Boreskooppi vai laserkiertoprofiili? Reikäsisäinen tarkastus Ø1,5 mm:n halkaisijassa

Yleiskatsaus

Sisäpinnan tarkastus on mittojen ja virheiden tarkastuksen osa-alue, joka useimmiten suoritetaan edelleen manuaalisesti. Syynä on pääsy: poraus on sisäänpäin suuntautuva pinta, ja sen kuvantaminen on mahdollista vain katselemalla akselin suuntaisesti optisella järjestelmällä, joka on riittävän pieni pääsemään sisään, tai pyörittämällä anturia sisällä ja rakentamalla kuva rivittäin. Molemmat menetelmät ovat käytössä tuotannossa, mutta ne epäonnistuvat eri tavoin.

Boreskoopin tyyppinen optinen tutka tuottaa värikuvan, joka on intuitiivinen käyttäjälle ja tehokas visuaalisten vikaluokkien, kuten naarmujen, löyhen ja valumaporsaan, havaitsemiseen. Laserkiertotutka mittaa profiilia eikä väriä, mikä tekee siitä valaistusongelmista kärsivien pienihalkaisijaisen optiikan suhteen immuunin ja antaa sille törmäystunnistuskyvyn, jota optinen tutka ei tarjoa.

Big Bird Industrial (entinen Shimada Big Bird Industrial) on rakentanut puhdistus- ja teroitusjärjestelmiä automaalienergianmuuntimien komponentteihin vuodesta 2001 lähtien, ja alla olevat tarkastustulokset ovat tuotantopisteistä saatuja, ei laboratoriolaitteistoista.

1. Mitä optinen reiästutka voi ja ei voi tehdä

Optinen menetelmä asettaa pienikokoisen kameran tai linssijärjestelmän ja välitysjärjestelmän putken sisään. Valo ohjataan kaukana olevaan päähän ja kuva palautetaan sensoriin joko suoraan tai kuituryhmän kautta. Tuloksena on värikuvaa, jonka ihminen tai koulutettu malli voi tulkita vikaluokkien tunnistamiseksi.

Kolme optista konfiguraatiota

Jäykkä panssaroitu linssi on yleisin järjestely suorille rei'ille: ruostumaton putki, jonka kärjessä on optiikka, joka tarjoaa eteenpäin suuntautuvan näkymän tai sivusuuntaisen näkymän kiinteällä kulmalla. 360-asteinen panoramalinssi kuvaa koko kehän yhdellä otoksella, mikä on tehokasta suurille rei'ille, mutta resoluutio yksikköalaa kohden on rajoitettu. Kalakuvauksen konfiguraatio tarjoaa laajan kuvakulman lyhyellä työetäisyydellä, mikä sopii pintaisiin lokeroihin ja upotusrei'ille.

Nämä kolme eivät ole keskenään vaihdettavissa. Panoramakuvauksella tiedät, että vika on jossakin kehällä, mutta et tarkkaa paikkaa; sivusuuntainen jäykkä linssi antaa tarkan azimutaalisen sijainnin, mutta sen täytyy pyörähtää kattamaan koko kehä, mikä lisää kiertoaikaa.

Resoluution raja

Optinen erotuskyky putken sisällä on rajoitettu fyysisesti asennettavissa olevaan aukkoon ja työetäisyyteen. Järjestelmä, joka on suunniteltu vähimmäisputken halkaisijaksi 1,5 mm, voi erottaa yksityiskohtia 0,01 mm:n tarkkuudella pinnalla, kun optiikka on oikein keskitetty, mutta tämä tarkkuus saavutetaan vain tietyllä työetäisyydellä ja heikkenee, kun tutkapää vedetään ulos. Syvyysalue vakioversiossa on 50–200 mm, ja erikoisversioissa se voi olla jopa 310 mm.

2. Mitä laserkiertotutkalla saavutetaan

Laserkiertotutka heijastaa laserlinjan putken seinämälle ja pyörii putken sisällä, tallentaen profiilin jokaisessa kulma-asennossa. Tuloksena on pistepilvi sisäpinnasta eikä sen valokuvaa.

Immunity To Ambient Light

Koska mittaus perustuu laserlinjan kolmiomaisuuden määrittämiseen eikä heijastuneen valkoisen valon kuvantamiseen, anturi ei välitä ympäröivästä valaistuksesta tai pinnan värivistä. Tämä poistaa kaksi optisen reiän tarkastuksen tärkeimmistä virheellisten havaintojen lähteistä: sivullinen valo, joka pääsee reiän suulle, ja heijastavat tai tummat pinnat, jotka muuttavat vian näennäistä kontrastia.

Törmäystunnistus ja vieras aine

Pyörivä anturi voi havaita esteen ennen törmäystä, koska mitattava profiili muuttuu äkisti. Käytännössä tämä mahdollistaa vieraiden aineiden tunnistamisen reiässä ja anturin pysähtymisen, mikä on vaatimus osissa, joissa siru tai valugumpu voisi vahingoittaa myöhempää koneistusta. Venttiilikunnossa yli 0,25 mm:n korkeudella oleva vieras esine aiheuttaa havaittavan tapahtuman, ja tällä menetelmällä saavutetaan syklausaika 14 sekuntia sylinterireiässä ja 18 sekuntia tehostusreiässä.

3. Valinta aukon ja syvyyden perusteella

Ensimmäinen valintakriteeri on aukko, koska se rajaa vaihtoehdot pois ennen muita harkintakohteita. Reikiä, joiden halkaisija on 5–40 mm ja 40–120 mm, tarkastellaan molempia säännöllisesti suhteellisen yhden suhteen syvyys–halkaisija -suhteella. Tätä suhdetta suuremmilla syvyyksillä tutkinta-anturi täytyy olla suhteellisesti pidempi kuin sen halkaisija, mikä lisää taipumista ja vähentää tarkkuutta kärjessä.

Syvyyden ja halkaisijan välinen kompromissi

Pitkä ja ohut anturi taipuu. Jopa jäykän panssaroitun linssin taipuma on mitattavissa yli 300 mm:n matkalla, ja taipuma muuttaa etäisyyttä kohteeseen (stand-off distance) ja siten myös tarkennusta. Järjestelmät, jotka toimivat kyseisellä syvyydellä, käyttävät joko suurempihalkaisijaisempaa koteloa tai hyväksyvät alhaisemman resoluution kaukana olevassa päässä, ja tekniset tiedot pitäisi ilmoittaa määritellyllä syvyydellä eikä parhaan mahdollisen arvon perusteella.

4. Havaitsemisrajoitukset ja niiden peittämät asiat

Ilmoitettu tunnistusraja on yleensä parhaan tapauksen arvo viitteelliselle vialle. Tuotannossa merkityksellinen luku on rajoitus pahimmassa aukon sijainnissa, joka on tyypillisesti aukon kaukaisin pää ja alue, jossa tutkinta-anturi liikkuu nopeimmin.

Valaistus dominoivana muuttujana

Optisissa järjestelmissä vian kontrasti riippuu valaistuskulmasta suhteessa pinnan tasoon. Viilattuun aukkoon tehty naarmu on näkyvissä tietyssä kulmassa, mutta ei toisessa, mikä selittää, miksi aukkotarkastusasemissa käytetään usein useita eri valaistussuuntia ja yhdistetään tulokset. Yksittäistä renkaanmuotoista valoa käyttävä asema antaa vakauden, mutta epätäydellisen kuvan.

Kalibrointi ja poikkeama

Molemmat menetelmät vaativat viite-esineen. Optiselle tarkastusprobesille viite-esine on kohde, jonka tunnetut piirteiden koot ovat työetäisyydellä; laserprobesille viite-esine on kalibrointisyylinteri, jonka halkaisija ja askel ovat tunnettuja. Viite-esineen tarkistaminen jokaisen työvuoron alussa on halvin tapa havaita hitaasti etenevä poikkeama, joka muuten ilmenee virheellisten hälytysten määrän muutoksena eikä virhesanomana. Tarkastusprobesi, joka ei ole terävässä kuvassa, tuottaa silti kuvan, ja kalibrointinsa menettänyt probesi tuottaa silti profiilin; kumpikaan ei ilmoita virheestä, ennen kuin joku vertaa tulosta tunnettuun osaan.

5. Integrointi tuotantolinjaan

Reikäprobesi on hitaampi anturi kuin aluekamera, joten sitä liikutetaan yleensä piirteisiin sen sijaan, että piirteitä liikutettaisiin sen luokse. Tämä tarkoittaa robottia tai kahden akselin mekanismia, joka kuljettaa probesia reikien välillä, ja se tarkoittaa myös, että tarkastusaseman on tiedettävä, missä jokainen reikä sijaitsee osassa.

Käytännön seuraus on, että kiertoaika kasvaa tarkastettavien reikien määrän mukana, ei osan koossa. Neljää kriittistä reikää sisältävä osa vaatii noin nelinkertaisen tarkastusaikan verrattuna yhteen reikään sisältävään osaan, ja tämä laskutoimitus on otettava huomioon takt-aikabudjetissa ennen kuin tarkastusasema määritellään. Kun reikien lukumäärä on suuri, usein ainoa tapa sovittaa tarkastus tuotantolinjaan on tarkastaa jokaisesta osasta vain osa rei’istä otanta-periaatteella eikä kaikki rei’et.

Usein kysytyt kysymykset

Voiko boreskooppia käyttää 100 prosentin tarkastukseen?

Kyllä, jos mekanismi ja kiertoaika sen sallivat. Yleinen kompromissi on tarkastaa jokainen osa kahdesta tai kolmesta korkeimman riskin sisältävästä reiästä ja tehdä muista rei’istä otantatarkastuksia.

Mikä on pienin tarkastettavissa oleva reikä?

1,5 mm:n reiät ovat tarkastettavissa erityisoptiikalla. Tätä pienemmillä rei’illä tarkastusputken halkaisija rajoittaa valaistusta ja resoluutiota, ja vaihtoehtoiset menetelmät, kuten ilmapainemittaus, ovat yleensä käytännöllisempiä.

Kumpi menetelmä toimii paremmin tummalla tai heijastavalla reiällä?

Laserkiertävä anturi, koska se ei riipu heijastuneesta valkoisesta valosta. Optinen anturi tummalla pinnalla vaatii enemmän valaistusta ja tuottaa alhaisempaa kontrastia, mikä lisää sekä puuttuvien havaintojen että virheellisten havaintojen määrää.

Kuinka usein anturia tulisi kalibroida?

Viite­tarkistus jokaisen vuoron alussa ja täydellinen uudelleenkalibrointi valmistajan määrittelemällä aikataululla. Vuorotarkistus havaitsee mekaanisen vaurion ja tarkennuksen siirtymän, jotka ovat vioittumisia, jotka tapahtuvat suunniteltujen kalibrointien välillä.

Yhteenveto

Optisen pora-anturin ja laserkiertävän anturin valinta perustuu vialuokkaan ja pintaan, ei resoluutiolukuihin. Jos kriteerinä on visuaalinen vika helposti saavutettavassa porauksessa ohjatulla valaistuksella, optiikka tuottaa rikkaamman kuvan. Jos kriteerinä on geometria, sijainti tai vieraiden aineiden esiintyminen porauksessa, joka voi olla tumma tai heijastava, laserprofiili on luotettavampi.

Molemmat ovat rajoitettuja ensisijaisesti aukon koon ja syvyyden mukaan, joten määrittelyt tulisi aloittaa siitä. Havaittavuusraja, joka on ilmoitettu ilman porauksen halkaisijaa, syvyyttä ja pinnan tilaa, jossa se saavutettiin, ei ole määrittely.