Boreskop eller laserroterende sonde? Innspektering av hull ved Ø1,5 mm

Oversikt

Inspeksjon innenfor hull er den delen av dimensjons- og feilinspeksjon som oftest fortsatt utføres manuelt. Årsaken er tilgang: et hull er en overflate som vender innover, og de eneste måtene å ta bilder av den på er å se langs aksen med et optisk system som er lite nok til å komme inn, eller å rotere en sensor inni det og bygge opp bildet linje for linje. Begge metodene brukes i produksjon, og begge svikter på ulike måter.

En boreskop-lignende optisk sonde leverer et sannt bilde med farger, noe som gjør det intuitivt for en operatør og effektivt for visuelle feilklasser som skraper, dekker og støpeporøsitet. En laserroterende sonde måler profil i stedet for farge, noe som gjør den immune mot belysningsproblemer som plager småboreoptikk og gir den en kollisjonsdeteksjonsfunksjon som en optisk sonde ikke har.

Big Bird Industrial (tidligere Shimada Big Bird Industrial) har bygget rengjørings- og avfugingsanlegg for bilens drivlinjekomponenter siden 2001, og inspeksjonstallene nedenfor kommer fra produksjonsstasjoner, ikke laboratorieoppsett.

1. Hva en optisk boresonde kan og ikke kan gjøre

Den optiske metoden plasserer en liten kamera eller et linse-og-relé-system inni boren. Lys leveres til den fjerne enden, og bildet returneres til sensoren, enten direkte eller via en fiberbunke. Resultatet er et fargebilde som en menneskelig operatør eller en trent modell kan tolke for feilklasser.

Tre optiske konfigurasjoner

En stiv, pansret linse er den vanligste oppsettstypen for rette borhull: et rustfritt stålrør med optikk i spissen, som gir enten en fremoverrettet eller en sideliggende visning med fast vinkel. En 360-graders panoramalinse avbilder hele omkretsen i ett enkelt bilde, noe som er effektivt for store borhull, men som gir begrenset oppløsning per flateenhet. En fisheye-konfigurasjon gir et bredt synsfelt ved kort arbeidsavstand, noe som passer godt til grunne lommer og senkede skruer.

De tre konfigurasjonene er ikke utvekslingsbare. En panoramavisning forteller deg at en feil finnes et sted på omkretsen, men ikke nøyaktig hvor; en sideliggende, stiv linse gir en nøyaktig azimutal posisjon, men må roteres for å dekke hele omkretsen, noe som øker syklustiden.

Oppløsningsgrensen

Optisk oppløsning inni et hull er begrenset av åpningen du fysisk kan sette inn og av arbeidsavstanden. Et system utformet for et minimumshull på 1,5 mm kan løse detaljer på 0,01 mm på overflaten når optikken er riktig fokusert, men dette tallet oppnås ved en spesifikk arbeidsavstand og forverres når sonden trekkes ut. Dybdekapasiteten i standardutgaven dekker 50 til 200 mm, mens tilpassede konfigurasjoner kan nå 310 mm.

2. Hva en laserroterende sonde endrer

En laserroterende sonde prosjiserer en laserlinje på veggen inne i et hull og roterer inne i hullet, og fanger inn en profil ved hver vinkelposisjon. Resultatet er en punktsky av den indre overflaten, ikke et fotografi av den.

Immunitet mot omgivelseslys

Fordi målingen er basert på triangulering av en laserlinje i stedet for avbilding av reflektert hvitt lys, er sonde ikke følsom for omgivende belysning eller overflatefarge. Dette eliminerer to av de viktigste årsakene til feilaktige oppdagelser ved optisk borinspeksjon: spredt lys som kommer inn gjennom borenåpningen og reflekterende eller mørke overflater som endrer den tilsynelatende kontrasten til en feil.

Kollisjonsdeteksjon og fremmede gjenstander

En roterende sonde kan oppdage en hindring før den treffer den, fordi profilen den måler endres plutselig. I praksis tillater dette sonde å identifisere fremmede gjenstander i et borehull og stoppe – noe som er et krav for deler der en metallspånn eller en støpeknute kan skade en senere bearbeidingsoperasjon. På ventilkar, utgjør en fremmed gjenstand med et profil over 0,25 mm en oppdagbar hendelse, og sykeltider på 14 sekunder for et sylinderbore og 18 sekunder for et boosterbore er oppnåelige med denne metoden.

3. Valg basert på åpning og dybde

Det første utvalgskriteriet er åpningen, fordi det eliminerer alternativer før andre vurderinger kommer i betraktning. Borrhull i området 5–40 mm og i området 40–120 mm inspiseres begge jevnlig, med et dybde-til-diameter-forhold på ca. 1:1. Utenfor dette forholdet må sondeutstyret være lengre i forhold til diameteren, noe som øker avbøyning og reduserer posisjonsnøyaktigheten ved spissen.

Kompromiss mellom dybde og diameter

En lang, tynn sonde buer. Selv et stivt, pansret linseavbildningssystem avbøyer målbart over 300 mm, og denne avbøyningen endrer avstanden til måloverflaten (stand-off distance) og dermed fokus. Systemer som opererer ved slike dybder bruker enten et kabinett med større diameter eller aksepterer lavere oppløsning ved den fjerneste enden, og spesifikasjonen bør angi ytelsen ved den angitte dybden – ikke bare den beste mulige ytelsen.

4. Deteksjonsgrenser og hva de skjuler

En oppgitt deteksjonsgrense er vanligvis et beste-mulige tall for en referansedefekt. Det tall som er viktig i produksjonen, er grensen på den verste posisjonen i boresylinderen – typisk langt bakerst og i området der sondebevegelsen er raskest.

Belysning som den dominerende variabelen

I optiske systemer avhenger defektkontrasten av belysningsvinkelen i forhold til overflaten. En skrapskade på en slipesylindrisert boresylinder er synlig ved én vinkel, men usynlig ved en annen. Derfor bruker boresjekkstasjoner ofte mer enn én belysningsretning og kombinerer resultatene. En stasjon som bruker én enkelt ringbelysning vil gi et stabilt, men ufullstendig bilde.

Kalibrering og drift

Begge metodene krever en referanseartefakt. For en optisk probe er det et mål med kjente egenskapsstørrelser ved arbeidsavstanden; for en laserprobe er det en kalibreringscylinder med kjent diameter og trinn. Å sjekke artefakten ved begynnelsen av hver skift er den billigste måten å oppdage den langsomme drift som ellers vises som en endring i feilalarmraten i stedet for som en feilmelding. En probe som er uskarpt innstilt returnerer fortsatt et bilde, og en probe som har mistet sin kalibrering returnerer fortsatt en profil; ingen av dem rapporterer en feil før noen sammenlikner resultatet med en kjent del.

5. Integrering i en produksjonslinje

En borprobe er en langsom sensor sammenlignet med en arealkamera, så den flyttes vanligvis til egenskapene i stedet for at egenskapene flyttes til den. Det betyr at en robot eller en to-akset mekanisme bærer proben mellom boringene, og det betyr også at inspeksjonsstasjonen må vite hvor hver boring befinner seg på delen.

Den praktiske konsekvensen er at sykeltiden skalerer med antallet boringar som blir inspisert, ikkje med delstørrelsen. Ein del med fire kritiske boringar tek omtrent fire gonger så lang inspeksjonstid som ein del med éin boring, og denne aritmetikken må inkluderast i taktbudsjettet før stasjonen blir spesifisert. Når talet er høgt, er det ofte berre mogleg å få plass på linja ved å ta eit utvalg av boringar per del i staden for å inspisere alle boringar.

Ofte stilte spørsmål

Kan ein boreskop brukast til 100 prosent inspeksjon?

Ja, om mekanismen og sykeltiden tillèt det. Den vanlege kompromissløysinga er å inspisere kvar enkelt del for dei to eller tre boringane som har høgst risiko, og å gjennomføre stikkprøveinspeksjon av resten.

Kva er den minste boringa som kan inspiseras?

Ned til 1,5 mm med spesialiserte optikk. Under dette er sondediameteren avgjerande for belysning og oppløysing, og alternative metodar som luftmåling er vanlegvis meir praktisk.

Kva metode handterer mørke eller reflekterande boringar best?

Laserrotasjonsproben, fordi den ikke avhenger av reflektert hvitt lys. En optisk probe på en mørk overflate krever mer belysning og gir lavere kontrast, noe som øker både utelatelsesraten og falsk-alarmraten.

Hvor ofte bør proben kalibreres?

En referansesjekk ved starten av hver skift, og en full gjenkalibrering i henhold til en tidsskala satt av produsenten. Skiftsjekken oppdager mekanisk skade og fokusdrift, som er feilene som oppstår mellom planlagte kalibreringer.

Konklusjon

Valget mellan en optisk borprobe og en laserrotasjonsprobe bestemmes av feilklassen og overflaten, ikke av oppløsningsverdier. Hvis kriteriet er en visuell feil på en tilgjengelig boring med kontrollert belysning, gir optikk et rikere bilde. Hvis kriteriet er geometri, posisjon eller tilstedeværelse av fremmed materiale i en boring som kan være mørk eller reflekterende, er en laserprofil mer robust.

Begge er begrenset av åpning og dybde før noe annet, så spesifikasjonen bør starte der. En oppdagelsesgrense som er oppgitt uten åpningstverrmål, dybde og overflateforhold som den ble oppnådd under, er ikke en spesifikasjon.