Boreskop nebo laserový rotační sondovací systém? Kontrola vnitřních otvorů o průměru 1,5 mm

Přehled

Kontrola vnitřních otvorů je součástí rozměrové a defektové kontroly, která nejčastěji zůstává manuální. Důvodem je přístup: vrtání je povrch směřující dovnitř a jediné způsoby, jak jej zobrazit, jsou buď pohled podél osy pomocí optického systému dostatečně malého na to, aby dovnitř vstoupil, nebo rotace senzoru uvnitř a postupné sestavování obrazu řádek po řádku. Obě metody se používají v průmyslové výrobě a selhávají různými způsoby.

Optický sondovací přístroj ve stylu boreoskopu poskytuje skutečný barevný obraz, což z něj činí intuitivní a účinný nástroj pro vizuální detekci vad, jako jsou škrábance, vrypy a litinové pórovitosti. Laserová rotační sonda měří profil místo barvy, čímž je nezávislá na problémech s osvětlením, které trápí optické systémy pro malé průměry, a zároveň disponuje funkcí detekce kolize, kterou optická sonda nemá.

Big Bird Industrial (dříve Shimada Big Bird Industrial) vyvíjí a vyrábí čisticí a odhrnovací systémy pro automobilové součásti pohonných jednotek od roku 2001; údaje o inspekci uvedené níže pocházejí z výrobních stanic, nikoli z laboratorních zařízení.

1. Co optická vnitřní sonda dokáže a nedokáže

Optický přístup umísťuje malou kameru nebo soustavu čoček s převodem obrazu do vnitřku otvoru. Světlo je vedeno až na vzdálený konec a obraz se vrací ke snímači buď přímo, nebo prostřednictvím světlovodného svazku. Výsledkem je barevný obraz, který může člověk nebo natrénovaný model interpretovat za účelem rozpoznání tříd vad.

Tři optická uspořádání

Tuhé pancéřované čočky jsou nejběžnějším uspořádáním pro přímé otvory: nerezová trubka s optikou na špičce, která poskytuje pohled dopředu nebo postranní pohled pod pevným úhlem. Panoramatická čočka s rozsahem 360 stupňů zachycuje celý obvod v jediném snímku, což je efektivní pro velké otvory, ale má omezené rozlišení na jednotku plochy. Fisheye uspořádání poskytuje široký zorný úhel při krátké pracovní vzdálenosti, což je vhodné pro mělké kapsy a kuželové vyfrézování.

Tyto tři uspořádání nejsou zaměnitelná. Panoramatický pohled vám pouze ukáže, že někde na obvodu chyba existuje, ale neposkytne přesnou polohu; postranní pohled pomocí tuhé čočky určí přesnou azimutální polohu, avšak k pokrytí celého obvodu je nutné čočku otáčet, což zvyšuje dobu cyklu.

Mezní rozlišení

Optické rozlišení uvnitř otvoru je omezeno průměrem clony, kterou lze fyzicky vložit, a pracovní vzdáleností. Systém navržený pro minimální průměr otvoru 1,5 mm dokáže rozlišit detaily o velikosti 0,01 mm na povrchu, pokud jsou optické prvky správně zaostřeny; tato hodnota však platí pouze pro konkrétní pracovní vzdálenost a zhoršuje se při stahování sondy.

2. Co změní laserová rotační sonda

Laserová rotační sonda promítá laserovou čáru na stěnu otvoru a rotuje uvnitř otvoru, přičemž v každé úhlové poloze zachytí profil. Výsledkem je mrak bodů popisující vnitřní povrch, nikoli fotografie tohoto povrchu.

Odolnost vůči okolnímu světlu

Protože měření je založeno na triangulaci laserové čáry a nikoli na zobrazování odraženého bílého světla, sondy neovlivňuje okolní osvětlení ani barva povrchu. Tím se eliminují dva hlavní zdroje falešných detekcí při optickém prohlížení vrtaných otvorů: rozptýlené světlo vstupující do otvoru vrtaného otvoru a odrazné nebo tmavé povrchy, které mění zdánlivý kontrast vad.

Detekce kolize a cizích předmětů

Rotující sonda dokáže zjistit překážku ještě před jejím nárazem, protože profil, který měří, se náhle změní. V praxi to umožňuje sonde identifikovat cizí předměty ve vrtaném otvoru a zastavit se – což je požadavek u součástí, kde by špina nebo litinový výrůstek mohly poškodit následnou obráběcí operaci. U těles ventilů je cizí předmět s profilem nad 0,25 mm detekovatelnou událostí; doba cyklu činí 14 sekund pro válcový otvor a 18 sekund pro otvor posilovače.

3. Výběr podle průměru a hloubky

Prvním kritériem výběru je průměr, protože eliminuje možnosti dříve, než se uplatní jakékoli jiné kritérium. Běžně se kontrolují otvory v rozsahu 5 až 40 mm i v rozsahu 40 až 120 mm při poměru hloubky k průměru přibližně jedna ku jedné. Při vyšším poměru musí být sondy delší vzhledem ke svému průměru, což zvyšuje ohyb a snižuje polohovou přesnost na špičce.

Kompromis mezi hloubkou a průměrem

Dlouhá tenká sonda se ohýbá. I tuhý obrněný objektiv se měřitelně ohýbá při délce přes 300 mm, a tento ohyb mění vzdálenost od povrchu (stand-off distance) a tedy i ostrost. Systémy určené pro takovou hloubku buď používají pouzdro většího průměru, nebo akceptují nižší rozlišení na vzdáleném konci; v technické specifikaci by měl být uveden výkon při dané hloubce, nikoli nejlepší možný výkon.

4. Detekční limity a to, co skrývají

Uvedená detekční mez je obvykle nejlepší možná hodnota pro referenční vadu. Číslo, které má význam v praxi, je mez v nejméně příznivé poloze uvnitř vrtání – typicky na jeho vzdáleném konci a v oblasti, kde se sondou pohybuje nejrychleji.

Osvětlení jako dominantní proměnná

V optických systémech závisí kontrast vady na úhlu osvětlení vzhledem ke povrchu. Rýha na matně broušeném vrtání je viditelná při jednom úhlu a neviditelná při jiném, proto kontrolní stanice pro vrtání často používají více než jedno směrování osvětlení a výsledky kombinují. Stanice, která používá jediné kruhové osvětlení, poskytuje stabilní, avšak neúplný obraz.

Kalibrace a drift

Obě metody vyžadují referenční artefakt. U optické sondy jde o cíl s známými rozměry prvků ve vzdálenosti práce; u laserové sondy jde o kalibrační válec se známým průměrem a stupňem. Kontrola artefaktu na začátku každé směny je nejlevnější způsob, jak odhalit pomalý drift, který jinak vystupuje jako změna míry falešných poplachů místo chybové zprávy. Sonda mimo ostření stále vrací obraz a sonda, která ztratila kalibraci, stále vrací profil; žádná z nich nehlásí chybu, dokud někdo neporovná výsledek se známou součástí.

5. Integrování do výrobní linky

Sonda pro kontrolu otvorů je pomalý senzor ve srovnání s plošnou kamerou, proto se obvykle přesouvá ke konkrétním prvkům, nikoli naopak. To znamená robot nebo dvouosý mechanismus, který sondu přesouvá mezi otvory, a také to znamená, že kontrolní stanice musí vědět, kde se nachází každý otvor na součásti.

Praktickým důsledkem je, že doba cyklu roste úměrně počtu kontrolních otvorů, nikoli velikosti součásti. Součást s čtyřmi kritickými otvory vyžaduje přibližně čtyřikrát delší dobu kontroly než součást s jedním otvorem, a tuto aritmetiku je nutné zohlednit v rozpočtu taktu ještě před stanovením stanice.

Často kladené otázky

Lze endoskop použít pro 100% kontrolu?

Ano, pokud to umožňují mechanika a doba cyklu. Běžným kompromisem je kontrola každé součásti u dvou nebo tří otvorů s nejvyšším rizikem a audit zbývajících otvorů na základě výběru vzorků.

Jaký je nejmenší otvor, který lze kontrolovat?

Až do průměru 1,5 mm pomocí specializované optiky. U menších průměrů omezuje průměr sondy osvětlení i rozlišení, a alternativní metody, např. měření vzduchovým měřidlem, jsou obvykle praktičtější.

Která metoda lépe zvládne tmavý nebo odrazivý otvor?

Laserový rotační sondovací přístroj, protože nezávisí na odraženém bílém světle. Optická sonda na tmavém povrchu vyžaduje více osvětlení a vytváří nižší kontrast, což zvyšuje jak poměr nezjištěných vad, tak poměr falešných poplachů.

Jak často by měla být sonda kalibrována?

Kontrola referenčního vzorku na začátku každé směny a úplná rekalicování podle plánu stanoveného výrobcem. Kontrola na začátku směny odhaluje mechanické poškození a posun ohniska, což jsou poruchy vznikající mezi plánovanými kalibracemi.

Závěr

Volba mezi optickou vrtanou sondou a laserovým rotačním sondovacím přístrojem závisí na třídě vady a na povrchu, nikoli na údajích o rozlišení. Pokud je kritériem vizuální vada na přístupné vrtané ploše za řízeného osvětlení, optika poskytuje bohatší obraz. Pokud je kritériem geometrie, poloha nebo přítomnost cizí látky ve vrtané ploše, která může být tmavá nebo odrazivá, je laserový profil robustnější.

Oba jsou omezeny především průměrem otvoru a hloubkou, takže specifikace by měla začínat právě těmito údaji. Detekční limit uvedený bez průměru vrtání, hloubky a stavu povrchu, na němž byl dosažen, není specifikací.