Корзина
24 отзыва
E-MAIL: marketing@theseuslab.cz
+375 17 2374211

Рентгеновская компьютерная томография, как альтернатива координатно-измерительным машинам при контроле геометрических размеров

Рентгеновская компьютерная томография, как альтернатива координатно-измерительным машинам при контроле геометрических размеров
КТ – это новая впечатляющая технология, которая может быть использована для контроля, измерения и визуализации внешних и внутренних элементов деталей.

05.03.18

Рентгеновская компьютерная томография (КТ) стала одной из ключевых технологий для обеспечения качества готовых деталей.

Большинство инженеров-технологов и инженеров по качеству знакомы с методами применения рентгеновских технологий для обнаружения трещин и контроля пористости литых деталей, но применение компьютерной томографии для контроля геометрических параметров является относительно новым направлением и может стать альтернативной традиционной контактной координатно-измерительной машине (КИМ).
    
КТ – это новая впечатляющая технология, которая может быть использована для контроля, измерения и визуализации внешних и внутренних элементов деталей. В большинстве случаев КТ позволяет измерять параметры и характеристики, недоступные для контактных или оптических датчиков.

Развитие и применение аддитивного производства (AM) позволило изготавливать детали со сложными внутренними структурами, которые не могли быть изготовлены ранее.


 
Типичная конфигурация системы КТ – изображение любезно предоставлено Zeiss

Обычная система КТ состоит из генератора рентгеновского излучения, который формирует конусообразный рентгеновский луч. Деталь располагается на вращающемся столе между генератором рентгеновского луча и детектором с плоской панелью. Путем вращения детали создается ряд отдельных двухмерных изображений (томограмм), которые впоследствии обрабатываются и реконструируются для создания комплексного набора трехмерных данных, состоящих из вокселей (3D-пикселей).

Как и при работе с КИМ рентгеновское изображение можно импортировать в метрологическое программное обеспечение, которое позволяет просмотреть трехмерную модель детали и сравнить ее с 3D-моделью САПР, а также с геометрическими размерами и допусками задания на проектирование.

Фактически производители, поставляющие КТ и КИМ, используют одно и то же основное метрологическое программное обеспечение для обеих измерительных технологий.

 

 

Сравнение результатов контроля набора деталей при использовании КИМ и промышленной КТ. Изображение предоставлено Метрологическим центром Джесси Гарант

Данные, генерируемые рентгеновской компьютерной томографией, не требуют дополнительного объединения либо сглаживания, что является существенным преимуществом по сравнению с лазерным и оптическим сканированием внешних поверхностей деталей, которое также активно применяется в целях контроля качества на производстве 

Применение КТ для измерения размеров является сложным процессом, точность которого зависит от ряда влияющих факторов. Немецкий национальный институт метрологии выпустил руководство, в котором описываются типичные факторы, влияющие на результат линейных и угловых измерений. В руководстве содержатся рекомендации по обеспечению качества измерений размеров с помощью КТ.

 

Преимущества КТ в сравнении с КИМ

Промышленная КТ обычно быстрее контактных измерений с применением КИМ, поскольку все измерения могут быть выполнены посредством одного сканирования.

В сравнении с КИМ  сложные геометрические параметры и допуски, такие как концентричность, соосность и цилиндричность, могут быть измерены за меньший промежуток времени. КТ также позволяет получать более высокую плотность данных, формируя подробные объемные модели. Данными КТ можно легко управлять в трехмерном рабочем пространстве, что обеспечивает возможность детального просмотра и анализа несоответствий.

Поскольку в КИМ обычно применяется контактное зондирование, они могут измерять только внешние поверхности. Для внутренних измерений необходима предварительная разборка или разрушение детали, что зачастую невозможно или непрактично. В большинстве случаев КИМ также не позволяют с необходимой точностью измерять размеры мягких или гибких деталей. Измерения деталей со сложной геометрией с помощью КИМ могут отнимать больше времени в сравнении с КТ, при этом могут потребоваться дорогостоящие крепления для фиксации деталей.

 

Преимущества КИМ в сравнении с КТ

Координатно-измерительные машины обладают высокой точностью и повторяемостью измерений, при этом они просты в эксплуатации и имеют относительно низкую стоимость обслуживания. При наличии данных САПР можно быстро и легко провести сравнение фактических размеров с указанными в задании на проектирование и определить выход размеров за указанные допуски.

КИМ наилучшим образом подходят для измерения внешних геометрических размеров деталей, изготовленных из материалов с высокой плотностью. Для измерений на месте портативные контактные координатно-измерительные машины могут быть легко перемещены в удаленные или труднодоступные места.

Системы промышленной КТ могут применяться только на месте их постоянной эксплуатации, поскольку в своем большинстве они обладают достаточно большими габаритными размерами. Кроме того, для выполнения измерений деталь должна быть размещена внутри машины, поэтому ее размеры не могут превышать размеры измерительной камеры  машины. КТ не позволяет измерять детали из высокоплотных металлов, поскольку рентгеновские лучи не проходят через материал высокой плотности. Данные ограничения могут быть частично сняты путем применения высокоэнергетических систем КТ, которые позволяют измерять более крупные и плотные детали.  Как правило, системы КТ имеют высокую стоимость, дорогие в эксплуатации и обслуживании, а также требуют наличия высококвалифицированного персонала и дополнительных инвестиций в вычислительные мощности для создания подробных 3D-моделей из больших массивов данных.

 

Показатель

Промышленная КТ

Контактные КИМ

Время

  • Время сканирования до 1 часа
  • Однократное сканирование позволяет получить все необходимые измерения внешних и внутренних геометрических размеров
  • Время измерений около 3 часов.
  • Время и возможность проведения измерений зависит от доступности измеряемых характеристик, количества точек и измерений
  • Высокая точность и повторяемость измерений
  • Требуется менее квалифицированная рабочая сила

Стоимость

  • Значительные первоначальные инвестиции, высокая стоимость эксплуатации и технического обслуживания
  • Обращение в лаборатории сторонних организаций может быть более экономичным вариантом
  • КИМ может быть дорогостоящей, однако обычно их стоимость не превышает стоимости КТ         
  • Обслуживание КИМ также менее затратное

Преимущества

  • Эффективные измерения внешних и внутренних геометрических размеров за одно сканирование
  • Комплексные измерения занимают меньше времени, независимо от доступности измеряемой поверхности
  • Наиболее эффективный метод измерений для деталей из материалов с низкой плотностью и легких металлов
  • Полная визуализация измеряемых деталей с возможностью управления данными для внедрения изменений в конструкцию
  • Высокая точность и повторяемость измерений
  • Требуется менее квалифицированная рабочая сила, затраты на эксплуатацию и обслуживание ниже чем у КТ
  • Метод эффективен для деталей, изготовленных из материалов с очень высокой плотностью
  • Возможность контроля на месте с применением портативных машин

 

Недостатки

  • Громоздкие, стационарные машины
  • Ограничения по размеру и плотности деталей
  • Необходимость  в значительной вычислительной мощности,  для обработки больших массивов данных
  • Невозможность измерения материалов с высокой плотностью
  • Возможность измерения только внешних поверхностей
  • Контактный метод не применим для мягких и гибких материалов   
  • Может потребоваться больше устройств фиксации детали, чем при КТ
  • Дорогостоящие устройства крепления деталей и датчики

 

Прослеживаемость КТ

Для обеспечения прослеживаемости измерений КТ до эталонов необходимо выполнить расчет неопределенности измерений, который должен быть представлен совместно с результатом измерений. Общепринятым методом оценки неопределенности является использование калиброванных деталей, при этом факторы, влияющие на неопределенность измерений, не определяются количественно и остаются неизвестными. Качество и надежность измерений, выраженные в неопределенности измерений, зависят от аппаратного и программного обеспечения, а также от заданных пользователем параметров сканирования. Параметры сканирования, такие как ток, напряжение на рентгеновской трубке либо время экспозиции вносят свой вклад в неопределенность измерений и влияют на точность построения трехмерной модели измеряемой поверхности, а также геометрическую оценку измеряемых элементов.

КТ – это новая впечатляющая технология, которая может быть использована для контроля, измерения и визуализации внешних и внутренних элементов деталей. В большинстве случаев КТ позволяет определять характеристики, недоступные для контактных или оптических датчиков.

В настоящее время обсуждается три метода оценки неопределенности измерений с применением КТ при решении конкретных задач: 

  1. Оценка с применением математических моделей и аналитическим расчетом в соответствии с Руководством по выражению неопределенностей в измерениях.
  2. Метод Монте-Карло либо эмпирические методы, а именно оценка неопределенностей с использованием калиброванных заготовок в соответствии с ИСО 15530-3.
  3. Третий подход общепринят и уже утвержден для измерений с применением систем КТ; данный метод предусматривает проведение многократных измерений калиброванных заготовок при одних и тех же условиях. Для обеспечения прослеживаемости в качестве эталонного метода обычно используются измерения с применением высокоточных контактных КИМ.

 

Выводы

На протяжении 30 лет КИМ оставались непревзойденными по точности и скорости средствами измерений геометрических размеров. В настоящее время на рынке появилась новая технология рентгеновской компьютерной томографии, которая с каждым годом будет находить все больше применений в области линейных и угловых измерений. Данный рост будет обусловлен расширением возможностей  аддитивного производства, которое начинает играть все большую роль в производстве дорогостоящих деталей со сложной структурой.

Данная статья подготовлена Vaunell Itaas из Метрологического центра Джесси Грант.

Предыдущие статьи
Контакты
  • Телефон:
    +375 (29) 640-41-26
    +375 (17) 237-42-11 доб. 418,
  • Контактное лицо:
    Дежурный специалист
  • Адрес:
    Pobřežní 249/46, Karlín, 186 00 Praha 8, Praha, Чехия
Карта
social-icon
Loading...