Sử dụng chụp cắt lớp vi tính X-quang cho đo lường kích thước

Chụp cắt lớp vi tính tia X (CT) đã thành công trong lĩnh vực đo lường tọa độ như một công nghệ đo lường không tiếp xúc sáng tạo và linh hoạt để thực hiện các phép đo kích thước trên các bộ phận công nghiệp. Nó cung cấp các lợi thế độc đáo so với các máy đo tọa độ quang học và xúc giác (CMM) thông thường, mang lại khả năng thực hiện các nhiệm vụ đo lường không phá hủy mà thường không thể thực hiện được với bất kỳ công nghệ đo lường nào khác.

Trong sản xuất công nghiệp, các yêu cầu về kiểm soát chất lượng kích thước ngày càng trở nên phức tạp hơn. Ví dụ: các công nghệ sản xuất mới như Sản xuất bồi đắp tạo ra các tính năng bên trong phức tạp và không thể truy cập được. Nhiều khi không thể kiểm tra các sản phẩm này bằng các công nghệ đo lường truyền thống và không cắt hoặc chia thành phần. CT X-quang cung cấp các khả năng độc đáo để thực hiện nhiều nhiệm vụ đo lường khác nhau, ngay cả trên các tính năng không thể truy cập và theo cách không phá hủy.

Lĩnh vực ứng dụng của CT rất rộng và bao gồm nhiều thị trường bao gồm ô tô, hàng không vũ trụ, điện tử, đúc, sản xuất chung, sản xuất phụ gia và y tế.

Một trong những khía cạnh quan trọng của việc sử dụng CT trong ngành công nghiệp hiện đại là khả năng thực hiện các phân tích định lượng trên nhiều ứng dụng khác nhau và ở một số giai đoạn của các chu kỳ sản phẩm khác nhau cho phép đánh giá sự phù hợp với thông số kỹ thuật của sản phẩm và tối ưu hóa sản phẩm và quy trình sản xuất.

Chuỗi quy trình đo lường CT

Nguyên tắc làm việc của CT X-quang dựa trên sự truyền tia X qua phôi và thu được một số hình chiếu X-quang (chụp X-quang tia X) chứa thông tin về sự suy giảm tia X xuyên qua vật thể. Sau đó, phần mềm chuyên dụng, chẳng hạn như North Star Imaging (NSI) efX-CT, được sử dụng để tái tạo lại mô hình 3D của phần được quét, mô tả toàn bộ các tính năng bên trong và bên ngoài của nó từ các hình chiếu thu được.

Sau khi thực hiện bước 'xác định bề mặt' trong đó bề mặt của vật thể được xác định, có thể thực hiện phân tích kích thước trên mô hình 3D CT.

Ứng dụng đo lường CT

Với CT, có thể thực hiện các phép đo tổng thể với độ chính xác cao của toàn bộ phôi mà không cần bất kỳ hình thức tiếp xúc nào và không cần phải cắt hoặc phá hủy chi tiết. Và hơn thế nữa, tất cả những điều này có thể được thực hiện thông qua việc kết hợp kiểm tra vật liệu và kiểm soát chất lượng kích thước trong một lần quét.

Khả năng của CT bao gồm khả năng thực hiện xác minh dung sai, nghĩa là đánh giá sự phù hợp hoặc không phù hợp của sản phẩm với thông số kỹ thuật, trên cả các tính năng bên trong và bên ngoài của bộ phận.

Với CT X-quang, cũng có thể thực hiện so sánh danh nghĩa/thực tế trong đó mô hình thể tích của bộ phận thực tế được đăng ký và so sánh với mô hình danh nghĩa của nó. Ví dụ: trong cái gọi là 'so sánh CAD', mô hình 3D thực tế của phần được quét được so sánh với mô hình CAD của thành phần, cho phép thu được thông tin định lượng về độ lệch cục bộ giữa phần thực tế và mô hình CAD với bản đồ màu hiển thị các sai lệch cục bộ giữa phần được quét và mô hình CAD của nó. Mỗi màu đại diện cho một phạm vi khác nhau của độ lệch.

Cũng có thể so sánh chụp CT. Điều này có thể hữu ích để phân tích cùng một thành phần được quét ở các giai đoạn khác nhau trong vòng đời của nó hoặc để so sánh các thành phần thực tế thu được với các thông số quy trình khác nhau.

Kỹ thuật đảo ngược là một trong những khả năng mà CT cung cấp. Do thu được thông tin thể tích dày đặc, CT là một công cụ mạnh mẽ để thiết kế ngược sản phẩm. Có thể trích xuất tệp STL của thành phần hoặc đám mây điểm từ ổ đĩa CT.

CT cho phép thực hiện các loại phân tích định lượng khác ngoài các ví dụ nêu trên, bao gồm phân tích độ dày thành và phân tích độ xốp.

Hình ảnh dưới đây cho thấy một ví dụ về phân tích độ xốp trên một bộ phận đúc khuôn. So với các phương pháp thông thường thường phát hiện độ xốp tổng thể của thành phần hoặc thử nghiệm phá hủy trên các phần cụ thể của thành phần, CT cung cấp các khả năng độc đáo để không chỉ phát hiện độ xốp khác nhau mà còn xác định vị trí độ xốp trong mô hình 3D của bộ phận và để cung cấp thông tin về các thể tích xốp khác nhau.

Ưu điểm của CT so với các công nghệ đo lường thông thường

Tổng quan về những ưu điểm chính mà CT mang lại so với các kỹ thuật đo lường truyền thống được đưa ra như sau:

Các phép đo tổng thể của các bộ phận và kiểm tra vật liệu trong một lần quét

Phân tích thứ nguyên trên các tính năng nội bộ hoặc không thể truy cập theo cách không phá hủy

Các phép đo trên các thành phần biến dạng

Phân tích các cụm (tức là các thành phần ở trạng thái lắp ráp)

Khả năng thực hiện các phép đo bất kể màu sắc bề mặt, hệ số phản xạ và độ dốc

Thu thập thông tin thể tích dày đặc trong một khoảng thời gian ngắn

Kỹ thuật đảo ngược

Các phép đo CT tia X không bị giới hạn bởi kích thước đầu dò như xảy ra đối với CMM xúc giác, do không có tiếp xúc cơ học với thành phần. Đồng thời, không cần bất kỳ khả năng tiếp cận cơ học hoặc quang học nào đối với tính năng quan tâm vì thay vào đó, nó được yêu cầu cho các đầu dò xúc giác và cảm biến quang học tương ứng. Các yếu tố cơ bản cho CT bao gồm độ phóng đại hình học có thể đạt được, phụ thuộc vào kích thước và hình học của bộ phận, vật liệu và độ dày của bộ phận.

Ngoài ra, các phép đo CT có thể được thực hiện trên các bộ phận có thể biến dạng mà thông thường không thể kiểm tra bằng CMM xúc giác do luôn có sự tiếp xúc cơ học. Ngoài ra, CT còn mang lại những lợi thế so với cảm biến quang học như khả năng thực hiện các phép đo bất kể hình dạng, màu sắc và độ phản xạ bề mặt. Đây có thể là một vấn đề nghiêm trọng đối với hệ thống quang học.

CT cũng cho phép phân tích cấu kiện ở trạng thái đã lắp ráp. Nhiệm vụ này thường khó thực hiện với các dụng cụ đo lường truyền thống. Hơn nữa, nó cho phép thực hiện kỹ thuật đảo ngược các sản phẩm trong một khoảng thời gian ngắn và thu được nhiều thông tin dày đặc hơn so với những gì có thể thực hiện được trong cùng một khoảng thời gian với một CMM xúc giác thông thường chẳng hạn.

kết luận

X-quang CT là một công nghệ đo lường đa mục đích có giá trị và linh hoạt mang lại những lợi thế độc đáo. Các lĩnh vực ứng dụng của nó là vô cùng rộng. Với CT, có thể thực hiện các nhiệm vụ đo lường có độ chính xác cao mà bất kỳ công nghệ đo lường nào khác không thể thực hiện được, bao gồm phân tích hình học phức tạp bên trong theo cách không phá hủy.