Belső lyukvizsgálat: boreszkóp vagy lézerforgó érzékelő? Ø1,5 mm-es átmérőnél

Áttekintés

A belső lyuk ellenőrzése a méret- és hibaellenőrzés azon része, amelyet leggyakrabban továbbra is kézzel végeznek. Ennek oka az elérés nehézsége: egy furat olyan felület, amely befelé néz, és a képének elkészítésére két lehetőség van – vagy optikai rendszerrel nézünk végig a tengelyen úgy, hogy a rendszer elegendően kicsi ahhoz, hogy bejuthasson a furatba, vagy pedig egy érzékelőt forgatunk a furat belsejében, és soronként építjük fel a képet. Mindkét megközelítés gyakorlatban is alkalmazásra került, de eltérő módon meghibásodhat.

A boreszkóp-stílusú optikai szenzor valódi, színes képet szolgáltat, amely intuitív a kezelő számára, és hatékony a látványos hibák – például karcolások, bemélyedések és öntési pórusosság – felismerésére. Egy lézeres forgó szenzor profilhosszúságot mér, nem színt, így nem érzékeny a kis átmérőjű optikai rendszereket zavaró megvilágítási problémákra, és ütközésfelismerési képességgel is rendelkezik, amellyel az optikai szenzor nem bír.

A Big Bird Industrial (korábban Shimada Big Bird Industrial) 2001 óta gyárt tisztító- és lekerekítőrendszereket autóipari hajtáslánc-alkatrészekhez, és az alábbi ellenőrzési adatok gyártóállomásokról, nem laboratóriumi berendezésekről származnak.

1. Mit tud és mit nem tud egy optikai furatszonda

Az optikai megközelítés során egy kis méretű kamerát vagy egy lencse–továbbító rendszert helyeznek el a furat belsejében. A fényt a távoli végig juttatják, és a képet közvetlenül vagy optikai szálcsomag segítségével továbbítják a szenzorhoz. Az eredmény egy színes kép, amelyet ember vagy betanított modell értelmezhet hibatípusok szerint.

Három optikai konfiguráció

A merev páncélozott lencse a leggyakoribb elrendezés egyenes furatokhoz: egy rozsdamentes cső optikával a végén, amely előre vagy rögzített szögben oldalra néző képet ad. Egy 360 fokos panoráma-lencse egyszeri felvétellel az egész kerületet lefedi, ami hatékony nagy furatoknál, de korlátozott felbontással rendelkezik területenként. Egy halhal szem (fisheye) konfiguráció széles látószöget biztosít rövid munkatávolságnál, így ideális sekély zsebekhez és csavarfej-mélyedésekhez.

Ezek a három konfiguráció nem cserélhetők fel egymással. A panoráma-kép csak azt mutatja, hogy valahol a kerületen hiba van, de nem pontosan hol; egy oldalra néző merev lencse pontos azimutális helyzetet ad, de az egész kerület lefedéséhez forgatni kell, ami ciklusidőt igényel.

A felbontási korlát

Az optikai felbontás egy furat belsejében korlátozott a fizikailag bevezethető nyílásszög és a munkatávolság miatt. Egy 1,5 mm-es minimális furatméretre tervezett rendszer 0,01 mm-es részletfelbontást ér el a felületen, ha az optika megfelelően fókuszált, de ezt az értéket csak egy meghatározott munkatávolságnál lehet elérni, és a felbontás romlik, amint a vizsgálófejet kihúzzák. A szokásos mélységképesség 50–200 mm között mozog, míg egyedi konfigurációkkal akár 310 mm-es mélység is elérhető.

2. Mit változtat egy lézeres forgó vizsgálófej

Egy lézeres forgó vizsgálófej lézeres vonalat vetít a furat falára, és forog a furat belsejében, így minden szöghelyzetben egy-egy profilfelvételt készít. Az eredmény egy pontfelhő a belső felületről, nem pedig egy fénykép róla.

Közvetlen környezeti fény elleni ellenállás

Mivel a mérés egy lézer vonal háromszögelésén alapul, nem pedig a visszavert fehér fény képalkotásán, a szenzor nem érzékeny a környező megvilágításra vagy a felület színére. Ez eltávolítja az optikai furatvizsgálat két fő hamis riasztási forrását: a furat nyílásán bejutó szórt fényt, valamint a tükröző vagy sötét felületeket, amelyek megváltoztatják egy hiba látszólagos kontrasztját.

Ütközésfelismerés és idegen testek

Egy forgó szenzor képes észlelni egy akadályt még az ütközés előtt, mert a mért profil hirtelen megváltozik. Gyakorlatilag ez lehetővé teszi a szenzornak, hogy azonosítsa az idegen testeket egy furatban, és megálljon – ez szükséges olyan alkatrészeknél, ahol egy forgács vagy öntési csomó károsíthatja a következő megmunkálási folyamatot. Szelepházak esetében egy 0,25 mm-nél magasabb profilú idegen test észlelhető esemény, és ezzel a módszerrel elérhetők a 14 másodperces ciklusidők hengerfuratokhoz és az 18 másodperces ciklusidők erősítőfuratokhoz.

3. A nyílás és a mélység alapján történő kiválasztás

Az első kiválasztási szempont a nyílás, mert ez szűkíti a lehetőségeket minden más szempont alkalmazása előtt. A 5–40 mm-es és a 40–120 mm-es átmérőtartományba eső furatokat egyaránt gyakran ellenőrzik, a mélység–átmérő arányuk körülbelül 1:1. Ezen aránynál nagyobb értékek esetén a vizsgálófej átméretéhez képest hosszabbra kell választani, ami növeli a hajlást és csökkenti a csúcs pozícionálási pontosságát.

A mélység és az átmérő közötti kompromisszum

Egy hosszú, vékony vizsgálófej meghajlik. Még egy merev, páncélozott lencse is mérhetően elhajlik 300 mm-nél, és a hajlás megváltoztatja a távolságot a vizsgált felülettől (stand-off distance), ezért a fókusz is eltolódik. Az ilyen mélységen működő rendszerek vagy nagyobb átmérőjű házat használnak, vagy elfogadják az alacsonyabb felbontást a távolabbi végén; a műszaki leírásnak a megadott mélységnél érvényes teljesítményt kell megadnia, nem pedig a legjobb esetben elérhető értéket.

4. Érzékelési határok és az általuk rejtett dolgok

A megadott érzékelési határ általában egy referencia-hibán mért legjobb esetet tükrözi. A gyártásban fontos szám az a határérték, amely a furat legrosszabb helyzetű pontján érvényes, ami általában a távoli vég és az a régió, ahol a mérőfej a leggyorsabban mozog.

A megvilágítás mint domináns változó

Az optikai rendszerekben a hibák kontrasztja függ a megvilágítás szögétől a felülethez képest. Egy karcolás egy megmunkált furaton egy bizonyos szögből látható, más szögből pedig láthatatlan, ezért a furatvizsgáló állomások gyakran több megvilágítási irányt is alkalmaznak, és az eredményeket kombinálják. Egyetlen gyűrűs megvilágítást használó állomás stabil, de hiányos képet ad.

Kalibrálás és eltolódás

Mindkét módszerhez szükség van egy referencia tárgyra. Az optikai érzékelő esetében ez egy cél, amelynek ismert méretű jellemzői vannak a munkatávolságon; a lézeres érzékelő esetében pedig egy kalibráló henger, amelynek ismert az átmérője és a lépcsője. Az alkatrész ellenőrzése minden műszak kezdetén a legolcsóbb módja annak, hogy észleljük a lassú eltolódást, amely máskülönben nem hibajelzésként, hanem a hamis pozitív eredmények arányának változásaként jelenik meg. Egy defókuszált érzékelő továbbra is képet ad vissza, és egy elvesztett kalibrációjú érzékelő továbbra is profiladatot ad vissza; egyik sem jelez hibát addig, amíg valaki össze nem hasonlítja az eredményt egy ismert alkatrésszel.

5. Integráció egy gyártósorba

A furatérzékelő lassabb érzékelő, mint egy területi kamera, ezért általában az érzékelőt mozgatják a jellemzőkhöz, nem pedig a jellemzőket az érzékelőhöz. Ez azt jelenti, hogy egy robot vagy egy kéttengelyes mechanizmus mozgatja az érzékelőt a furatok között, és azt is, hogy az ellenőrző állomásnak tudnia kell, hol helyezkedik el minden egyes furat az alkatrészen.

A gyakorlati következmény az, hogy a ciklusidő a vizsgált furatok számával arányosan nő, nem a alkatrész méretével. Egy négy kritikus furattal rendelkező alkatrész vizsgálata körülbelül négyszer annyi időt vesz igénybe, mint egyetlen furattal rendelkezőé, és ezt a számítást már a munkaállomás megtervezése előtt be kell építeni a taktidő keretbe. Ha a furatok száma nagy, akkor gyakran az egyetlen megoldás a sorba illeszkedés érdekében, hogy az alkatrészenkénti teljes vizsgálat helyett csak egy részhalmazt vizsgáljanak.

Gyakran Ismételt Kérdések

Lehet-e boreszkópot 100 százalékos vizsgálathoz használni?

Igen, ha a mechanizmus és a ciklusidő ezt lehetővé teszi. A gyakori kompromisszum az, hogy minden alkatrészt megvizsgálnak a két vagy három legnagyobb kockázatot jelentő furat tekintetében, a többit pedig mintavételi alapon ellenőrzik.

Mekkora a legkisebb vizsgálható furat?

1,5 mm-ig speciális optikával. Ennél kisebb átmérő esetén a cső átmérője korlátozza a megvilágítást és a felbontást, és más módszerek – például levegős mérőműszeres mérés – általában praktikusabbak.

Melyik módszer kezeli jobban a sötét vagy tükröző furatot?

A lézerforgó érzékelő, mert nem függ a visszavert fehér fénytől. Egy optikai érzékelő sötét felületen több megvilágítást igényel, és alacsonyabb kontrasztot eredményez, ami növeli mind a kimaradási, mind a hamis pozitív észlelési arányt.

Milyen gyakran kell kalibrálni az érzékelőt?

Egy referencia-ellenőrzés minden műszak kezdetén, valamint egy teljes újra-kalibrálás a gyártó által meghatározott ütemterv szerint. A műszakkezdési ellenőrzés mechanikai károsodást és fókuszeltolódást észlel, amelyek a beütemezett kalibrálások között jelentkező hibák.

Összefoglalás

Az optikai furatérzékelő és a lézerforgó érzékelő közötti választást a hibatípus és a felület határozza meg, nem pedig a felbontási értékek. Ha a kritérium egy látható hiba egy hozzáférhető furatban, vezérelt megvilágítás mellett, akkor az optika gazdagabb képet nyújt. Ha a kritérium a geometria, a pozíció vagy idegen anyag jelenléte egy olyan furatban, amely sötét vagy tükröző lehet, akkor a lézerprofil ellenállóbb.

Mindkettőt elsősorban a nyílás és a mélység korlátozza, így a specifikáció ezzel kell kezdődjön. A fúrás átmérője, a mélység és a felületi állapot nélkül megadott érzékelési határ nem minősül specifikációnak.