Βοροσκόπιο ή Περιστροφικό Λέιζερ Προβολέας; Ενδο-Οπτική Επιθεώρηση σε Διάμετρο 1,5 mm

Επισκόπηση

Η επιθεώρηση εσωτερικού τρύπας αποτελεί το τμήμα της διαστασιακής και της επιθεώρησης ελαττωμάτων που συνήθως παραμένει χειροκίνητη. Ο λόγος είναι η πρόσβαση: μια τρύπα είναι μια επιφάνεια που κοιτάζει προς τα μέσα, και οι μόνοι τρόποι να απεικονιστεί είναι είτε να κοιτάξει κανείς κατά μήκος του άξονά της με ένα οπτικό σύστημα αρκετά μικρό για να εισέλθει, είτε να περιστρέψει έναν αισθητήρα μέσα της και να δημιουργήσει την εικόνα γραμμή προς γραμμή. Και οι δύο προσεγγίσεις χρησιμοποιούνται στην παραγωγή, και αποτυγχάνουν με διαφορετικούς τρόπους.

Ένα οπτικό προσαρτώμενο όργανο τύπου βορεσκοπίου παρέχει μια πραγματική εικόνα με χρώμα, γεγονός που την καθιστά διαισθητική για τον χειριστή και αποτελεσματική για οπτικές κατηγορίες ελαττωμάτων όπως γρατζουνιές, ενσορρήσεις και πόρους από την αναχύτευση.

Η Big Bird Industrial (πρώην Shimada Big Bird Industrial) κατασκευάζει συστήματα καθαρισμού και αφαίρεσης ακμών για αυτοκινητοβιομηχανικά εξαρτήματα κινητήρα και μετάδοσης ισχύος από το 2001, και οι αριθμοί επιθεώρησης που ακολουθούν προέρχονται από παραγωγικούς σταθμούς και όχι από εργαστηριακές διατάξεις.

1. Τι μπορεί και τι δεν μπορεί να κάνει ένα οπτικό ενδοσκοπικό προσαρτώμενο όργανο

Η οπτική προσέγγιση τοποθετεί μια μικρή κάμερα ή ένα σύστημα φακών και μεταφοράς εντός της εσωτερικής επιφάνειας του κυλίνδρου. Το φως διοχετεύεται στο μακρινό άκρο και η εικόνα επιστρέφεται στον αισθητήρα είτε απευθείας είτε μέσω δέσμης οπτικών ινών. Το αποτέλεσμα είναι μια εικόνα σε χρώμα που μπορεί να ερμηνευθεί από έναν άνθρωπο ή από ένα εκπαιδευμένο μοντέλο για την ανίχνευση ελαττωμάτων.

Τρεις Οπτικές Διαμορφώσεις

Ένας σκληρός, θωρακισμένος φακός είναι η πιο συνηθισμένη διάταξη για ευθείες οπές: ένας σωλήνας από ανοξείδωτο χάλυβα με οπτικά στην άκρη, που παρέχει προσανατολισμό προς τα εμπρός ή προσανατολισμό προς την πλευρά υπό σταθερή γωνία. Ένας πανοραμικός φακός 360 μοιρών απεικονίζει ολόκληρη την περιφέρεια σε μία μόνο έκθεση, κάτι που είναι αποτελεσματικό για μεγάλες οπές, αλλά προσφέρει περιορισμένη ανάλυση ανά μονάδα επιφάνειας. Μία διαμόρφωση φακού «ψαρομάτι» προσφέρει ευρύ πεδίο οράσεως σε μικρή απόσταση εργασίας, κάτι που την καθιστά κατάλληλη για επιφανειακές εσοχές και κωνικές εσοχές.

Οι τρεις δεν είναι ανταλλάξιμες. Μία πανοραμική θέα σας ενημερώνει ότι ένα ελάττωμα υπάρχει κάπου στην περιφέρεια, αλλά όχι ακριβώς σε ποια θέση· ένας σκληρός φακός πλευρικής θέας δίνει ακριβή αζιμούθιο θέση, αλλά πρέπει να περιστραφεί για να καλύψει ολόκληρη την περιφέρεια, κάτι που καταναλώνει χρόνο κύκλου.

Το Όριο Ανάλυσης

Η οπτική ανάλυση εντός ενός κοίλου χώρου περιορίζεται από τη διάμετρο της εισόδου που μπορείτε να εισαγάγετε φυσικά και από την απόσταση λειτουργίας. Ένα σύστημα σχεδιασμένο για ελάχιστη διάμετρο κοίλου χώρου 1,5 mm μπορεί να διακρίνει λεπτομέρειες μεγέθους 0,01 mm στην επιφάνεια όταν οι οπτικές συνθήκες είναι σωστά εστιασμένες, αλλά αυτή η τιμή επιτυγχάνεται σε συγκεκριμένη απόσταση λειτουργίας και εξασθενεί καθώς η διάταξη αποσύρεται. Η δυνατότητα βάθους στην τυπική περιοχή καλύπτει 50 έως 200 mm, ενώ προσαρμοστικές διαμορφώσεις φτάνουν τα 310 mm.

2. Τι Αλλάζει Ένας Λέιζερ Περιστρεφόμενος Αισθητήρας

Ένας λέιζερ περιστρεφόμενος αισθητήρας προβάλλει μια λέιζερ γραμμή στο εσωτερικό τοίχωμα του κοίλου χώρου και περιστρέφεται εντός αυτού, καταγράφοντας ένα προφίλ σε κάθε γωνιακή θέση. Το αποτέλεσμα είναι ένα σύνολο σημείων (point cloud) της εσωτερικής επιφάνειας, αντί για μια φωτογραφία αυτής.

Ανοχή Στο Φως Περιβάλλοντος

Επειδή η μέτρηση βασίζεται στην τριγωνοποίηση μιας λέιζερ γραμμής και όχι στην απεικόνιση ανακλώμενου λευκού φωτός, το πρόβε (probe) δεν επηρεάζεται από το περιβάλλον φωτισμό ούτε από το χρώμα της επιφάνειας. Αυτό εξαλείφει δύο από τις κύριες πηγές λανθασμένων ενδείξεων στην οπτική επιθεώρηση εσωτερικών επιφανειών: το παρεισφρέον φως που εισέρχεται από την είσοδο της εσωτερικής επιφάνειας και οι ανακλαστικές ή σκοτεινές επιφάνειες που μεταβάλλουν τη φαινόμενη αντίθεση ενός ελαττώματος.

Ανίχνευση σύγκρουσης και ξένων σωμάτων

Ένα περιστρεφόμενο πρόβε μπορεί να ανιχνεύσει ένα εμπόδιο πριν το προσκρούσει, επειδή το προφίλ που μετρά αλλάζει απότομα. Στην πράξη, αυτό επιτρέπει στο πρόβε να εντοπίσει ξένα σώματα σε μια εσωτερική επιφάνεια και να σταματήσει, κάτι που απαιτείται σε εξαρτήματα όπου ένα υλικό θραύσμα ή ένας καλούπι κόμπος θα μπορούσε να προκαλέσει ζημιά σε μια επόμενη κατεργασία. Σε σώματα βαλβίδων, ένα ξένο σώμα με προφίλ υψηλότερο των 0,25 mm αποτελεί ανιχνεύσιμο γεγονός, ενώ με αυτήν τη μέθοδο επιτυγχάνονται χρόνοι κύκλου 14 δευτερολέπτων για έναν κυλινδρικό θάλαμο και 18 δευτερολέπτων για έναν θάλαμο ενισχυτή.

3. Επιλογή με βάση τη διάμετρο ανοίγματος και το βάθος

Το πρώτο κριτήριο επιλογής είναι η διάμετρος ανοίγματος, επειδή εξαιρεί επιλογές πριν από οποιαδήποτε άλλη εξέταση. Τα διατρήματα με διάμετρο 5 έως 40 mm και 40 έως 120 mm εξετάζονται τακτικά, με λόγο βάθους προς διάμετρο περίπου 1:1. Πέραν αυτού του λόγου, το προσαρτώμενο όργανο πρέπει να είναι μακρύτερο σε σχέση με τη διάμετρό του, γεγονός που αυξάνει την εκτροπή και μειώνει την ακρίβεια θέσης στην ακραία άκρη.

Ανταλλαγή μεταξύ βάθους και διαμέτρου

Ένα μακρύ και λεπτό προσαρτώμενο όργανο κάμπτεται. Ακόμη και ένας σκληρός φακός με θωράκιση εκτρέπεται μετρήσιμα σε απόσταση μεγαλύτερη των 300 mm, και αυτή η εκτροπή αλλάζει την απόσταση απόστασης (stand-off distance) και συνεπώς την εστίαση. Τα συστήματα που λειτουργούν σε τέτοια βάθη χρησιμοποιούν είτε θήκη μεγαλύτερης διαμέτρου είτε αποδέχονται χαμηλότερη ανάλυση στο μακρινό άκρο· η τεχνική προδιαγραφή θα πρέπει να δηλώνει την απόδοση στο καθορισμένο βάθος, και όχι το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα.

4. Όρια ανίχνευσης και το τι κρύβουν

Ένα δηλωθέν όριο ανίχνευσης είναι συνήθως ένα βέλτιστο σενάριο για ένα αναφοράς ελάττωμα. Ο αριθμός που έχει πραγματική σημασία στην παραγωγή είναι το όριο στη χειρότερη θέση μέσα στην εσωτερική επιφάνεια, η οποία συνήθως είναι το μακρινό άκρο και η περιοχή όπου η διάταξη ανίχνευσης κινείται με τη μεγαλύτερη ταχύτητα.

Η Φωτισμός Ως Κυρίαρχη Μεταβλητή

Στα οπτικά συστήματα, η αντίθεση των ελαττωμάτων εξαρτάται από τη γωνία φωτισμού σε σχέση με την επιφάνεια. Μια γρατζουνιά σε μια λειασμένη εσωτερική επιφάνεια είναι ορατή υπό μία γωνία και αόρατη υπό μια άλλη, γι’ αυτό και οι σταθμοί εξέτασης εσωτερικών επιφανειών χρησιμοποιούν συχνά περισσότερες από μία κατευθύνσεις φωτισμού και συνδυάζουν τα αποτελέσματα. Ένας σταθμός που χρησιμοποιεί ένα μόνο δακτύλιο φωτισμού θα αναφέρει μια σταθερή, αλλά μη πλήρη εικόνα.

Βαθμονόμηση και παρέκκλιση

Και οι δύο μέθοδοι απαιτούν ένα αναφοράς αντικείμενο. Για ένα οπτικό προσαρτήσιμο όργανο, είναι ένας στόχος με γνωστά μεγέθη χαρακτηριστικών στην απόσταση λειτουργίας· για ένα λέιζερ προσαρτήσιμο όργανο, είναι ένας κύλινδρος βαθμονόμησης με γνωστή διάμετρο και βήμα. Η ελέγχου του αντικειμένου στην αρχή κάθε βάρδιας είναι ο φθηνότερος τρόπος να εντοπιστεί η αργή παρέκκλιση, η οποία διαφορετικά εμφανίζεται ως αλλαγή στο ποσοστό ψευδών εντοπισμών αντί για μήνυμα σφάλματος. Ένα προσαρτήσιμο όργανο που δεν είναι σε εστίαση εξακολουθεί να επιστρέφει μια εικόνα, και ένα προσαρτήσιμο όργανο που έχει χάσει τη βαθμονόμησή του εξακολουθεί να επιστρέφει ένα προφίλ· κανένα από τα δύο δεν αναφέρει σφάλμα μέχρι κάποιος συγκρίνει το αποτέλεσμα με ένα γνωστό εξάρτημα.

5. Ενσωμάτωση σε μια γραμμή παραγωγής

Ένας εσωτερικός ελεγκτής είναι ένας αργός αισθητήρας σε σύγκριση με μια κάμερα επιφάνειας, οπότε συνήθως μετακινείται προς τα χαρακτηριστικά αντί να μετακινούνται τα χαρακτηριστικά προς αυτόν. Αυτό σημαίνει ότι ένα ρομπότ ή ένας μηχανισμός δύο αξόνων μεταφέρει τον ελεγκτή μεταξύ των εσωτερικών επιφανειών, και ότι το σταθμός ελέγχου πρέπει να γνωρίζει τη θέση κάθε εσωτερικής επιφάνειας στο εξάρτημα.

Η πρακτική συνέπεια είναι ότι ο χρόνος κύκλου κλιμακώνεται με τον αριθμό των διατρημάτων που εξετάζονται, όχι με το μέγεθος του εξαρτήματος. Ένα εξάρτημα με τέσσερα κρίσιμα διατρήματα απαιτεί περίπου τετραπλάσιο χρόνο εξέτασης σε σχέση με ένα εξάρτημα με ένα διάτρημα, και αυτό το αριθμητικό γεγονός πρέπει να ληφθεί υπόψη στον προϋπολογισμό takt πριν από τον καθορισμό του σταθμού. Όπου ο αριθμός είναι υψηλός, η δειγματοληψία ενός υποσυνόλου διατρημάτων ανά εξάρτημα, αντί για την εξέταση όλων των διατρημάτων, είναι συχνά ο μόνος τρόπος να ενταχθεί η διαδικασία στη γραμμή.

Συχνές Ερωτήσεις

Μπορεί ένας βοροσκόπος να χρησιμοποιηθεί για εξέταση 100 %;

Ναι, εάν ο μηχανισμός και ο χρόνος κύκλου το επιτρέπουν. Η συνηθισμένη συμβιβαστική προσέγγιση είναι να εξετάζεται κάθε εξάρτημα για τα δύο ή τρία διατρήματα με τον υψηλότερο κίνδυνο, ενώ τα υπόλοιπα ελέγχονται με δειγματοληψία.

Ποιο είναι το μικρότερο διάτρημα που μπορεί να εξεταστεί;

Μέχρι 1,5 mm με ειδικά οπτικά συστήματα. Κάτω από αυτό το όριο, η διάμετρος του προβολέα περιορίζει τον φωτισμό και την ανάλυση, και εναλλακτικές μέθοδοι, όπως η μέτρηση με αερογαύγα, είναι συνήθως πιο πρακτικές.

Ποια μέθοδος αντιμετωπίζει καλύτερα ένα σκοτεινό ή αντανακλαστικό διάτρημα;

Το λέιζερ περιστρεφόμενο προσαρτήσιμο, επειδή δεν εξαρτάται από το ανακλώμενο λευκό φως. Ένα οπτικό προσαρτήσιμο σε σκοτεινή επιφάνεια απαιτεί περισσότερο φωτισμό και παράγει χαμηλότερη αντίθεση, γεγονός που αυξάνει τόσο το ποσοστό παράλειψης όσο και το ποσοστό ψευδών θετικών.

Πόσο συχνά πρέπει να βαθμονομείται το προσαρτήσιμο;

Ένας έλεγχος αναφοράς στην αρχή κάθε βάρδιας και μία πλήρης επαναβαθμονόμηση σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα που καθορίζει ο κατασκευαστής. Ο έλεγχος της βάρδιας εντοπίζει μηχανικές ζημιές και μετατόπιση εστίασης, τα οποία είναι τα προβλήματα που εμφανίζονται μεταξύ των προγραμματισμένων βαθμονομήσεων.

Συμπέρασμα

Η επιλογή μεταξύ ενός οπτικού προσαρτήσιμου εσωτερικής επιφάνειας και ενός λέιζερ περιστρεφόμενου προσαρτήσιμου καθορίζεται από την κατηγορία του ελαττώματος και την επιφάνεια, όχι από τα στοιχεία ανάλυσης. Εάν το κριτήριο είναι ένα οπτικό έλαττωμα σε προσβάσιμη εσωτερική επιφάνεια με ελεγχόμενο φωτισμό, τα οπτικά συστήματα παρέχουν πιο πλούσια εικόνα. Εάν το κριτήριο είναι η γεωμετρία, η θέση ή η παρουσία ξένων υλικών σε μία εσωτερική επιφάνεια που μπορεί να είναι σκοτεινή ή ανακλαστική, ένα λέιζερ προφίλ είναι πιο ανθεκτικό.

Και τα δύο περιορίζονται κατ’ αρχήν από τη διάμετρο της οπής και το βάθος, οπότε η προδιαγραφή θα πρέπει να ξεκινά εκεί. Ένα όριο ανίχνευσης που αναφέρεται χωρίς τη διάμετρο της οπής, το βάθος και την κατάσταση της επιφάνειας στην οποία επιτεύχθηκε, δεν αποτελεί προδιαγραφή.