من الأفضل استخدام منظار داخلي أو مجس دوار ليزري؟ فحص داخل الثقوب بقطر ١٫٥ مم

نظرة عامة

يُعَدُّ تفقُّد داخل الثقوب جزءًا من تفقُّد الأبعاد والعيوب الذي يظلُّ في أغلب الأحيان يدويًّا. ويعود السبب في ذلك إلى صعوبة الوصول: فالثقب هو سطحٌ يتجه نحو الداخل، وأفضل طريقة لتصويره هي إما النظر على امتداد محوره باستخدام نظام بصري صغير بما يكفي للدخول إليه، أو تدوير مستشعر داخله وتكوين الصورة سطرًا سطرًا. وكلا النهجين قيد الاستخدام الفعلي حاليًّا، لكن كلًّا منهما يفشل بطرق مختلفة.

تُوفِّر مسبار بصري على شكل منظار داخلي صورةً حقيقيةً ملوَّنةً، ما يجعله بديهيًا للمُشغِّل وفعالًا في كشف عيوب مرئية مثل الخدوش والتجويفات ومسامية الصب. أما المسبار الدوراني الليزري فيقيس الملف الشخصي بدل اللون، ما يجعله غير متأثرٍ بمشاكل الإضاءة التي تُعاني منها أنظمة المناظير الداخلية ذات القطر الصغير، ويمنحه قدرةً على اكتشاف الاصطدام لا يمتلكها المسبار البصري.

تُركِّز شركة بيغ بيرد إندستريال (والتي كانت تُسمى سابقًا شيمادا بيغ بيرد إندستريال) منذ عام ٢٠٠١ على بناء أنظمة تنظيف وتنعيم مكوّنات نظم الدفع في السيارات، والبيانات الخاصة بالتفتيش المذكورة أدناه مستمدةٌ من محطات الإنتاج وليس من أجهزة الاختبار المخبرية.

١. ما يستطيع المسبار البصري الداخلي فعله وما لا يستطيع فعله

تعتمد الطريقة البصرية على وضع كاميرا صغيرة أو نظام عدسة مع ناقل داخل التجويف. وتُوجَّه الإضاءة إلى الطرف البعيد، ثم تُعاد الصورة إلى المستشعر إما مباشرةً أو عبر حزمة ألياف بصرية. والنتيجة هي صورة ملوَّنة يمكن لشخصٍ أو نموذجٍ مدربٍ تفسيرها لتصنيف العيوب.

ثلاثة ترتيبات بصرية

يُعد العدسة الصلبة المدرعة الترتيب الأكثر شيوعًا للمناظير المستقيمة: أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ مزود بعدسات عند طرفه، مما يوفّر رؤية أمامية أو رؤية جانبية بزاوية ثابتة. أما عدسة البانوراما ذات الزاوية ٣٦٠ درجة فتلتقط صورةً للمسافة المحيطية الكاملة في تعريض واحد، وهي فعّالة في الفتحات الكبيرة لكنها تقدّم دقة محدودة لكل وحدة مساحة. أما الترتيب العيني السمكي فيوفّر مجال رؤية واسعًا على مسافة عمل قصيرة، وهو مناسب للجيوب الضحلة والتجويفات المخروطية.

هذه الترتيبات الثلاثة ليست قابلة للتبديل. إذ تُنبّهك الرؤية البانورامية إلى وجود عيب ما في مكانٍ ما على المحيط دون تحديد موقعه بدقة؛ بينما تمنح العدسة الصلبة ذات الرؤية الجانبية موضعًا أزيموثيًّا دقيقًا، لكنها تتطلّب دورانها لتغطية المحيط بالكامل، ما يستغرق وقت دورة إضافيًّا.

الحد الأقصى للدقة

تقتصر الدقة البصرية داخل الفتحة على حجم الفتحة التي يمكن إدخالها فعليًّا وعلى المسافة التشغيلية. ويمكن لنظامٍ مُصمَّم لحدٍّ أدنى لقطر الفتحة يبلغ ١,٥ مم أن يُظهر التفاصيل بدقة ٠,٠١ مم على السطح عند تركيز العدسات بشكلٍ صحيح، لكن هذه الدقة تتحقَّق فقط عند مسافة تشغيلية معيَّنة، وتتراجع عندما يُسحب المجس للخارج. ويتراوح مدى العمق في النطاق القياسي بين ٥٠ و٢٠٠ مم، بينما تصل التصاميم المخصصة إلى ٣١٠ مم.

٢. ما الذي يغيِّره مجس الليزر الدوراني

يُسقط مجس الليزر الدوراني خطَّ ليزر على جدار الفتحة ويتحرك دوَّارًا داخلها، ملتقطًا ملفًّا هندسيًّا عند كل موضع زاوي. والنتيجة هي سحابة نقاط تمثِّل السطح الداخلي بدلًا من صورة فوتوغرافية له.

المناعة تجاه الضوء المحيط

بما أن القياس يعتمد على تثليث خط ليزري بدلًا من تصوير الضوء الأبيض المنعكس، فإن المجس لا يتأثر بالإضاءة المحيطة أو بلون السطح. وهذا يلغي مصدرَيْ الخطاين الرئيسيين في فحص الثقوب البصرية: دخول الضوء المشتت عبر فتحة الثقب، والأسطح العاكسة أو الداكنة التي تُغيّر التباين الظاهري للعيب.

كشف الاصطدام والمادة الغريبة

يمكن لمجسٍ دوارٍ اكتشاف عائقٍ قبل اصطدامه به، لأن الملف الشخصي الذي يقيسه يتغير فجأةً. وفي الواقع، يسمح هذا للمجس بتحديد وجود مادة غريبة داخل الثقب والوقوف فورًا، وهو شرطٌ ضروريٌّ في القطع التي قد تتسبب فيها رقائق معدنية أو نتوءات صبٍّ في إتلاف عملية تشغيل لاحقة. وفي أجسام الصمامات، تُعتبر أي مادة غريبة ذات ملف شخصي يزيد عن ٠٫٢٥ مم حدثًا قابلاً للكشف، كما يمكن تحقيق أزمنة دورات تبلغ ١٤ ثانية للثقوب الأسطوانية و١٨ ثانية للثقوب المُضخِّمة باستخدام هذه الطريقة.

٣. التحديد حسب الفتحة والعمق

معيار التحديد الأول هو الفتحة، لأنها تستبعد الخيارات قبل تطبيق أي اعتبار آخر. ويتم فحص الثقوب التي تتراوح قطرها بين ٥ و٤٠ مم، وبين ٤٠ و١٢٠ مم بشكل روتيني، وبنسبة عمق إلى قطر تبلغ تقريبًا واحدًا إلى واحد. وعندما تتجاوز هذه النسبة، يتعيّن أن يكون المجس أطول نسبيًّا بالنسبة إلى قطره، ما يؤدي إلى زيادة الانحناء وانخفاض الدقة الموضعية عند الطرف.

المفاضلة بين العمق والقطر

المجس الطويل الرقيق ينحني. بل إن العدسة المدرعة الصلبة تنحني بشكل قابل للقياس على امتداد ٣٠٠ مم، وهذا الانحناء يغيّر المسافة بين الطرف والسطح المفحوص وبالتالي يغيّر البُعد البؤري. أما الأنظمة التي تعمل عند هذا العمق فهي إما تستخدم غلافًا ذا قطر أكبر، أو تقبل دقة أقل عند الطرف البعيد، ويجب أن توضح المواصفات الأداء عند العمق المحدد بدلًا من أقصى أداء ممكن.

٤. حدود الكشف وما تخفيه

عادةً ما يمثل حد الكشف المذكور رقماً مثالياً بالنسبة لعيب مرجعي. أما الرقم الذي يهم في الإنتاج فهو الحد عند أسوأ موضع داخل الأنبوب، والذي يكون عادةً في الطرف البعيد والمنطقة التي تتحرك فيها probة بأسرع سرعة.

الإضاءة كمتغير رئيسي

في الأنظمة البصرية، يعتمد تباين العيب على زاوية الإضاءة بالنسبة للسطح. فعلى سبيل المثال، تظهر الخدشة على سطح أنبوب مصقول عند زاوية معينة وتختفي عند زاوية أخرى، ولذلك تستخدم محطات فحص الأنابيب غالباً أكثر من اتجاه إضاءة واحد وتدمج النتائج. أما المحطة التي تستخدم مصدر إضاءة حلقي واحد فستُبلغ عن صورة مستقرة لكنها غير كاملة.

معايرة وانحراف

تتطلب كلتا الطريقتين قطعة مرجعية. أما بالنسبة لمسبار بصري، فهي عبارة عن هدفٍ تُعرف أبعاد ميزاته عند المسافة التشغيلية؛ أما بالنسبة لمسبار الليزر، فهي أسطوانة معايرة ذات قطر معروف وخطوة معروفة. ويعتبر فحص القطعة المرجعية في بداية كل وردية أسهل طريقة للكشف عن الانجراف البطيء الذي يظهر عادةً على شكل تغيّر في معدل التحذيرات الكاذبة بدلًا من ظهور رسالة خطأ. فالمسبار غير المُركَّز جيدًا لا يزال يُعيد صورةً ما، والمسبار الذي فقد معايرته لا يزال يُعيد ملفًّا شخصيًّا (Profile) ما؛ ولا يُبلغ أيٌّ منهما عن خطأ إلا حين يقارن شخصٌ ما النتيجة مع قطعة معروفة.

٥. الدمج في خط الإنتاج

يُعد مسبار الفتحات بطيئًا مقارنةً بكاميرا المنطقة، ولذلك يُنقل عادةً إلى الميزات بدلًا من نقل الميزات إليه. وهذا يعني استخدام روبوت أو آلية ذات محورين لحمل المسبار بين الفتحات، كما يعني أن محطة الفحص يجب أن تعرف موقع كل فتحة على القطعة.

النتيجة العملية هي أن زمن الدورة يتناسب طرديًّا مع عدد الثقوب المفحوصة، وليس مع حجم القطعة. فالقطعة التي تحتوي أربعة ثقوب حرجة تستغرق وقت فحص يقارب أربعة أضعاف وقت فحص قطعة تحتوي ثقبًا واحدًا فقط، ويجب أن تُحتسب هذه الحسابات في ميزانية التاكْت قبل تحديد المحطة.

الأسئلة المتكررة

هل يمكن استخدام المنظار الداخلي للفحص بنسبة ١٠٠٪؟

نعم، شريطة أن يسمح النظام الميكانيكي وزمن الدورة بذلك. أما الحل الوسط الشائع فهو فحص كل قطعة بالنسبة للثقوب ذات الخطورة الأعلى (عادةً اثنين أو ثلاثة ثقوب)، بينما يُجرى فحص عيّنات من باقي الثقوب.

ما أصغر قطر ثقب يمكن فحصه؟

حتى ١٫٥ مم باستخدام عدسات متخصصة. وأما دون ذلك، فإن قطر المجس يحد من كفاءة الإضاءة والوضوح، لذا تصبح الطرق البديلة مثل القياس بالمانومتر الهوائي عادةً أكثر عملية.

أي طريقة تكون أكثر كفاءة في فحص ثقب مظلم أو عاكس؟

جهاز الاستشعار الدوراني الليزري، لأنه لا يعتمد على انعكاس الضوء الأبيض. أما جهاز الاستشعار البصري على سطح داكن فيتطلب إضاءةً أكبر ويُنتج تباينًا أقل، ما يرفع من معدلات الفشل في الكشف ومعدلات التحذيرات الخاطئة.

ما مدى تكرار معايرة الجهاز؟

يجب إجراء فحص مرجعي عند بدء كل وردية، ومعايرة كاملة وفق جدول تحدده الشركة المصنِّعة. ويكشف الفحص الوردي عن الأضرار الميكانيكية وانحراف التركيز، وهما النوعان اللذان يحدثان بين المعايرات المجدولة.

الخاتمة

يتحدد الاختيار بين جهاز استشعار بصري للثقوب وجهاز استشعار ليزري دوّاري وفقًا لنوع العيب والسطح، وليس وفق أرقام الدقة. فإذا كان المعيار هو عيبٌ مرئيٌّ في ثقبٍ سهل الوصول مع إضاءة خاضعة للتحكم، فإن الأنظمة البصرية تقدّم صورةً أكثر غنىً. أما إذا كان المعيار يتعلق بالهندسة أو الموضع أو وجود أجسام غريبة داخل ثقب قد يكون داكنًا أو عاكسًا، فإن الملف الشخصي الليزري يكون أكثر متانةً.

كلاهما محدودان أولاً وقبل كل شيء بالفتحة والعمق، لذا يجب أن تبدأ المواصفات من هذه النقطة. فالحد الأدنى للكشف المذكور دون تحديد قطر الفتحة والعمق وحالة السطح التي تم تحقيقه عليها لا يُعتبر مواصفة.