Borescoop of laserroterende sonde? Binnen-gatinspectie bij Ø1,5 mm

Overzicht

Binnenopeninginspectie is het onderdeel van dimensionele en gebrekinpectie dat het vaakst handmatig blijft. De reden is de toegankelijkheid: een boring is een oppervlak dat naar binnen gericht is, en de enige manieren om het in beeld te brengen, zijn om langs de as te kijken met een optisch systeem dat klein genoeg is om binnen te passen, of om een sensor binnenin te roteren en het beeld lijn voor lijn op te bouwen. Beide benaderingen worden in productie gebruikt, maar ze mislukken op verschillende manieren.

Een borescoopachtige optische sonde levert een echt beeld met kleur, wat het intuïtief maakt voor een operator en effectief voor visuele defectklassen zoals krassen, deuken en gietporositeit. Een laserroterende sonde meet het profiel in plaats van de kleur, waardoor deze ongevoelig is voor belichtingsproblemen die kleine-buis-optica parten spelen, en waardoor deze een botsingsdetectiecapaciteit heeft die een optische sonde mist.

Big Bird Industrial (voorheen Shimada Big Bird Industrial) bouwt sinds 2001 reinigings- en ontbramingssystemen voor automotive aandrijflijncomponenten, en de inspectiecijfers hieronder zijn afkomstig van productiestations in plaats van laboratoriumopstellingen.

1. Wat een optische borensonde wel en niet kan doen

De optische aanpak plaatst een kleine camera of een lens-en-relaisysteem binnen de boring. Licht wordt naar het uiteinde gevoerd en het beeld wordt teruggevoerd naar de sensor, hetzij direct, hetzij via een vezelbundel. Het resultaat is een kleurenbeeld dat door een mens of een getraind model kan worden geïnterpreteerd voor defectklassen.

Drie optische configuraties

Een star bewapend lenssysteem is de meest gebruikte opstelling voor rechte boringen: een roestvrijstalen buis met optica aan de punt, die een voorwaartse of zijwaartse weergave onder een vaste hoek geeft. Een 360-graden panoramalens maakt de volledige omtrek in één opname zichtbaar, wat efficiënt is voor grote boringen, maar beperkt de resolutie per oppervlakte-eenheid. Een visoogconfiguratie biedt een breed gezichtsveld op korte werkafstand, wat geschikt is voor ondiepe uitsparingen en verzonken gaten.

De drie configuraties zijn niet uitwisselbaar. Een panoramisch beeld geeft aan dat er ergens op de omtrek een gebrek aanwezig is, maar niet precies waar; een zijwaartse starre lens geeft een nauwkeurige azimutale positie, maar moet worden gedraaid om de volledige omtrek te bestrijken, wat cyclus tijd kost.

De resolutielimiet

De optische resolutie binnen een boring wordt beperkt door de opening die u fysiek kunt invoegen en door de werkafstand. Een systeem dat is ontworpen voor een minimale boring van 1,5 mm kan details met een nauwkeurigheid van 0,01 mm op het oppervlak onderscheiden wanneer de optica correct is gefocust, maar dit resultaat wordt alleen bereikt bij een specifieke werkafstand en verslechtert naarmate de sonde wordt teruggetrokken. De diepte-ontvangstcapaciteit in de standaardreeks varieert van 50 tot 200 mm, terwijl aangepaste configuraties tot 310 mm kunnen reiken.

2. Wat een laserdraaiende sonde verandert

Een laserdraaiende sonde projecteert een laserlijn op de wand van de boring en draait binnen de boring, waarbij bij elke hoekpositie een profiel wordt vastgelegd. Het resultaat is een puntenwolk van het interne oppervlak, in plaats van een foto ervan.

Ongevoeligheid voor omgevingslicht

Omdat de meting is gebaseerd op het trianguleren van een laserlijn in plaats van op het beeldvormen van gereflecteerd wit licht, is de sonde ongevoelig voor omgevingsverlichting of voor de kleur van het oppervlak. Dat elimineert twee van de belangrijkste oorzaken van valse detecties bij optische boringinspectie: streeplicht dat de boring ingaat en reflecterende of donkere oppervlakken die het schijnbare contrast van een gebrek veranderen.

Botsingsdetectie en vreemd materiaal

Een roterende sonde kan een obstakel detecteren voordat deze erop botst, omdat het profiel dat wordt gemeten abrupt verandert. In de praktijk stelt dit de sonde in staat om vreemd materiaal in een boring te identificeren en te stoppen — een vereiste bij onderdelen waarbij een spaander of een gietknobbel een latere bewerkingsoperatie zou kunnen beschadigen. Bij kleplichamen wordt een vreemd voorwerp met een profiel boven de 0,25 mm als een detecteerbaar gebeuren beschouwd; cyclusduur van 14 seconden voor een cilinderboring en 18 seconden voor een boosterboring zijn met deze methode haalbaar.

3. Selectie op basis van opening en diepte

Het eerste selectiecriterium is de opening, omdat dit opties elimineert voordat andere overwegingen van toepassing zijn. Boringen in het bereik van 5 tot 40 mm en in het bereik van 40 tot 120 mm worden beide routinematig geïnspecteerd, met een verhouding van diepte tot diameter van ongeveer één op één. Boven die verhouding moet de sonde langer zijn ten opzichte van haar diameter, wat leidt tot grotere afbuiging en lagere positionele nauwkeurigheid aan de punt.

Afweging tussen diepte en diameter

Een lange, dunne sonde buigt. Zelfs een stijve, gepantserde lens vertoont meetbare afbuiging over een afstand van 300 mm, en deze afbuiging verandert de stand-off-afstand en daarmee de scherpstelling. Systemen die op die diepte werken, gebruiken ofwel een behuizing met grotere diameter of accepteren een lagere resolutie aan het uiteinde; de specificatie dient de prestatie bij de opgegeven diepte te vermelden, niet het beste-gevalcijfer.

4. Detectiegrenzen en wat ze verbergen

Een opgegeven detectiegrens is meestal een optimale waarde voor een referentiegebrek. Het getal dat in de productie van belang is, is de grens op de meest ongunstige positie in de boring, wat doorgaans het uiteinde en het gebied is waar de meetsonde zich het snelst beweegt.

Belichting als dominante variabele

In optische systemen hangt het contrast van een gebrek af van de belichtingshoek ten opzichte van het oppervlak. Een kras op een geboorde boring is zichtbaar onder één hoek en onzichtbaar onder een andere hoek, wat de reden is waarom boringinspectiestations vaak meer dan één belichtingsrichting gebruiken en de resultaten combineren. Een station dat slechts één ringvormige belichting gebruikt, rapporteert een stabiel maar onvolledig beeld.

Calibratie en drift

Beide methoden vereisen een referentie-artefact. Voor een optische sonde is dit een doelwit met bekende afmetingen van de kenmerken op de werkafstand; voor een lasersonde is het een kalibratiecilinder met een bekende diameter en stap. Het controleren van het artefact aan het begin van elke ploeg is de goedkoopste manier om langzame drift te detecteren, die anders verschijnt als een verandering in het percentage valse alarms in plaats van als een foutmelding. Een sonde die buiten scherpstelling staat, geeft nog steeds een beeld terug, en een sonde die zijn kalibratie heeft verloren, geeft nog steeds een profiel terug; geen van beide rapporteert een fout totdat iemand het resultaat vergelijkt met een bekend onderdeel.

5. Integratie in een productielijn

Een boringssonde is een trage sensor vergeleken met een vlakcamera, dus wordt deze meestal naar de kenmerken verplaatst in plaats van dat de kenmerken naar de sonde worden gebracht. Dat betekent een robot of een tweezijdig mechanisme dat de sonde tussen de boringen verplaatst, en dat betekent ook dat het inspectiestation moet weten waar elke boring zich op het onderdeel bevindt.

De praktische consequentie is dat de cyclustijd toeneemt met het aantal geïnspecteerde boringen, niet met de afmeting van het onderdeel. Een onderdeel met vier kritieke boringen neemt ongeveer vier keer zoveel inspectietijd in beslag als een onderdeel met één boring, en deze rekenkundige relatie moet al worden meegenomen in de taktbudgettering voordat de inspectiestation wordt gespecificeerd. Als het aantal boringen hoog is, is het vaak de enige manier om de inspectie in de productielijn te integreren om per onderdeel slechts een deelverzameling van boringen te inspecteren in plaats van elke boring.

Veelgestelde vragen

Kan een boroscop worden gebruikt voor 100-procentinspectie?

Ja, mits het mechanisme en de cyclustijd dit toelaten. De meest gebruikte afweging is om elk onderdeel te inspecteren op de twee of drie boringen met het hoogste risico, en de overige boringen op steekproefbasis te controleren.

Wat is de kleinste boring die kan worden geïnspecteerd?

Tot 1,5 mm met speciale optiek. Onder die diameter beperkt de sonde-diameter de verlichting en de resolutie, en alternatieve methoden zoals luchtmaatinspectie zijn meestal praktischer.

Welke methode werkt beter bij een donkere of spiegelende boring?

De laserroterende sonde, omdat deze niet afhankelijk is van gereflecteerd wit licht. Een optische sonde op een donker oppervlak heeft meer verlichting nodig en levert een lagere contrastverhouding op, wat zowel het percentage gemiste defecten als het percentage valse alarmen verhoogt.

Hoe vaak moet de sonde worden geijkt?

Een referentiecontrole bij aanvang van elke ploegendienst en een volledige herijking volgens een schema dat door de fabrikant is vastgesteld. De ploegendienstcontrole detecteert mechanische beschadiging en scherpteverschuiving, wat de storingen zijn die optreden tussen geplande ijkingen.

Conclusie

De keuze tussen een optische boorsonde en een laserroterende sonde wordt bepaald door de klasse van het defect en het oppervlak, niet door resolutiecijfers. Als het criterium een visueel defect is op een toegankelijke boor met gecontroleerde verlichting, levert optica een rijkere afbeelding op. Als het criterium betrekking heeft op geometrie, positie of het aanwezig zijn van vreemd materiaal in een boor die donker of reflecterend kan zijn, is een laserprofiel robuuster.

Beide worden in de eerste plaats beperkt door het openingstype en de diepte, dus de specificatie moet daar beginnen. Een opgegeven detectiegrens zonder vermelding van de boorgatdiameter, de diepte en de oppervlaktoestand waarop deze is behaald, is geen specificatie.