Бороскоп или лазерен ротационен сондаж? Вътрешна инспекция в отвор с диаметър 1,5 мм

Общ преглед

Инспекцията на вътрешността на отвори е част от измерителната и дефектна инспекция, която най-често остава ръчна. Причината е достъпът: отворът е повърхност, насочена навътре, а единствените начини да се получи изображение са чрез наблюдение по оста с оптична система, достатъчно малка, за да влезе в отвора, или чрез въртене на сензор вътре в него и построяване на изображението ред по ред. И двата подхода се използват в производството и имат различни слабости.

Оптическият зонд в стил бороскоп предава истинско изображение с цвят, което прави работата интуитивна за оператора и ефективна при визуално откриване на дефекти като драскотини, вдлъбнатини и порозност при леене.

Big Bird Industrial (по-рано Shimada Big Bird Industrial) произвежда системи за почистване и застраняване на заострени ръбове за компоненти на автомобилни силови агрегати от 2001 г., а показаните по-долу данни за инспекция са получени от производствени станции, а не от лабораторни установки.

1. Какво може и какво не може да прави оптическият борозонд

Оптическият подход използва малка камера или система от лещи и реле вътре в отвора. Светлината се доставя до далечния край, а изображението се връща към сензора – направо или чрез фибров пакет. Резултатът е цветно изображение, което човек или обучена модел може да интерпретира за различните класове дефекти.

Три оптични конфигурации

Ригидната бронирана леща е най-разпространеното разположение за прави отвори: неръждаема тръба с оптика в края, която осигурява преден изглед или страничен изглед под фиксиран ъгъл. Панорамна леща с 360-градусов обхват заснема целия периметър с едно излагане, което е ефективно за големи отвори, но има ограничена разделителна способност на единица площ. Рибешкооко-конфигурацията осигурява широко поле на зрение при кратко работно разстояние и е подходяща за плитки джобове и конични отвори.

Тези три конфигурации не са взаимозаменими. Панорамният изглед показва, че дефект съществува някъде по периметъра, но не уточнява точно къде; ригидната леща със страничен изглед дава точна азимутална позиция, но трябва да се завърти, за да обхване целия периметър — това увеличава времето за цикъл.

Граница на разделителната способност

Оптичната разделителна способност вътре в отвор е ограничена от апертурата, която може да се вмести физически, и от работното разстояние. Система, проектирана за минимален отвор от 1.5 mm, може да разграничава детайли с размер 0.01 mm по повърхността, когато оптиката е коректно фокусирана, но тази стойност се постига при конкретно работно разстояние и намалява при изваждане на зонда. Възможностите за дълбочина в стандартния диапазон обхващат 50 до 200 mm, а персонализираните конфигурации достигат до 310 mm.

2. Какво променя лазерният ротационен зонд

Лазерният ротационен зонд проектира лазерна линия върху стената на отвора и се върти вътре в него, като записва профил при всяка ъглова позиция. Резултатът е облак от точки на вътрешната повърхност, а не фотография на нея.

Устойчивост към околна светлина

Тъй като измерването се основава на триангулация на лазерна линия, а не на визуализация на отразена бяла светлина, зондът не е чувствителен към околна осветеност или към цвета на повърхността. Това елиминира два от основните източници на фалшиви сигнали при оптическата инспекция на отвори: странична светлина, проникваща през отвора на отвора, и отразяващи или тъмни повърхности, които променят видимия контраст на дефект.

Засичане на сблъсък и чужди тела

Въртящ се зонд може да засече препятствие преди да го удари, тъй като профилът, който измерва, се променя рязко. На практика това позволява на зонда да идентифицира чужди тела в отвора и да спре — изискване за части, при които стружка или литейна възел могат да повредят последваща машинна обработка. При корпуси на клапани чуждо тяло с профил над 0,25 мм представлява засичаемо събитие, а времето за цикъл е 14 секунди за цилиндричен отвор и 18 секунди за отвор на усилвател, постижими с този метод.

3. Избор според отвора и дълбочината

Първият критерий за избор е отворът, тъй като той елиминира възможностите преди да се приложи какъвто и да било друг критерий. Обикновено се инспектират отвори в диапазона 5–40 mm и в диапазона 40–120 mm, като отношението дълбочина към диаметър е приблизително 1:1. При по-големи стойности на това отношение зондът трябва да е по-дълъг спрямо диаметъра си, което увеличава отклонението и намалява позиционната точност в острия му край.

Компромис между дълбочина и диаметър

Дълъг и тънък зонд се огъва. Дори един твърд лещов корпус с бронирана обвивка проявява измеримо отклонение при дължина над 300 mm, а това отклонение променя разстоянието до обекта и следователно фокуса. Системите, които работят на такава дълбочина, или използват корпус с по-голям диаметър, или приемат по-ниско разрешение в далечния край; спецификацията трябва да посочва производителността при зададената дълбочина, а не най-добрата възможна стойност.

4. Граници на откриването и какво те скриват

Заявената граница на откриване обикновено е най-добрата възможна стойност за референтен дефект. Числото, което има значение в производството, е границата при най-неблагоприятното положение в канала — обикновено далечният му край и областта, където зондът се движи най-бързо.

Осветлението като доминираща променлива

В оптичните системи контрастът на дефекта зависи от ъгъла на осветлението спрямо повърхността. Драскотина по изпълнен канал е видима под един ъгъл и невидима под друг, затова инспекционните станции за канали често използват повече от едно направление на осветление и комбинират резултатите. Станция, която използва само един кръгов светлинен източник, ще докладва стабилна, но непълна картина.

Калибриране и отклонение

И двата метода изискват референтен артефакт. За оптичен сондажен сензор това е цел с известни размери на характеристиките на работното разстояние; за лазерен сондажен сензор това е калибрационен цилиндър с известен диаметър и стъпка. Проверката на артефакта в началото на всяка смяна е най-евтиният начин да се открие бавното отклонение, което иначе се проявява като промяна в честотата на фалшивите сигнали, а не като съобщение за грешка. Сондажен сензор, който е извън фокус, все още връща изображение, а сондажен сензор, който е загубил калибрацията си, все още връща профил; нито един от тях не съобщава за грешка, докато някой не сравни резултата с известна част.

5. Интегриране в производствена линия

Сондажният сензор за отвори е бавен сензор в сравнение с камерата с площно заснемане, затова обикновено се придвижва към характеристиките, а не обратното. Това означава робот или двуосева механична система, която премества сензора между отворите, и означава също така, че инспекционната станция трябва да знае къде се намира всеки отвор върху детайла.

Практическият резултат е, че времето за един цикъл се увеличава пропорционално на броя на проверените отвори, а не на размера на детайла. Детайл с четири критични отвора изисква приблизително четири пъти повече време за инспекция в сравнение с детайл с един отвор, и това аритметично съотношение трябва да бъде предвидено в тактовия бюджет още преди определянето на работната станция. Когато броят на отворите е голям, често единственият начин да се побере инспекцията в линията е да се извърши извличане на подмножество от отворите за всеки детайл, вместо да се проверяват всички отвори.

Често задавани въпроси

Може ли бороскопът да се използва за 100-процентова инспекция?

Да, стига механизмът и времето за цикъл да позволяват това. Често прилаганият компромис е да се извършва инспекция на всеки детайл за два или три отвора с най-висок риск, а останалите отвори да се проверяват посредством извличане на проби.

Какъв е най-малкият отвор, който може да се инспектира?

До 1,5 мм с използване на специализирани оптични системи. При по-малки диаметри диаметърът на зонда ограничава осветлението и разрешението, а алтернативни методи като измерване с въздушни калибри обикновено са по-практични.

Кой метод по-добре справя тъмен или отразяващ отвор?

Лазерният въртящ се датчик, тъй като не зависи от отразена бяла светлина. Оптическият датчик върху тъмна повърхност изисква по-голямо осветление и дава по-нисък контраст, което увеличава както честотата на пропуснати дефекти, така и честотата на ложноположителни сигнали.

Колко често трябва да се калибрира датчикът?

Проверка с референтен еталон в началото на всяка смяна и пълна рекалибрация според графика, определен от производителя. Проверката в началото на смени засича механични повреди и отклонения в фокуса – това са неизправностите, които възникват между плановите калибрации.

Заключение

Изборът между оптичен датчик за отвори и лазерен въртящ се датчик се определя от класа на дефекта и от повърхността, а не от показателите за резолюция. Ако критерият е визуален дефект в достъпен отвор при контролирано осветление, оптическите датчици дават по-богато изображение. Ако критерият е геометрия, положение или наличието на чужди частици в отвор, който може да е тъмен или отразяващ, лазерният профил е по-устойчив.

И двете са ограничени преди всичко от отвора и дълбочината, затова спецификацията трябва да започне оттам. Граничната стойност за откриване, цитирана без диаметъра на отвора, дълбочината и състоянието на повърхността, при които е постигната, не представлява спецификация.