Boreskop eller laserroterande sond? Inspektion inuti hål med diameter 1,5 mm

Översikt

Inspektion inuti hål är den del av dimensions- och defektinspektion som oftast fortfarande utförs manuellt. Anledningen är tillgänglighet: ett borrat hål är en yta som pekar inåt, och de enda sätten att avbilda den är att titta längs axeln med ett optiskt system som är tillräckligt litet för att passa in, eller att rotera en sensor inuti den och bygga upp bilden rad för rad. Båda metoderna används i produktionen, och båda misslyckas på olika sätt.

En optisk sond av boreskopstyp ger en verklig färgbild, vilket gör den intuitiv för operatören och effektiv för visuella defektklasser såsom repor, skåror och gjutporositet. En laserroterande sond mäter profil istället för färg, vilket gör den oåtkomlig för belysningsproblem som plågar småborr-optik och ger den en kollisionsdetekteringsförmåga som en optisk sond saknar.

Big Bird Industrial (tidigare Shimada Big Bird Industrial) har byggt rengörings- och avkantningssystem för bilens kraftöverföringskomponenter sedan 2001, och de inspektionsdata som visas nedan kommer från produktionsstationer snarare än laboratorieanläggningar.

1. Vad en optisk borrsond kan och inte kan göra

Den optiska metoden placerar en liten kamera eller ett linser-och-reläsystem inuti borrhålet. Ljus levereras till det fjärran slutet och bilden återförs till sensorn, antingen direkt eller via en fibrabunt. Resultatet är en färgbild som en människa eller en tränad modell kan tolka för defektklasser.

Tre optiska konfigurationer

En stel, pansrad linsslinga är den vanligaste anordningen för raka borrhål: ett rostfritt rör med optik i spetsen, som ger en framåtriktad vy eller en sidovy vid en fast vinkel. En 360-graders panoramalinsslinga avbildar hela omkretsen i en enda exponering, vilket är effektivt för stora borrhål men har begränsad upplösning per areaenhet. En fisheye-konfiguration ger ett brett synfält vid kort arbetsavstånd, vilket passar grunt fördjupningar och sankningar.

De tre konfigurationerna är inte utbytbara. En panoramavy visar att ett fel finns någonstans på omkretsen, men inte exakt var; en sidovy med stel linsslinga ger en exakt azimutal position men måste roteras för att täcka hela omkretsen, vilket kostar cykeltid.

Upplösningsgränsen

Optisk upplösning inuti ett borrhål begränsas av den öppning som fysiskt kan införas och av arbetsavståndet. Ett system som är utformat för ett minsta borrhål på 1.5 mm kan lösa detaljer på 0.01 mm på ytan när optiken är korrekt fokuserad, men detta värde uppnås vid ett specifikt arbetsavstånd och försämrades när sonden dras ut. Djupkapaciteten i standardintervallet täcker 50 till 200 mm, medan specialkonfigurationer kan nå 310 mm.

2. Vad en laserroterande sond förändrar

En laserroterande sond projicerar en laserlinje på borrhällets vägg och roterar inuti borrhålet, där den registrerar en profil vid varje vinkelposition. Resultatet är en punktmoln av den inre ytan snarare än en fotografi av den.

Oktänslighet för omgivande ljus

Eftersom mätningen baseras på triangulering av en laserlinje i stället för bildning av reflekterat vitt ljus är sonden oberoende av omgivande belysning och ytfärg. Detta eliminerar två av de främsta orsakerna till felaktiga signaler vid optisk borrinspektion: strövljus som tränger in genom borröppningen samt reflekterande eller mörka ytor som förändrar den uppenbara kontrasten hos en defekt.

Kollisionsdetektering och främmande föremål

En roterande sond kan upptäcka en hindring innan den träffar den, eftersom profilen som den mäter ändras plötsligt. I praktiken gör detta att sonden kan identifiera främmande föremål i en borr och stanna – ett krav för delar där en spån eller en gjutnod kan skada en efterföljande bearbetningsoperation. På ventilkroppar utgör ett främmande föremål med en profil över 0,25 mm en detekterbar händelse, och cykeltider på 14 sekunder för en cylinderborr och 18 sekunder för en bromsborr är uppnåeliga med denna metod.

3. Välja baserat på öppning och djup

Det första urvalet sker utifrån öppning, eftersom detta utesluter alternativ innan någon annan övervägande tillämpas. Borrhål i intervallet 5–40 mm och i intervallet 40–120 mm undersöks båda regelbundet, med ett djup-till-diameter-förhållande på cirka ett till ett. Utöver det förhållandet måste sonden vara längre i förhållande till sin diameter, vilket ökar böjning och minskar positionsnoggrannheten vid spetsen.

Kompromiss mellan djup och diameter

En lång, tunn sond böjer sig. Även ett styvt, pansrat objektiv böjer mätbart över 300 mm, och denna böjning ändrar avståndet till provytan och därmed fokus. System som arbetar på sådana djup använder antingen ett hölje med större diameter eller accepterar lägre upplösning vid den fjärran änden, och specifikationen bör ange prestandan vid det angivna djupet snarare än den bästa möjliga prestandan.

4. Detektionsgränser och vad de döljer

En angiven detektionsgräns är vanligtvis en bästa-fall-siffra för en referensdefekt. Det tal som är avgörande i produktionen är gränsen på den sämsta positionen i borrningen, vilket vanligtvis är den fjärraste änden och den region där sonden rör sig snabbast.

Belysning som den dominerande variabeln

I optiska system beror defektkontrasten på belysningsvinkeln i förhållande till ytan. Ett rep på en slipad borrning är synligt vid en vinkel men osynligt vid en annan, vilket är anledningen till att borrningsinspektionsstationer ofta använder fler än en belysningsriktning och kombinerar resultaten. En station som använder en enda ringbelysning rapporterar en stabil men ofullständig bild.

Kalibrering och drift

Båda metoderna kräver en referensartefakt. För en optisk sond är det ett mål med kända detaljstorlekar på arbetsavståndet; för en lasersond är det en kalibreringscylinder med känd diameter och steg. Att kontrollera artefakten i början av varje skift är det billigaste sättet att upptäcka den långsamma drift som annars framstår som en förändring i frekvensen av falska larm istället för som ett felmeddelande. En sonde som är ur fokus returnerar fortfarande en bild, och en sonde som har förlorat sin kalibrering returnerar fortfarande en profil; ingen av dem rapporterar ett fel förrän någon jämför resultatet med en känd del.

5. Integration i en produktionslinje

En borrsond är en långsam sensor jämfört med en ytkamera, så den flyttas vanligtvis till detaljerna snarare än att detaljerna flyttas till den. Det innebär att en robot eller en tvåaxlig mekanism bär sonden mellan borrningarna, och att inspektionsstationen måste veta varje borrnings position på delen.

Den praktiska konsekvensen är att cykeltiden skalar med antalet undersökta borrningar, inte med delens storlek. En del med fyra kritiska borrningar tar ungefär fyra gånger så lång inspektions tid som en del med en enda, och denna beräkning måste inkluderas i taktbudgeten innan stationen specificeras. Där antalet är högt är det ofta enda sättet att få plats på linjen att undersöka en delmängd av borrningarna per del istället for att undersöka varje enskild borrning.

Vanliga frågor

Kan en borrskop användas för 100-procentig inspektion?

Ja, om mekanismen och cykeltiden tillåter det. Den vanliga kompromissen är att undersöka varje del för de två eller tre borrningarna med högst risk och att granska resten genom stickprov.

Vilken är den minsta borrningen som kan undersökas?

Ned till 1,5 mm med specialoptik. Under detta värde begränsar probens diameter belysningen och upplösningen, och alternativa metoder som luftmätning är oftast mer praktiska.

Vilken metod hanterar en mörk eller reflekterande borrning bättre?

Laserrotationsproben, eftersom den inte är beroende av reflekterat vitt ljus. En optisk prob på en mörk yta kräver mer belysning och ger lägre kontrast, vilket ökar både missfrekvensen och frekvensen av falska alarm.

Hur ofta bör provet kalibreras?

En referenskontroll vid varje skiftstart och en fullständig omkalibrering enligt ett schema som fastställs av tillverkaren. Skiftkontrollen upptäcker mekanisk skada och fokusdrift, vilka är de fel som uppstår mellan schemalagda kalibreringar.

Slutsats

Valet mellan en optisk borrprobes och en laserrotationsprobe avgörs av defektklassen och ytan, inte av upplösningsvärden. Om kriteriet är en visuell defekt i en tillgänglig borr med kontrollerad belysning ger optiken en rikare bild. Om kriteriet är geometri, position eller närvaro av främmande material i en borr som kan vara mörk eller reflekterande är en laserprofil mer robust.

Båda är först och främst begränsade av öppningens diameter och djup, så specifikationen bör börja där. En upptäcktsgräns som anges utan angivande av borrningsdiametern, djupet och ytvillkoret där den uppnåddes utgör inte en specifikation.