Boreskop ali laserski rotacijski sondirni sistem? Notranji pregled lukenj s premerom 1,5 mm

Pregled

Nadzor notranjega dela luknje je del dimenzionalnega in napak preverjanja, ki ostane najpogosteje ročen. Razlog je dostop: vrtina je površina, ki se obrne navznoter, in edini načini za njeno slikanje so opazovanje vzdolž osi z optičnim sistemom, dovolj majhnim, da vstopi vanjo, ali vrtenje senzorja znotraj nje ter postopno gradnja slike vrstico po vrstico. Oba pristopa se uporabljata v proizvodnji in vsak od njiju odpove na različen način.

Optični sondni sistem v obliki boroskopa oddaja resnično barvno sliko, kar omogoča intuitivno uporabo za operaterja in učinkovito zaznavanje vidnih napak, kot so praske, udarci in livarska poroznost.

Big Bird Industrial (nekdanji Shimada Big Bird Industrial) izdeluje sisteme za čiščenje in odstranjevanje ostankov za avtomobilsko pogonsko opremo že od leta 2001, podatki o pregledih spodaj pa izvirajo iz proizvodnih postaj, ne iz laboratorijskih namestitve.

1. Kaj optična vrtinasta sonda lahko in ne more storiti

Optični pristop v vrtino vstavi majhno kamero ali lečni in prenosni sistem. Svetlobo pošljemo do oddaljenega konca, sliko pa vrnejo na senzor bodisi neposredno bodisi prek svežnja optičnih vlaken. Rezultat je barvna slika, ki jo lahko človek ali usposobljen model razlagata za določitev vrst napak.

Tri optične konfiguracije

Trda oklepljena leča je najpogostejša razporeditev za ravne cevi: jeklena cev z optiko na koncu, ki omogoča naprej usmerjen pogled ali stranski pogled pod stalnim kotom. Panoramska leča s 360-stopinjskim vidnim poljem zajame celoten obseg v enem posnetku, kar je učinkovito za velike cevi, vendar ima omejeno ločljivost na enoto površine. Fisheye-konfiguracija omogoča širok vidni kot pri kratki delovni razdalji, kar je primerno za plitke vdolbine in konusne izvrtine.

Te tri konfiguracije niso med seboj zamenljive. Panoramski pogled vam pove, da napaka obstaja nekje na obodu, vendar ne natančno, kje; trda leča s stranskim pogledom določi natančen azimutalni položaj, vendar jo je treba zavrteti, da zajame celoten obseg, kar poveča čas cikla.

Meja ločljivosti

Optična ločljivost znotraj cevi je omejena z odprtino, ki jo lahko fizično vstavimo, in z delovno razdaljo. Sistem, zasnovan za najmanjšo cev s premerom 1,5 mm, lahko loči podrobnosti velikosti 0,01 mm na površini, ko so optični elementi pravilno osredotočeni; vendar se ta vrednost doseže le pri določeni delovni razdalji in se poslabša, ko se sondna naprava umakne.

2. Kaj spremeni laserska vrteča sonda

Laserska vrteča sonda projicira lasersko črto na steno cevi in se v njej vrti ter zajema profil pri vsaki kotni legi. Rezultat je oblak točk notranje površine, ne pa fotografije te površine.

Nepobudljivost na ambientno svetlobo

Ker meritve temeljijo na triangulaciji laserske črte namesto na zajemanju odsevane beli svetlobe, sonda ni občutljiva na okoliško osvetlitev ali barvo površine. S tem izključimo dva glavna vzroka napačnih zaznav v optičnem pregledu cevi: ustopajočo razpršeno svetlobo skozi odprtino cevi ter odsevne ali temne površine, ki spreminjajo navidezni kontrast napake.

Zaznavanje trkov in tuje snovi

Vrtinčasta sonda lahko zazna oviro, preden jo zadene, saj se profil, ki ga meri, nenadoma spremeni. V praksi to omogoča, da sonda zazna tujek v cevi in se ustavi – kar je zahtevano pri delih, kjer bi drobec ali litinski grb lahko poškodoval nadaljnjo obdelavo. Pri ventilskih telesih je tujek z višino profila nad 0,25 mm zaznaven dogodek, ciklusni časi pa znašajo 14 sekund za valjno cev in 18 sekund za cev povečevalnika.

3. Izbor glede na odprtino in globino

Prvi kriterij izbire je odprtina, saj izloči možnosti že pred upoštevanjem katerih koli drugih dejavnikov. Izvrtine v obsegu od 5 do 40 mm in od 40 do 120 mm se redno pregledujejo z razmerjem globine proti premeru približno ena proti ena. Če to razmerje presežemo, mora biti sonda daljša glede na njen premer, kar poveča odklon in zmanjša natančnost položaja na koncu sonde.

Kompromis med globino in premerom

Dolga in tanka sonda se ukrivi. Celo trdna oklepljena leča merljivo odklanja nad 300 mm, kar spremeni razdaljo do cilja in s tem tudi ostrost. Sistemi, ki delujejo na takšni globini, bodisi uporabljajo ohišje večjega premera bodisi sprejmejo nižjo ločljivost na oddaljenem koncu; specifikacija naj torej navaja zmogljivost pri določeni globini namesto najboljše možne vrednosti.

4. Omejitve zaznavanja in to, kar skrivajo

Navedena meja zaznavanja je običajno najboljši možen rezultat za referenčno napako. Številka, ki je pomembna v proizvodnji, je meja na najslabšem položaju v cevi, kar je običajno oddaljen konec in območje, kjer se sonda premika najhitreje.

Osvetlitev kot prevladujoča spremenljivka

V optičnih sistemih kontrast napake je odvisen od kota osvetlitve glede na površino. Rezina na brušeni cevi je vidna pod enim kotom in nevidna pod drugim, zato preiskovalne postaje za cevi pogosto uporabljajo več kot eno smer osvetlitve ter združujejo rezultate. Postaja, ki uporablja eno samotno obročasto svetilko, prikazuje stabilno, a nepopolno sliko.

Kalibracija in odmik

Oba načina zahtevata referenčni predmet. Pri optičnem sondi je to cilj z znanimi velikostmi značilnosti na delovni razdalji; pri laserski sondi pa je to kalibracijski valj z znanim premerom in korakom. Preverjanje predmeta na začetku vsake izmene je najcenejši način za odkrivanje počasnega odmika, ki sicer ni vidno kot sporočilo o napaki, temveč kot sprememba deleža napačnih pozitivnih ugotovitev. Sonda, ki ni v fokusu, še vedno vrne sliko, in sonda, ki je izgubila kalibracijo, še vedno vrne profil; nobena od njiju ne prikaže napake, dokler nekdo ne primerja rezultata z znanim delom.

5. Vključitev v proizvodno črto

Sonda za preiskavo cevi je počasen senzor v primerjavi z območno kamero, zato se običajno premika k značilnostim namesto, da bi se značilnosti premikale k njej. To pomeni, da robota ali mehanizem z dvema osmi nosi sondo med cevmi, ter da mora postaja za pregled poznati lego vsake cevi na delu.

Praktična posledica je, da se čas cikla povečuje skladno s številom preverjenih cevi, ne pa s prostornino dela. Del z več kot eno kritično cevjo potrebuje približno štirikrat več časa za pregled kot del z eno samo kritično cevjo; to aritmetiko je treba vključiti v taktovski proračun že pred določitvijo postaje. Kjer je število cevi visoko, je pogosto edina možnost, da se vključi postaja v proizvodno linijo, pregled le podmnožice cevi na vsakem delu namesto pregleda vseh cevi.

Pogosto zastavljena vprašanja

Ali se boreskop lahko uporabi za 100-odstotni pregled?

Da, če mehanizem in čas cikla to omogočata. Pogosta kompromisna rešitev je pregled vsakega dela za dve ali tri cevi z najvišjim tveganjem ter naključni pregled ostalih cevi.

Kakšna je najmanjša cev, ki jo je mogoče pregledati?

Do 1,5 mm z namensko optiko. Pod tem premerom premer sondne cevi omejuje osvetlitev in ločljivost; alternativne metode, kot je merjenje z zračnim merilnim orodjem, so običajno bolj primerni.

Katera metoda bolje obravnava temno ali odsevno cev?

Laserjski vrteči sondni sistem, saj ne temelji na odbiti beli svetlobi. Optična sonda na temni površini zahteva več osvetlitve in ustvari manj kontrastno sliko, kar poveča tako delež izpuščenih napak kot delež napačnih pozitivnih ugotovitev.

Kako pogosto naj se sonda kalibrira?

Preverjanje z referenčnim predmetom ob začetku vsake izmenjave ter popolna ponovna kalibracija v skladu z razporedom, ki ga določa proizvajalec. Preverjanje ob izmenjavi zazna mehanske poškodbe in odmik ostrosti, ki sta najpogostejši vzroka okvar med rednimi kalibracijami.

Zaključek

Izbira med optično cevnato sondo in laserjsko vrtečo sondo temelji na vrsti napake in lastnostih površine, ne pa na podatkih o ločljivosti. Če je merilo vidna napaka na dostopni cevi pri nadzorovani osvetlitvi, optični sistem zagotovi bogatejšo sliko. Če je merilo geometrija, lega ali prisotnost tuje snovi v cevi, ki je lahko temna ali odsevna, je laserjski profil bolj zanesljiv.

Obe sta najprej omejeni z odprtino in globino, zato bi morala specifikacija začeti tam. Omejitev zaznavanja, navedena brez premera vrtine, globine in stanja površine, pri katerem je bila dosežena, ni specifikacija.