Sondă rotativă cu borescop sau laser? Inspectare în interiorul găurilor cu diametrul de 1,5 mm

Prezentare generală

Inspecția în interiorul găurilor face parte din inspecția dimensională și a defectelor și rămâne cel mai frecvent manuală. Motivul este accesul: o gaură este o suprafață orientată spre interior, iar singurele metode de obținere a imaginii acesteia constau fie în observarea de-a lungul axei cu un sistem optic suficient de mic pentru a pătrunde în interior, fie în rotirea unui senzor în interiorul găurii și construirea imaginii linie cu linie. Ambele abordări sunt utilizate în producție și eșuează în moduri diferite.

O sondă optică de tip borescop oferă o imagine reală în culori, ceea ce o face intuitivă pentru operator și eficientă în detectarea vizuală a defectelor, cum ar fi zgârieturile, deformările și porozitatea turnării.

Big Bird Industrial (fostă Shimada Big Bird Industrial) construiește sisteme de curățare și deburare pentru componente ale trenului de rulare auto încă din 2001, iar cifrele de inspecție de mai jos provin din stații de producție, nu din instalații de laborator.

1. Ce poate și ce nu poate face o sondă optică pentru găuri

Abordarea optică plasează o cameră mică sau un sistem lentilă–relai în interiorul găurii. Lumina este trimisă către capătul îndepărtat, iar imaginea este returnată senzorului, fie direct, fie prin intermediul unui fascicul de fibre optice. Rezultatul este o imagine în culori pe care o persoană sau un model antrenat o pot interpreta pentru identificarea claselor de defecte.

Trei configurații optice

O lentilă rigidă blindată este aranjamentul cel mai frecvent utilizat pentru orificii drepte: un tub din oțel inoxidabil cu optică la vârf, oferind o vizualizare frontală sau laterală sub un unghi fix. O lentilă panoramică de 360 de grade înregistrează întreaga circumferință într-o singură expunere, ceea ce este eficient pentru orificii mari, dar are o rezoluție limitată pe unitatea de suprafață. O configurație cu lentilă fisheye oferă un unghi larg de vizualizare la distanță mică de lucru, fiind potrivită pentru buzunare superficiale și degroșări conice.

Cele trei nu sunt interschimbabile. O vizualizare panoramică indică faptul că există o defecțiune undeva pe circumferință, dar nu precizează exact unde; o lentilă rigidă cu vizualizare laterală oferă o poziție azimutală precisă, dar trebuie rotită pentru a acoperi întreaga circumferință, ceea ce consumă timp de ciclu.

Limita de rezoluție

Rezoluția optică din interiorul unui orificiu este limitată de deschiderea pe care o puteți introduce fizic și de distanța de lucru. Un sistem conceput pentru un orificiu minim de 1,5 mm poate rezolva detalii de 0,01 mm pe suprafață atunci când opticile sunt focalizate corect, dar această valoare se obține la o anumită distanță de lucru și se deteriorează pe măsură ce sonda este retrasă. Capacitatea de adâncime în domeniul standard acoperă 50–200 mm, iar configurațiile personalizate pot ajunge până la 310 mm.

2. Ce modifică o sondă rotativă cu laser

O sondă rotativă cu laser proiectează o linie laser pe peretele orificiului și se rotește în interiorul acestuia, capturând un profil la fiecare poziție unghiulară. Rezultatul este o mulțime de puncte care reprezintă suprafața interioară, nu o fotografie a acesteia.

Imunitate la lumina ambientală

Deoarece măsurarea se bazează pe triangularea unei linii laser, nu pe imaginea luminii albe reflectate, sonda nu este influențată de iluminarea ambientală sau de culoarea suprafeței. Acest lucru elimină două dintre principalele surse de declanșări false în inspecția optică a alezajelor: lumina parazită care pătrunde prin deschiderea alezajului și suprafețele reflectante sau întunecate care modifică contrastul aparent al unui defect.

Detectarea coliziunilor și a materiei străine

O sondă rotativă poate detecta o obstrucție înainte ca aceasta să fie atinsă, deoarece profilul pe care îl măsoară se modifică brusc. În practică, acest lucru permite sondei să identifice materia străină dintr-un alezaj și să se oprească, ceea ce reprezintă o cerință pentru piese la care o așchiură sau un nod de turnare ar putea deteriora o operație ulterioară de prelucrare mecanică. La corpuri de supapă, o piesă străină cu un profil mai mare de 0,25 mm constituie un eveniment detectabil, iar timpii de ciclu de 14 secunde pentru un alezaj cilindric și de 18 secunde pentru un alezaj de servofrână sunt realizabili cu această metodă.

3. Selectarea în funcție de deschidere și adâncime

Primul criteriu de selecție este deschiderea, deoarece elimină opțiunile înainte ca orice altă considerație să fie aplicabilă. Orificiile cu diametrul între 5 și 40 mm, precum și cele cu diametrul între 40 și 120 mm, sunt inspectate în mod obișnuit, având un raport adâncime–diametru de aproximativ unu la unu. În afara acestui raport, sonda trebuie să fie mai lungă în raport cu diametrul său, ceea ce crește devierea și reduce precizia poziționării la vârf.

Compromisul dintre adâncime și diametru

O sondă lungă și subțire se îndoaie. Chiar și o lentilă rigidă, blindată, se deformează măsurabil pe o distanță de 300 mm, iar această deformare modifică distanța de lucru și, prin urmare, focalizarea. Sistemele care funcționează la astfel de adâncimi folosesc fie o carcasă de diametru mai mare, fie acceptă o rezoluție redusă la capătul îndepărtat; specificația trebuie să indice performanța la adâncimea specificată, nu doar cifra optimă.

4. Limitele de detectare și ceea ce ascund ele

Limita de detectare indicată este, de obicei, o valoare optimistă pentru un defect de referință. Valoarea relevantă în producție este limita din poziția cea mai defavorabilă din interiorul alezajului, care corespunde, în mod tipic, capătului îndepărtat și regiunii în care sonda se deplasează cel mai rapid.

Iluminarea ca variabilă dominantă

În sistemele optice, contrastul defectelor depinde de unghiul de iluminare relativ la suprafață. O zgârietură de pe un alezaj rectificat este vizibilă sub un anumit unghi și invizibilă sub alt unghi, motiv pentru care stațiile de inspecție a alezajelor folosesc adesea mai multe direcții de iluminare și combină rezultatele. O stație care utilizează o singură sursă de lumină inelară furnizează o imagine stabilă, dar incompletă.

Calibrare și derivație

Ambele metode necesită un artefact de referință. Pentru o sondă optică, acesta este un țintă cu dimensiuni cunoscute ale caracteristicilor, la distanța de lucru; pentru o sondă laser, este un cilindru de calibrare cu diametru și pas cunoscuți. Verificarea artefactului la începutul fiecărei ture este cea mai ieftină metodă de a detecta deriva lentă, care altfel apare ca o modificare a ratei de apeluri false, nu ca un mesaj de eroare. O sondă care nu este în focus returnează totuși o imagine, iar o sondă care și-a pierdut calibrarea returnează totuși un profil; niciuna nu raportează o eroare până când cineva compară rezultatul cu o piesă cunoscută.

5. Integrarea într-o linie de producție

O sondă pentru găuri este un senzor lent comparativ cu o cameră de suprafață, deci este de obicei mutată către caracteristici, nu invers. Acest lucru înseamnă un robot sau un mecanism cu două axe care transportă sonda între găuri, iar asta înseamnă că stația de inspecție trebuie să știe unde se află fiecare gaură pe piesă.

Consecința practică este că timpul de ciclu variază în funcție de numărul de alezaje inspectate, nu în funcție de dimensiunea piesei. O piesă cu patru alezaje critice necesită aproximativ de patru ori mai mult timp de inspecție decât o piesă cu un singur alezaj, iar acest calcul trebuie inclus în bugetul de timp takt înainte de stabilirea stației.

Întrebări frecvente

Poate fi folosit un boroscop pentru inspecție 100%?

Da, dacă mecanismul și timpul de ciclu permit acest lucru. Compromisul uzual constă în inspectarea fiecărei piese doar pentru cele două sau trei alezaje care prezintă cel mai mare risc, iar restul fiind supuse unei verificări prin eșantionare.

Care este cel mai mic alezaj care poate fi inspectat?

Până la 1.5 mm, cu optică specializată. Sub această valoare, diametrul sondei limitează iluminarea și rezoluția, iar metode alternative, cum ar fi măsurarea cu manometru pneumatic, sunt de obicei mai practice.

Care metodă gestionează mai bine un alezaj întunecat sau reflectorizant?

Sonda rotativă cu laser, deoarece nu depinde de lumina albă reflectată. O sondă optică pe o suprafață întunecată necesită o iluminare mai intensă și produce un contrast mai scăzut, ceea ce crește atât rata de nerecunoaștere, cât și rata de declarații false.

Cât de des trebuie calibrată sonda?

O verificare de referință la începutul fiecărei ture și o recalibrare completă conform unui program stabilit de producător. Verificarea la începutul turei detectează deteriorările mecanice și derapajul focalizării, care sunt defecțiunile ce apar între calibrările programate.

Concluzie

Alegerea dintre o sondă optică pentru găuri și o sondă rotativă cu laser este determinată de clasa de defecte și de suprafață, nu de valorile de rezoluție. Dacă criteriul este un defect vizual pe o gaură accesibilă, cu iluminare controlată, sistemul optic oferă o imagine mai bogată. Dacă criteriul este geometria, poziția sau prezența unor substanțe străine într-o gaură care poate fi întunecată sau reflectivă, un profil laser este mai robust.

Ambele sunt limitate în primul rând de deschidere și adâncime, așadar specificația ar trebui să înceapă de aici. O limită de detectare indicată fără diametrul găurii, adâncimea și starea suprafeței pe care a fost obținută nu reprezintă o specificație.