»TubeCIS« für die Inneninspektion von Rohren Ein professioneller Blick in die Röhre

Mit dem »TubeCIS« von Tichawa Vision lassen sich die Innenflächen von Rohren inspizieren, wobei der Arbeitsabstand sehr klein sein kann.
Mit dem »TubeCIS« von Tichawa Vision lassen sich die Innenflächen von Rohren inspizieren, wobei der Arbeitsabstand sehr klein sein kann.

Die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung schwer zugänglicher zylindrischer Hohlräume in-line, also während des Fertigungsprozesses, stellt eine große Herausforderung dar. Einerseits soll das Prüfobjekt zuverlässig auf Fehlerfreiheit kontrolliert werden, andererseits soll der Prüfvorgang nur von kurzer Dauer sein, um die Fertigung nicht zu verlangsamen. Tichawa Vision nutzt die aus Scannern und Faxgeräten bekannte LDIS-Technologie für seine »TubeCIS«-Sensoren, mit denen sich Hohlräume zuverlässig auf Mängel prüfen lassen.

Beim »TubeCIS« handelt es sich um einen kompakten CIS (Contact Image Sensor) in einem schlüsselfertigen System mit integrierter Optik und Lichtquelle. Die Technologie der CIS beruht auf den neuesten Entwicklungen der LDIS-Technologie (Low Distance Image Sensor) und wird - in stark vereinfachter Form - bereits in Faxgeräten und Scannern eingesetzt. In Sachen Entwicklung und Produktion von CIS für die Industrie hat sich die Tichawa Vision GmbH mit Sitz in Friedberg bei Augsburg als weltweiter Markt- und Technologieführer etabliert. Die CIS-Systeme des Unternehmens bestehen aus einer Lesezeile mit integrierter Optik und Lichtquelle. Sie arbeiten mit einem Abbildungsverhältnis von 1:1, so dass sie genauso groß wie die Prüfobjekte sind. Bei CIS wird die Auflösung von vornherein anwendungsgerecht auf die Vorlage bezogen in dpi (dots per inch) oder in Pixel pro mm angegeben.

Der »TubeCIS« hat eine maximale Länge von 520 mm und wird je nach Ausführung in einem Arbeitsabstand von 1 mm zum abzubildenden Objekt angebracht. Er prüft dank seiner speziellen Bauform Innenwände von Bohrungen oder Rohren exakt und zuverlässig auf Risse oder andere Schwachstellen, kann aber auch die Außenflächen des Hohlkörpers inspizieren, wobei die Bildqualität bei Innen- und Außenmessung identisch ist. Erhältlich in einer Auflösung von 200, 400 oder 600 dpi, bietet der »TubeCIS« Zeilenraten bis 10 kHz für maximale Umfangsgeschwindigkeiten von 1,27 m/s. Mit einem Außendurchmesser von 18 mm ist der zylinderförmige »TubeCIS« sehr kompakt.

Integrierte Optik und Beleuchtung

An die Stelle eines einzelnen Objektivs tritt bei allen CIS-Systemen ein Array aus gestaffelten GRIN-Linsen (Gradienten-Index-Linsen). Jede einzelne Linse bildet einen kleinen Bereich des Objekts ab. Durch die gezielte Überlappung der einzelnen Bildausschnitte entsteht eine durchgehende Bildzeile. Als Sensoren kommen CCD- oder CMOS-Sensoren zum Einsatz, die direkt anreihbar sind. In den wesentlichen Merkmalen wie Dunkelrauschen, Peak Response Nonuniformity und Dynamikbereich entsprechen die CIS den Standard-Zeilenkameras, jedoch ohne die üblichen Abstriche bei Ortsauflösung und Lichtausbeute. Die CIS lassen sich mit verschiedenfarbigen LEDs bestücken, und die Beleuchtung ist je nach Einsatzgebiet und Prüfling individuell regulierbar. In der Standardausführung ist der »TubeCIS« mit roten oder weißen LEDs erhältlich.

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»TubeCIS« für die Inneninspektion von Rohren

»TubeCIS« für die Inneninspektion von Rohren

Qualitätsprüfung mit dem »TubeCIS«

Die Beleuchtung, bestehend aus roten oder weißen LEDs, gibt einen Lichtimpuls ab. Er wird von der Innenwand des »TubeCIS« reflektiert und von der GRIN-Linse abgebildet, bevor er im Anschluss auf den Sensor trifft, der das Signal erfasst. Die optischen Signale werden in elektrische Signale umgewandelt und verstärkt. In der mit dem »TubeCIS« verbundenen »E-Box« werden die analog-elektrischen Signale in digitale Informationen umgewandelt und über eine CameraLink-Schnittstelle an den Framegrabber des Computersystems weitergegeben, wobei der »TubeCIS« mit allen Standard-CameraLink-Framegrabbern kompatibel ist. Die CameraLink-Schnittstelle ist eigens für Bildverarbeitungs-Anwendungen entwickelt; sie bietet einen hohen Datendurchsatz und ermöglicht zugleich die Steuerung der Kamera.

Es ist die Aufgabe der Systemintegratoren, den »TubeCIS« in die Produktion zu implementieren. Die Zuführung des Prüflings, die Optimierung der 360°-Drehung des abzubildenden Objekts um den »TubeCIS« herum und die Weiterleitung des Prüflings innerhalb der Fertigungsstraße übernimmt der Systemintegrator - genauso die Erstellung der Software und die Handhabung des Prüflings beim Entdecken eines Defekts.

Der »TubeCIS« eignet sich für alle Anwendungen, bei denen die Innenflächen zylinderförmiger Hohlkörper überprüft werden sollen. Die Kolben von Verbrennungsmotoren umfassen beispielsweise eine Bohrung für die Aufnahme des Kolbenbolzens und der Pleuelstange. Diese Flächen müssen sehr großen Kräften standhalten, so dass es unbedingt erforderlich ist, sie vor dem Einsatz auf Fehlerfreiheit und Qualität zu überprüfen. Der »TubeCIS« hat sich in der Automobilindustrie bewährt, um die Innenwände dieser Bohrungen abzuscannen, die korrekte Beschichtung zu überprüfen und Späne, Lunker, Grate oder sonstige Unregelmäßigkeiten zu entdecken. Daneben wird der »TubeCIS« auch bei DIN-genormten Fluoreszenzriss-Inspektionen hochwertiger Pipeline-Komponenten genutzt. In der Automotive-Zylinderinspektion tun »TubeCIS«-Systeme ebenfalls erfolgreich ihren Dienst.

Vorteile gegenüber anderen Prüfverfahren

Bisher wurden Innenflächen durch eine visuelle und manuelle Sichtprüfung mit Hilfsmitteln wie Spiegelsystemen oder technischen Endoskopen geprüft. Der Nachteil dieser Verfahren besteht darin, dass sie sehr aufwändig und meist nicht automatisiert sind. Auch eine Inspektion mit Flächenkameras und Belichtung im Step-and-Repeat-Verfahren ist möglich; bis sich die Kamera vor- bzw. in den Zylinder hineinarbeitet, vergeht aber viel Zeit, was den Fertigungsprozess erheblich verlangsamen kann. Im Vergleich dazu benötigt der »TubeCIS« nur wenige Sekunden, um eine komplette Innenfläche zu scannen, und die dazu nötige Mechanik und der Aufbau sind wesentlich einfacher gestaltet. Bei Röhren, die vorne und hinten offen sind, kann der »TubeCIS« die komplette Rohr-Innenfläche scannen. Bei Sacklöchern scannt der »TubeCIS« bis zu einem Abstand von 2 mm vom »Rohr-Boden«. Spiegelsysteme verschwenden im Vergleich dazu deutlich mehr Platz, denn je nach Anbringung der Spiegel entsteht immer ein toter Bereich im Rohr, der sich nicht überprüfen lässt.