Optische beeldvorming van de binnenwand van een boorgat – inspectie van interne oppervlakken met behulp van optische meettechnologie

Bij het ontwerpen van een testsysteem vormen zichtbare kenmerken zelden het probleem. De moeilijkheid ontstaat wanneer interne oppervlakken getest moeten worden: de wand van een blind gat, de binnenkant van een buis, een ondersnijding achter een rand, een groef in een component. Juist op deze plekken bevinden zich vaak de functioneel kritische kenmerken – afdichtingsvlakken, passingen, schroefdraad.

Waarom het controleren van interne oppervlakken drie problemen tegelijk oplevert

Toegankelijkheid. De sensor moet fysiek op de plek van het betreffende onderdeel worden geplaatst. Voor een boring met een diameter van slechts enkele millimeters zijn er geen conventionele lenzen beschikbaar voor dit doel.

Verlichting. In de beperkte ruimte is het niet mogelijk om licht van de zijkant binnen te laten. Verlichting en beeld delen hetzelfde toegangspunt. Tegelijkertijd zorgt elke binnenwand voor meerdere reflecties die het contrast verstoren.

De beeldschaal varieert met de diepte. De wand van het boorgat loopt parallel aan de optische as. Wat zich dicht bij de opening bevindt, wordt groot afgebeeld, wat zich diep bevindt, wordt klein afgebeeld – en het scherp in beeld brengen van beide tegelijk vereist aanzienlijke inspanning.

Waar visuele inspectie eindigt en metrologie begint

Voor een grove visuele inspectie is een endoscoop vaak voldoende. De inspecteur kan zien of er een splinter in de boring zit of dat de wand bekrast is. Wat ze echter niet krijgen, is een reproduceerbare numerieke waarde. Twee inspecteurs zullen hetzelfde beeld anders beoordelen, en dezelfde inspecteur zal het aan het einde van zijn of haar dienst anders beoordelen dan aan het begin.

Zodra een kenmerk gekwantificeerd moet worden – diameter, rondheid, ruwheidsdiepte of defectdiepte – is er geen ontkomen aan op metingen gebaseerde acquisitie. Afhankelijk van de taak zijn verschillende methoden geschikt: chromatische confocale sensoren voor zeer nauwkeurige afstandsmetingen in de kleinste ruimtes, optische coherentietomografie voor lagen en diepte-afhankelijke structuren, en speciale interne optiek voor het volledig in beeld brengen van een boorgatwand in één enkele afbeelding.

Pijpleidingen vormen een speciaal geval met een eigen logica

Voor stalen en roestvrijstalen buizen geldt een tweede eis naast de interne inspectie: het gaat niet om een enkel gedeelte, maar om een doorlopende lengte. De inspectie richt zich niet op een kenmerk op één punt, maar op de conditie van de gehele lengte – interne lasnaad, oppervlaktedefecten, wanddikte. Daarom moet de testopstelling met het materiaal meebewegen in plaats van stil te staan. Lees meer onder Testoplossingen voor stalen en roestvrijstalen buizen.

Waarom deze taken een haalbaarheidsstudie vereisen

Voor gemakkelijk toegankelijke onderdelen is het meestal mogelijk om aan de hand van de tekening en toleranties in te schatten of een optische inspectie zinvol is. Dit is echter niet betrouwbaar mogelijk voor interne oppervlakken. Er hangt te veel af van details die pas op het daadwerkelijke onderdeel zichtbaar worden: hoe het oppervlak licht reflecteert, hoeveel de bewerkingssporen verstrooien en hoe groot de afwijking is tussen twee onderdelen uit dezelfde batch.

Daarom wordt elk aanbod dat we doen, voorafgegaan door tests met daadwerkelijke componenten. Het resultaat is ofwel een robuust concept, ofwel een goed onderbouwde conclusie dat de taak niet met het vereiste veiligheidsniveau kan worden opgelost op basis van louter visuele inspectie. Beide zijn aanzienlijk waardevoller dan een belofte die later niet kan worden nagekomen.

De moeilijkheid zit hem in de bediening, niet in het uiterlijk

Een aspect dat vaak over het hoofd wordt gezien bij het berekenen van de kosten van dergelijke systemen, is dat de echte uitdaging niet zozeer in de sensor zelf ligt, maar in het telkens precies op dezelfde plek positioneren ervan. Bij een boring van acht millimeter in diameter kan een afwijking van slechts enkele tienden van een millimeter bepalen of het beeld bruikbaar is.

Dit leidt tot eisen aan het aanvoersysteem die in eerste instantie niets met de inspectie zelf te maken hebben: het onderdeel moet op een vooraf bepaalde positie aankomen, de werkelijke positie moet worden geregistreerd en de beweging van de sensor moet daarop worden afgestemd. Wanneer meerdere gaten in één onderdeel moeten worden geïnspecteerd, komt ook de kwestie van de volgorde aan de orde – elke herpositionering kost inspectietijd.

In de praktijk richt een aanzienlijk deel van het ontwikkelingswerk zich daarom op de mechanica en procesplanning. Degenen die zich alleen op de sensoren richten, onderschatten steevast de benodigde inspanning en de doorlooptijd van een dergelijk systeem aanzienlijk.

Wie de binnenoppervlakken wil laten inspecteren, moet daarom niet alleen de gewenste eigenschappen vroegtijdig beschrijven, maar ook aangeven hoe het onderdeel wordt aangeleverd en hoeveel tijd er per onderdeel beschikbaar is.

Een overzicht van onze oplossingen voor dit gebied vindt u onder "Inspectie van binnenoppervlakken" . Neem contact met ons op voor een beoordeling van uw component .

Aanvullende bronnen: Voor meer informatie over de stand van de techniek, zie VDMA Industrial Image Processing. De basis van veel van de hier gebruikte methoden is afkomstig uit productieonderzoek, onder andere van het Fraunhofer Instituut voor Productietechnologie IPT, waaruit MABRI.VISION in 2015 is voortgekomen.