Промышленная компьютерная томография

Промышленное компьютерная томография ( КТ ) сканирование любой компьютерный томографический процесс, как правило , рентгеновская компьютерная томография , которая использует облучение для получения трехмерных внутренних и внешних представлений сканируемого объекта. Промышленное компьютерное сканирование используется во многих отраслях промышленности для внутреннего контроля компонентов. Некоторые из основных применений промышленного КТ-сканирования - это обнаружение дефектов, анализ отказов, метрология, анализ сборки и обратное проектирование . [1] [2] Так же, как и в медицинской визуализации , промышленная визуализация включает в себя как нетомографическую рентгенографию (промышленная радиография ) и компьютерная томографическая радиография (компьютерная томография).

"> Файл: Webcam CT Transmissions.ogvВоспроизвести медиа
Анимированный набор изображений компьютерной томографии веб-камеры Logitech C500

CT Scanner Beamline
Сканер линейного луча

Сканирование линейным лучом - традиционный процесс промышленного КТ-сканирования. [3] Рентгеновские лучи производятся, и луч коллимируется, чтобы создать линию. Затем пучок рентгеновских лучей транслируется по детали, и детектор собирает данные. Затем данные реконструируются для создания трехмерной объемной визуализации детали.

При сканировании коническим лучом сканируемая деталь помещается на поворотный стол. [3] Когда деталь вращается, конус рентгеновских лучей создает большое количество двумерных изображений, которые собираются детектором. Затем двухмерные изображения обрабатываются для создания трехмерной объемной визуализации внешней и внутренней геометрии детали.

CT Scanner Beamline
Сканер конического луча

Промышленная технология компьютерного сканирования была представлена ​​в 1972 году, когда Годфри Хаунсфилд изобрел компьютерный томограф для медицинской визуализации . Это изобретение принесло ему Нобелевскую премию по медицине, которую он разделил с Алланом МакЛаудом Кормаком . [4] [5] Многие достижения в области компьютерной томографии позволили использовать ее в промышленной области для метрологии в дополнение к визуальному контролю, который в основном используется в области медицины (медицинская компьютерная томография ).

Различные виды использования и методы контроля включают сравнение детали с CAD, сравнение детали с частью, сборку и анализ дефектов, анализ пустот, анализ толщины стенки и создание данных CAD. Данные САПР можно использовать для обратного проектирования , определения геометрических размеров и анализа допусков, а также для утверждения производственных деталей. [6]

сборка

Одна из наиболее известных форм анализа с использованием компьютерной томографии - сборочный или визуальный анализ. КТ-сканирование позволяет просматривать внутренние компоненты в их рабочем положении без разборки. Некоторые программы для промышленного КТ-сканирования позволяют проводить измерения на основе объемной визуализации набора данных КТ. Эти измерения полезны для определения зазоров между собранными деталями или размера отдельного элемента.

Промышленная компьютерная томография (КТ), проведенная на алюминиевой отливке для выявления внутренних повреждений, таких как пустоты. Все согласованные по цвету частицы в отливке представляют собой пустоты / пористость / воздушные карманы, которые можно дополнительно измерить и которые согласованы по цвету в зависимости от размера.

Обнаружение пустот, трещин и дефектов

"> File:Peppergrinder 3D-flight-through microCT.ogvВоспроизвести медиа
Полет через трехмерную реконструкцию одноразовой мельницы для перца. Стекло синего цвета.

Традиционно для определения дефектов, пустот и трещин внутри объекта требуются разрушающие испытания. КТ-сканирование может обнаруживать внутренние особенности и дефекты, отображая эту информацию в 3D, без разрушения детали. Промышленное компьютерное сканирование (3D-рентген) используется для обнаружения дефектов внутри детали, таких как пористость [7] , включения или трещины. [8]

Металлическое литье и формованные пластмассовые детали обычно склонны к пористости из-за процессов охлаждения, переходов между толстыми и тонкими стенками и свойств материала. Анализ пустот можно использовать для обнаружения, измерения и анализа пустот внутри пластиковых или металлических компонентов.

Анализ геометрических размеров и допусков

Традиционно, без разрушающих испытаний, полная метрология выполнялась только на внешних размерах компонентов, например, с помощью координатно-измерительной машины (КИМ) или системы технического зрения для картирования внешних поверхностей. Методы внутреннего контроля потребуют использования двумерного рентгеновского снимка компонента или использования разрушающего контроля. Промышленное компьютерное сканирование позволяет проводить полную неразрушающую метрологию. Благодаря неограниченной геометрической сложности, 3D-печать позволяет создавать сложные внутренние элементы без ущерба для стоимости, такие функции недоступны при использовании традиционной КИМ. Первый артефакт, напечатанный на 3D-принтере, оптимизированный для описания формы с помощью компьютерной томографии CT [9]

Методы конечных элементов на основе изображений

Метод конечных элементов на основе изображений преобразует данные трехмерного изображения из рентгеновской компьютерной томографии непосредственно в сетки для анализа методом конечных элементов . Преимущества этого метода включают моделирование сложных геометрических форм (например, композитных материалов) или точное моделирование компонентов «в том виде, в котором они изготовлены» в микромасштабе. [10]

  1. ^ Flisch, A., et al. Промышленная компьютерная томография в приложениях обратного инжиниринга. DGZfP-Proceedings BB 67-CD, статья 8, Компьютерная томография для промышленного применения и обработка изображений в радиологии, 15–17 марта 1999 г., Берлин, Германия.
  2. ^ Вудс, Сьюзен. «Трехмерная компьютерная томография дает полное представление о микрочастицах» , 1 ноября 2010 г.
  3. ^ a b Хофманн, Дж., Флиш, А., Обрист, А., Адаптивные методы оптимизации на основе сканирующей компьютерной томографии на основе сетки для промышленных приложений рентгеновской компьютерной томографии. NDT&E International (37), 2004 г., стр. 271–278.
  4. ^ Зоофан, Бахман. «Трехмерная микротомография - мощный инженерный инструмент» . Технологии 3D сканирования. 5 июля 2010 г.
  5. ↑ Ноэль, Жюльен. «Преимущества компьютерной томографии в 3D-сканировании промышленных деталей . 18 августа 2010 года.
  6. ^ «Снижение затрат на предпроизводственный осмотр с помощью промышленной (КТ) компьютерной томографии». Журнал Micro Manufacturing для мировой индустрии микропроизводственных технологий, август 2010 г.
  7. ^ Lambert, J .; Chambers, AR; Sinclair, I .; Спиринг, С.М. (2012). «Трехмерная характеристика повреждений и роль пустот в усталости материалов лопастей ветряных турбин». Композиты науки и техники . 72 (2): 337. DOI : 10.1016 / j.compscitech.2011.11.023 .
  8. ^ Бык, диджей; Helfen, L .; Sinclair, I .; Спиринг, С.М. Баумбах, Т. (2013). «Сравнение методов многомасштабного трехмерного рентгеновского томографического обследования для оценки ударных повреждений углеродно-волокнистого композита» (PDF) . Композиты науки и техники . 75 : 55–61. DOI : 10.1016 / j.compscitech.2012.12.006 .
  9. ^ Шах, Парас; Рачасан, Раду; Биллс, Пол (2016-11-01). «Сравнение различных методов аддитивного производства с использованием компьютерной томографии» . Примеры использования неразрушающего контроля и оценки . 6 : 69–78. DOI : 10.1016 / j.csndt.2016.05.008 . ISSN  2214-6571 .
  10. ^ Evans, Ll. М .; Margetts, L .; Casalegno, V .; Рычаг, LM; Бушелл, Дж .; Lowe, T .; Стены, А .; Young, P .; Линдеманн, А. (28 мая 2015 г.). «Переходный термический анализ методом конечных элементов моноблока CFC – Cu ITER с использованием данных рентгеновской томографии» . Fusion Engineering и дизайн . 100 : 100–111. DOI : 10.1016 / j.fusengdes.2015.04.048 .