Boreskop eller laserroterende sonde? Indre hulinspektion ved Ø1,5 mm

Oversigt

Indre hull-inspektion er den del af dimensionel og fejlinspektion, der oftest forbliver manuel. Årsagen er adgang: Et bor er en overflade, der vender indad, og de eneste måder at afbilde den på er enten at kigge langs aksen med et optisk system, der er lille nok til at trænge ind, eller at rotere en sensor indeni og opbygge billedet linje for linje. Begge tilgange anvendes i produktion, og de svigter på forskellige måder.

En boreskop-lignende optisk sonde leverer et rigtigt billede med farve, hvilket gør det intuitivt for en operatør og effektivt til visuel fejldetektering af klasser såsom ridser, fordybninger og støbeporøsitet. En laserroterende sonde måler profil i stedet for farve, hvilket gør den immune over for belysningsproblemer, der plaguer små-bore-optikker, og giver den en kollisionsdetekteringsfunktion, som en optisk sonde mangler.

Big Bird Industrial (tidligere Shimada Big Bird Industrial) har bygget rengørings- og afgrædningssystemer til bilers drivlinjekomponenter siden 2001, og de nedenstående inspektionsdata stammer fra produktionsstationer snarere end laboratorieopsætninger.

1. Hvad en optisk borsonde kan og ikke kan gøre

Den optiske metode placerer en lille kamera eller et linse-og-relæ-system inden i boren. Lys føres til den fjerne ende, og billedet returneres til sensoren enten direkte eller via en fiberråd. Resultatet er et farvebillede, som en menneskelig operatør eller en trænet model kan fortolke for fejlklasser.

Tre optiske konfigurationer

Et stift, pansret linsearrangement er den mest almindelige opstilling til lige boringer: et rustfrit stålrør med optik i spidsen, der giver enten en fremadrettet eller en sideliggende synsvinkel med en fast vinkel. Et 360-graders panoramalinsesystem afbilder hele omkredsen i én enkelt eksponering, hvilket er effektivt til store boringer, men har begrænset opløsning pr. arealenhed. En fisheye-konfiguration giver et bredt synsfelt ved kort arbejdsafstand, hvilket er velegnet til overfladiske fordybninger og koniske nedskæringer.

De tre er ikke udskiftelige. Et panoramabillede fortæller dig, at en fejl findes et sted på omkredsen, men ikke præcist hvor; et sideliggende, stift linsearrangement giver en præcis azimuthal position, men skal roteres for at dække hele omkredsen, hvilket kræver ekstra cykeltid.

Opløsningsgrænsen

Optisk opløsning inden i et boring er begrænset af åbningsstørrelsen, som fysisk kan indsættes, og af arbejdsafstanden. Et system, der er designet til et minimumsboring på 1,5 mm, kan gengive detaljer på 0,01 mm på overfladen, når optikken er korrekt fokuseret; men denne værdi opnås kun ved en bestemt arbejdsafstand og forringes, når sonden trækkes tilbage. Dybdevirkningsområdet i standardudgaven dækker 50 til 200 mm, mens specialkonfigurationer kan nå op til 310 mm.

2. Hvad en laserroterende sonde ændrer

En laserroterende sonde projicerer en laserlinje på boringens væg og roterer inden i boringen, hvor den registrerer en profil ved hver vinkelposition. Resultatet er en punktsky af den indvendige overflade i stedet for et fotografi af den.

Immunitet over for omgivende lys

Fordi målingen er baseret på triangulering af en laserlinje i stedet for på optagelse af reflekteret hvidt lys, er sonden ligeglad med omgivende belysning eller overfladens farve. Det eliminerer to af de vigtigste årsager til forkerte udløsninger ved optisk borinspektion: spredt lys, der trænger ind gennem boretåbningen, samt reflekterende eller mørke overflader, der ændrer den tilsyneladende kontrast af en fejl.

Kollisionsoptekning og fremmedlegemer

En roterende sonde kan registrere en forhindring, inden den rammer den, fordi profilen, den måler, ændres pludseligt. I praksis giver dette sonderne mulighed for at identificere fremmedlegemer i et bore og standse – en kravspecifikation for dele, hvor en spån eller en støbeknude kunne beskadige en efterfølgende maskinebearbejdning. På ventilkroppe udgør et fremmedlegeme med en profil over 0,25 mm en registrerbar begivenhed, og cykeltider på 14 sekunder for et cylinderbore og 18 sekunder for et boosterbore er opnåelige med denne metode.

3. Vælg efter åbning og dybde

Det første udvælgelseskriterium er åbningen, fordi det eliminerer muligheder, inden andre overvejelser kommer i betragtning. Borehuller i intervallet 5–40 mm og i intervallet 40–120 mm inspiceres begge regelmæssigt med et dybde-til-diameter-forhold på cirka 1:1. Ud over dette forhold skal sonden være længere i forhold til sin diameter, hvilket øger afbøjning og reducerer positionsnøjagtigheden ved spidsen.

Kompromis mellem dybde og diameter

En lang, tynd sonde buer. Selv et stift, pansret objektiv afbøjer måleligt over 300 mm, og afbøjningen ændrer afstanden til undersøgelsesobjektet (stand-off distance) og dermed fokuseringen. Systemer, der arbejder på denne dybde, bruger enten et kabinet med større diameter eller accepterer en lavere opløsning ved den fjerne ende, og specifikationen bør angive ydelsen ved den angivne dybde i stedet for den bedst mulige værdi.

4. Detektionsgrænser og hvad de skjuler

En angivet detektionsgrænse er typisk et bedste-tilfælde-tal for en referencefejl. Det tal, der er afgørende i produktionen, er grænsen på den værste position i booret, som normalt er den fjerne ende og den region, hvor sonden bevæger sig hurtigst.

Belysning som den dominerende variabel

I optiske systemer afhænger fejlkontrasten af belysningsvinklen i forhold til overfladen. En ridset på et slibet boor er synlig ved én vinkel og usynlig ved en anden, hvilket er grunden til, at boorinspektionsstationer ofte bruger mere end én belysningsretning og kombinerer resultaterne. En station, der bruger en enkelt ringbelysning, rapporterer et stabilt, men ufuldstændigt billede.

Kalibrering og drift

Begge metoder kræver en referenceartefakt. For en optisk probe er det et mål med kendte geometriske størrelser i arbejdsafstanden; for en laserprobe er det en kalibreringscylinder med kendt diameter og trin. At kontrollere artefakten ved begyndelsen af hver skift er den billigste måde at opdage den langsomme drift, som ellers vises som en ændring i fejl-raten i stedet for som en fejlmeddelelse. En probe, der er udfokuseret, returnerer stadig et billede, og en probe, der har mistet sin kalibrering, returnerer stadig en profil; ingen af dem rapporterer en fejl, før nogen sammenligner resultatet med en kendt komponent.

5. Integration i en produktionslinje

En boringsprobe er en langsom sensor i forhold til en fladekamera, så den flyttes normalt til funktionerne i stedet for, at funktionerne flyttes til den. Det betyder, at en robot eller en to-akset mekanisme bærer proberen mellem boringerne, og det betyder også, at inspektionsstationen skal vide, hvor hver boring er placeret på komponenten.

Den praktiske konsekvens er, at cykeltiden skalerer med antallet af undersøgte bores, ikke med reservedelens størrelse. En reservedel med fire kritiske bores tager cirka fire gange så lang inspektionstid som en reservedel med én, og denne beregning skal indgå i taktbudgettet, før stationen specificeres. Hvor antallet er stort, er det ofte den eneste mulighed for at få linjen til at fungere at udtage et udvalg af bores pr. reservedel i stedet for at inspicere alle bores.

Ofte stillede spørgsmål

Kan en boreskop bruges til 100 % inspektion?

Ja, hvis mekanismen og cykeltiden tillader det. Den almindelige kompromisløsning er at inspicere hver reservedel for de to eller tre bores, der udgør den største risiko, og at foretage stikprøveinspektion af de øvrige.

Hvad er den mindste bore, der kan inspiceres?

Ned til 1,5 mm med dedikerede optikker. Under dette niveau begrænser probens diameter belysningen og opløsningen, og alternative metoder såsom luftmåleinstrumenter er normalt mere praktiske.

Hvilken metode håndterer en mørk eller reflekterende bore bedst?

Laserdrejeproben, fordi den ikke afhænger af reflekteret hvidt lys. En optisk probe på en mørk overflade kræver mere belysning og giver lavere kontrast, hvilket øger både udeldelsraten og falsk-positiv-raten.

Hvor ofte skal proben kalibreres?

En referencekontrol ved starten af hver skift samt en fuld genkalibrering efter en tidsplan fastsat af producenten. Skiftkontrollen opdager mekanisk beskadigelse og fokusdrift, som er fejl, der opstår mellem de planlagte kalibreringer.

Konklusion

Valget mellem en optisk borprobe og en laserdrejeprobe afgøres af defektklassen og overfladen – ikke af opløsningsværdier. Hvis kriteriet er en visuel defekt i en tilgængelig boring med kontrolleret belysning, giver optikken et rigere billede. Hvis kriteriet er geometri, position eller tilstedeværelse af fremmede stoffer i en boring, der måske er mørk eller reflekterende, er en laserprofil mere robust.

Begge er for det første begrænset af åbning og dybde, så specifikationen bør begynde der. En angivet detektionsgrænse uden angivelse af boringens diameter, dybden og overfladebetingelserne, hvorpå den blev opnået, er ikke en specifikation.