتول، بیضوی شدن، و «مرکز نبودن» داخل کویل (Eccentricity) یکی از منابع اصلی نویز است.
• رابطه هندسی پروب و قطعه: فاصله (Lift-off)، زاویه، و پایداری مکانیکی مسیر عبور.

۲-۲) Skin Depth (عمق نفوذ) و انتخاب فرکانس

یک تقریب بسیار پرکاربرد برای عمق نفوذ مؤثر: δ ≈ √( 2ρ / (ω μ) ) که در آن ρ مقاومت ویژه، ω=2πf و μ تراوایی است. هرچه فرکانس بالاتر → δ کوچکتر → حساسیت به سطح بیشتر (و حساسیت به Lift-off/زبری هم بیشتر).

توجه: این اعداد تقریبی‌اند (به مقاومت ویژه واقعی آلیاژ، دما و … وابسته‌اند). در عمل «قابلیت آشکارسازی» تابع S/N و نوع عیب هم هست، نه فقط δ.

در عمل، عیوب سطحی مفتول آلومینیوم را بهتر است «با جهت‌گیری نسبت به محور مفتول» طبقه‌بندی کنید؛ چون انتخاب سنسور (Encircling vs Rotary) و تنظیمات عبور (Helical Pitch) به همین جهت‌گیری وابسته است.

۳-۱) عیوب طولی (Longitudinal)

• Seam/درز طولی، Lap/لَپ: اغلب از مرحله تولید راد/ری‌دراو یا از عیوب قالب/داي‌های آسیب‌دیده یا ذرات سخت به‌وجود می‌آید و در پاس‌های کشش «کشیده» می‌شود.
• Scratches/خطوط عمیق پیوسته: معمولاً هم‌بستگی بالا با آلودگی مسیر، گایدهای خورده، یا ذرات گیرکرده در دای دارد.
• ترک طولی ریز: می‌تواند با کارسختی/آنيل نامناسب یا رفتار ناپایدار کشش تشدید شود؛ گاهی در ظاهر دیده نمی‌شود اما در EC قابل آشکارسازی است.

۳-۲) عیوب عرضی/کوتاه (Transverse / Short)

• کینک، له‌شدگی موضعی: معمولاً از Payoff بد، تغذیه نامناسب، یا ضربه انبار/حمل.
• پله/ناپیوستگی‌های کوتاه: می‌تواند ناشی از لرزش شدید، گیرکردن لحظه‌ای، یا براده/ذره باشد.

۳-۳) عیوب نقطه‌ای/پراکنده (Point-like)

• Pits/حفره و پوسته‌کنی اکسید: به رطوبت/اکسید/آلودگی شیمیایی و کیفیت انبارداری حساس است.
• Sliver/پره سطحی: گاهی به علت «کندن» ماده توسط ذره سخت یا دای آسیب‌دیده.

در خطوط سیم/مفتول، دو خانواده‌ی اصلی سنسور رایج است: Encircling Coils (کویل حلقوی/عبوری) و Rotary Probes (پروب‌های چرخان). هرکدام نقاط قوت و ضعف مشخص دارند و در بسیاری از کارخانه‌ها «ترکیبی» استفاده می‌شوند.

۴-۱) Encircling Coil (کویل حلقوی عبوری)

در این حالت، مفتول/راد از داخل کویل عبور می‌کند. این پیکربندی برای بسیاری از «عیوب کوتاه/عرضی و نقطه‌ای» و نیز پایش‌های کلی (مثل تغییرات هدایت/قطر/شرایط سطح) بسیار کاربردی است. اما برای عیوب طولیِ خیلی یکنواخت ممکن است حساسیت/پوشش مناسب به‌اندازه‌ی Rotary نباشد.

• مزیت بزرگ: ساده‌تر، پایدارتر مکانیکی، مناسب سرعت‌های بالا، و قابل استفاده برای دامنه وسیع قطرها.
• ریسک رایج: نویز ناشی از مرکز نبودن مفتول داخل کویل، تغییر قطر لحظه‌ای، و تغییر Lift-off مؤثر.
• بهبود کلاسیک: استفاده از حالت دیفرانسیلی برای افزایش حساسیت به تغییرات موضعی و بالا بردن S/N.

۴-۲) Rotary Probe (پروب چرخان / چرخش پروب دور مفتول)

برای کشف قابل اعتمادِ «درزها و ترک‌های طولی»، معمولاً Rotary ابزار قدرتمندتری است. منطقش ساده است: پروب با یک مسیر مارپیچی سطح را جاروب می‌کند و اگر عیب طولی از گام مارپیچ بلندتر باشد، به احتمال بسیار بالاتر دیده می‌شود. اما اینجا دو شرط مهم داریم: قطر کافی و کنترل گام مارپیچ (ترکیب سرعت خط و RPM).

• مزیت بزرگ: حساسیت بالا به عیوب طولی سطحی (seam/crack).
• چالش عملی: بالانس مکانیکی، نگهداری، حساسیت به لرزش، و محدودیت قطر/سرعت در برخی طراحی‌ها.
• پارامتر حیاتی: Helical Pitch — اگر گام بزرگ باشد، عیب‌های کوتاه ممکن است «بین دو مسیر» جا بمانند.

۴-۳) یک معماری صنعتیِ رایج (ترکیبی)

یک معماری بسیار کارآمد در کارخانه‌های حساس این است: Encircling Coil به‌عنوان «فیلتر سریع و پایدار» + Rotary به‌عنوان «شکارچی عیوب طولی». اگر هزینه/فضا محدود باشد، حداقل یکی را با توجه به «پروفایل عیب‌های واقعی خط» انتخاب کنید (نه روی کاغذ).

در نصب Inline، شما عملاً یک «سیستم اندازه‌گیری» را به یک «سیستم مکانیکی پرنویز» متصل می‌کنید. پس باید دو هدف را همزمان برآورده کنید: (۱) ثبات هندسی بین سنسور و مفتول، (۲) امکان عملگر خروجی (Marker/Reject/Alarm/Log).

۵-۱) جایگاه نصب نسبت به فرآیند

• قبل از کشش (ورودی): مناسب برای غربالگری کلاف/ری‌دراو مشکوک و جلوگیری از خوابیدن خط. اما سطح ممکن است روانکار/اکسید/گردوغبار داشته باشد.
• بین پاس‌ها (میانی): اگر عیب‌ها در پاس خاصی ایجاد می‌شوند، نصب میانی به شما «عکس‌برداری از علت» می‌دهد. چالش: فضای کمتر، ارتعاش بیشتر.
• بعد از پاس نهایی: بهترین هم‌بستگی با کیفیت تحویلی به مشتری. اما اگر عیب در میانه رخ دهد، دیر متوجه می‌شوید و ضایعات بالا می‌رود.

۵-۲) آماده‌سازی سطح و کنترل متغیرهای مزاحم

۵-۳) عملگرها: Alarm، Marker، Reject، و Traceability

در خطوط واقعی، خروجی EC معمولاً یکی از این‌هاست: آلارم (برای توقف/کاهش سرعت)، Marker (علامت‌گذاری محل عیب روی مفتول/کلاف)، یا Reject logic در سیستم‌های Reel-to-reel. توصیه صنعتی: در فاز اولیه، به‌جای Reject سخت، با Marker + Log شروع کنید تا ابتدا «نرخ False» را بفهمید و مدل تصمیم‌گیری را کالیبره کنید.

استانداردهای کاربردی (مثل ASTM برای راد/ری‌دراو) معمولاً می‌گویند: دستگاه باید با روش‌های مشخص استاندارد شود، اما حد پذیرش را «طرفین استفاده‌کننده» تعیین می‌کنند. این یعنی شما باید هم نمونه مرجع مناسب داشته باشید هم قانون تصمیم‌گیری را در کارخانه خودتان تثبیت کنید.

۶-۱) Reference Standard چیست و چرا بدون آن ریسک دارید؟

نمونه مرجع معمولاً یک قطعه از همان جنس/قطر است که روی آن عیب مصنوعی کنترل‌شده ایجاد می‌شود (مثلاً EDM notch با عمق مشخص). هدفش این نیست که «همه عیب‌ها را شبیه‌سازی کند»؛ هدف این است که سیستم شما هر روز/هر شیفت نشان دهد «حساسیت و پاسخ» در محدوده قابل قبول است.

۶-۲) بهترین شیوه‌ی عملی برای ایجاد مرجع (کارگاهی)

• انتخاب جنس و قطر: دقیقاً مطابق محصول واقعی (مثلاً 1350 یا 6201 و قطرهای پرتکرار). تغییر آلیاژ، هدایت را عوض می‌کند → پاسخ هم عوض می‌شود.
• عیب مصنوعی هدفمند: برای seam/ترک طولی معمولاً شیار طولی با عمق معلوم؛ برای عیوب کوتاه/نقطه‌ای می‌توان notch کوتاه یا حفره کنترل‌شده داشت.
• مستندسازی: عمق/طول/زاویه، روش ایجاد، و وضعیت سطح مرجع باید ثبت شود و مرجع نباید با ضربه/سایش تغییر کند.

۶-۳) تنظیم Threshold و فلسفه‌ی تصمیم‌گیری

خطای کلاسیک این است که Threshold را «تا جایی پایین می‌آوریم که همه چیز را ببینیم» و بعد خط را با False Reject می‌خوابانیم. راه درست: Threshold را با یک هدف صنعتی تنظیم کنید:

• هدف ۱ (ایمنی فرآیند): عیوبی که احتمال پارگی/خرابی پاس بعدی را بالا می‌برند باید به‌صورت محافظه‌کارانه آشکار شوند.
• هدف ۲ (کیفیت محصول): عیوبی که روی ظاهر/کارکرد نهایی اثر دارند باید با معیار مشتری هم‌راستا شوند.
• هدف ۳ (پایداری تولید): نرخ False باید کنترل شود؛ گاهی لازم است با فیلتر/فاز/طبقه‌بندی، «نویز» از «عیب» جدا شود.

۷-۱) فرکانس (Frequency): تصمیم اول، نه گزینه‌ی تزئینی

فرکانس مستقیماً روی عمق نفوذ و نوع پاسخ اثر می‌گذارد. برای عیوب بسیار سطحی، فرکانس بالاتر به شما حساسیت سطحی می‌دهد، ولی همزمان حساسیت به Lift-off و شرایط سطح هم افزایش پیدا می‌کند. برای سیگنال‌های پایدارتر و نفوذ بیشتر، فرکانس پایین‌تر انتخاب می‌شود.

۷-۲) Gain/Amplification: چرا افزایش Gain همیشه خوب نیست؟

Gain بالا یعنی هر تغییر کوچک بزرگ می‌شود—هم عیب، هم نویز. اگر نویز مکانیکی/هندسی کنترل نشده باشد، بالا بردن Gain فقط باعث می‌شود «نویز هم عیب شود». پس ترتیب درست: اول مکانیک پایدار → بعد فیلتر/فاز → آخر Gain.

۷-۳) Phase Rotation / Mixing: جدا کردن «عیب» از «هندسه/هدایت»

در بسیاری از سیستم‌ها، سیگنال‌ها روی صفحه مختلط نمایش داده می‌شوند. تغییر هدایت/قطر/ Lift-off می‌تواند مسیر فاز متفاوتی داشته باشد نسبت به عیب ترک/درز. با Phase Rotation یا Mix می‌توانید محور حساسیت را طوری بچرخانید که عیب‌ها روی یک محور پررنگ‌تر شوند و تغییرات یکنواخت (مثل قطر) تا حدی حذف شوند.

۷-۴) Filters و Bandwidth: دوست شما برای کنترل False Indication

فیلترها (High-pass/Low-pass و فیلترهای سرعتی) به شما کمک می‌کنند فرکانس‌های مربوط به ارتعاش یا تغییرات آهسته را حذف کنید و مؤلفه‌های «موضعی» را نگه دارید. اما فیلتر اشتباه می‌تواند عیب واقعی را هم تضعیف کند. قاعده: فیلتر را با توجه به سرعت خط و طول عیب هدف تنظیم کنید.

۷-۵) سرعت خط و اثرش روی پاسخ

سرعت خط روی شکل سیگنال و روی عملکرد Rotary (گام مارپیچ) حیاتی است. اگر سرعت خط بالا برود و RPM ثابت بماند، گام بزرگ‌تر می‌شود و احتمال Miss بالا می‌رود. در Encircling هم سرعت بالا می‌تواند طیف نویز را جابه‌جا کند و نیاز به تنظیم فیلتر/گیت داشته باشید.

در خطوط سیم/مفتول، یک عبارت کلیدی وجود دارد: Noise can mask unacceptable discontinuities. یعنی نویز می‌تواند عیب واقعی را پنهان کند یا خودش را جای عیب جا بزند. پس مدیریت نویز «بخشی از مهندسی کیفیت» است، نه صرفاً تنظیم اپراتوری.

۸-۱) مهم‌ترین منابع نویز در آلومینیوم

• Lift-off متغیر: کوچک‌ترین تغییر فاصله پروب-سطح در فرکانس‌های بالا می‌تواند مثل عیب دیده شود.
• تغییر قطر/بیضوی شدن: خصوصاً در Encircling، تغییرات هندسی مستقیم روی امپدانس اثر می‌گذارد.
• مرکز نبودن/لنگی: مسیر عبور اگر «هم‌محور» نباشد، شما نویز شبه‌عیب خواهید داشت.
• آلودگی سطح: روانکار پخته، گردوغبار فلزی، و اکسید پوسته‌ای، همگی سیگنال تولید می‌کنند.
• تغییر دما: دما هدایت را تغییر می‌دهد و پایه سیگنال را جابه‌جا می‌کند.

۸-۲) استراتژی‌های صنعتی برای بهبود S/N (به ترتیب اثرگذاری)

۸-۳) نکته تخصصی برای Rotary: کنترل Helical Pitch

در Rotary، «گام مارپیچ» تعیین می‌کند چه طول عیبی با چه احتمال آشکارسازی دیده می‌شود. اگر گام از طول عیب کوتاه‌تر باشد، عیب تقریباً همیشه روی مسیر جاروب می‌افتد؛ اگر گام بلند شود، عیب‌های کوتاه ممکن است بین مسیرها جا بمانند. بنابراین وقتی سرعت خط را بالا می‌برید، باید یا RPM را بالا ببرید یا تعداد پروب/مسیر را افزایش دهید.

۹-۱) دامنه (Amplitude) در برابر فاز (Phase): چرا هر دو مهم‌اند؟

دامنه معمولاً با «شدت تغییر» مرتبط است؛ اما فاز می‌تواند کمک کند ماهیت تغییر را تشخیص دهید (مثلاً هندسه vs عیب). بسیاری از خطوط موفق، یک «پنجره تصمیم» دارند: دامنه برای Trigger و فاز برای طبقه‌بندی.

۹-۲) سه خروجی مدیریتی که باید داشته باشید

• Reject/Marker Event Log: زمان/طول/موقعیت روی کلاف + شدت + کانال/فرکانس.
• Trend شاخص‌ها: تعداد رویداد در هر ۱۰۰۰ متر، توزیع شدت، و تغییرات پایه سیگنال در زمان.
• Correlation با علت‌ها: تعویض دای، تغییر روانکار، تغییر تامین‌کننده، تغییر سرعت/کشش، شرایط انبار.

۹-۳) طبقه‌بندی عیب به زبان تولید

به جای «سیگنال بزرگ/کوچک»، عیب‌ها را با طبقه‌های عملیاتی تعریف کنید؛ مثلاً: عیب بحرانی (ریسک پارگی)، عیب کیفی (ظاهر/مشتری)، نویز فرآیندی (نیاز به تنظیم/پاک‌سازی). بعد، برای هر طبقه اقدام تعریف کنید: کاهش سرعت، تعویض دای، تمیزکاری، اصلاح مسیر، یا قرنطینه کلاف.

در نگاه استانداردی، اجزای سیستم (دستگاه، پروب، کابل/اکسسوری، و Reference Block) باید در محدوده قابل قبول نگه داشته شوند؛ و خود Reference Block هم باید قبل از استفاده از نظر وضعیت فیزیکی و تغییرات بررسی شود.

۱۰-۱) سه سطح Verification (الگوی عملیاتی)

یک چارچوب رایج این است که Verification را در ۳ سطح تعریف کنیم: Level 1 (چک عملکردی تکراری در محل)، Level 2 (کالیبراسیون/چک جزئی‌تر در بازه‌های بلندتر)، و Level 3 (شناسنامه‌سازی/Characterisation). این سه‌سطحی بودن کمک می‌کند هم تولید نخوابد، هم قابلیت دفاع فنی داشته باشید.

۱۰-۲) صلاحیت پرسنل و کنترل روش اجرایی

برای اینکه نتایج تکرارپذیر باشد، «روش اجرایی» باید مشخص کند: هدف آزمون چیست، چه عیوبی باید آشکار شوند، شرایط محیطی چیست، و چه کسی مجاز به انجام/تفسیر است. در صنایع حساس، صلاحیت و آموزش اپراتورها/بازرسان NDT هم بخشی از سیستم کیفیت است.

گام ۱) آماده‌سازی قبل از تولید

مسیر عبور را تمیز و پایدار کنید (گایدها، بوشینگ‌ها، رول‌ها). اگر محصول با روانکار بیرون می‌آید، یک تعریف ثابت داشته باشید که «چه مقدار باقی‌مانده قابل قبول است» (نه اینکه هر شیفت یک رفتار).

گام ۲) Level 1 Verification با Reference Standard

مرجع را با همان تنظیمات قفل‌شده از سیستم عبور دهید و مطمئن شوید پاسخ در محدوده تعریف‌شده است. اگر خارج بود: قبل از هر چیز مکانیک (مرکز بودن/ارتعاش) و تمیزی مرجع/سنسور را چک کنید، سپس سراغ تنظیمات بروید.

گام ۳) انتخاب Recipe بر اساس آلیاژ/قطر

برای هر آلیاژ و بازه قطر، یک Recipe داشته باشید: فرکانس(ها)، Gain، فیلتر، Phase/Mix، Thresholdهای Info/Warning/Reject، و منطق Marker. در شروع، تعداد Recipe را کم نگه دارید تا کنترل‌پذیر باشد.

گام ۴) اجرای تولید و پایش زنده

شاخص‌های ساده را روی مانیتور داشته باشید: تعداد رویداد در هر طول مشخص، شدت متوسط/حداکثر، و Drift پایه سیگنال. در صورت جهش ناگهانی: اول «آخرین تغییر» را پیدا کنید (دای/سرعت/روانکار/ورودی/گاید).

گام ۵) واکنش استاندارد به رویدادها

• Info: فقط ثبت (برای تحلیل روند).
• Warning: Marker + کاهش سرعت کوتاه + بررسی سریع سطح/روانکار/گاید.
• Reject: توقف/قرنطینه بخش مشخص + ثبت مستندات + تصمیم QC (بازآزمایی/مرجوعی/مصرف محدود).

گام ۶) پایان شیفت/بستن حلقه بهبود

لاگ رویدادها را با توقف‌ها و تغییرات فرآیند کنار هم بگذارید. اگر یک علت تکرار می‌شود (مثلاً بعد از تعویض دای یا در رطوبت بالا)، اقدام اصلاحی دائمی تعریف کنید.

EC عالی است برای…

• عیوب سطحی/نزدیک سطح در مواد رسانا، با سرعت بالا و بدون تماس.
• پایش روند فرآیند (افزایش تدریجی نویز/عیب به‌عنوان هشدار خرابی دای یا آلودگی).
• طبقه‌بندی کیفی کلاف‌ها (Quality Grading) وقتی منطق داده و گیت‌ها درست تعریف شده باشد.

EC می‌تواند ناکافی باشد وقتی…

• عیب‌های عمیق/حجمی غالب هستند (ممکن است نیاز به روش‌های دیگر مثل UT یا آزمون‌های مکانیکی/متالوگرافی باشد).
• سطح به‌شدت آلوده/پوشیده است و Lift-off دائماً تغییر می‌کند (باید ابتدا فرآیند تمیزکاری/کنترل سطح را اصلاح کنید).
• معیار مشتری «تعریف دقیق از عیب» می‌خواهد (مثلاً عمق ترک با عدم قطعیت مشخص). در این صورت باید «روش تاییدی» داشته باشید.

• ISO 15549 — اصول عمومی Eddy Current و الزام تعریف Application Document برای محصول خاص.
• ISO 15548-1 / ISO 15548-2 — ویژگی‌ها و Verification تجهیزات و پروب‌ها (سطوح مختلف چک عملکرد).
• ISO 9712 — صلاحیت و گواهی‌نامه پرسنل NDT (برای سازمان‌های حساس).
• ASTM E1606 — روش EC برای راد/ری‌دراو آلومینیوم و مس برای مقاصد الکتریکی (چارچوب صنعتی).
• NDT.net (Libby, 2024) — مقاله کاربردی درباره انتخاب کویل/پروب، اثر Pitch در Rotary، و تکنیک‌های افزایش S/N در آزمون سیم.
• NDE-ED — منابع آموزشی (Skin Effect و فرمول‌های کاربردی).