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 tác vụ đo không phá hủy mà thường không thể thực hiện được với bất kỳ công nghệ đo nào khác. Ví dụ, chúng bao gồm việc kiểm tra các sản phẩm Sản xuất bồi đắp phức tạp và có giá trị cao với mật độ thông tin cao và không cần phải cắt hoặc phá hủy các thành phần.

Trong thị trường hàng không vũ trụ, CT có thể được sử dụng để kiểm tra các bộ phận có kích thước nhỏ đến trung bình, chẳng hạn như cánh tuabin, nhôm đúc và mối hàn ống. Với CT, các phân tích định lượng có thể được thực hiện ở một số giai đoạn của các chu trình sản phẩm khác nhau cho phép tối ưu hóa các sản phẩm và quy trình sản xuất cũng như đánh giá sự phù hợp với các thông số kỹ thuật của sản phẩm.

Ba thành phần chính của một hệ thống X-quang CT là nguồn tia X, bàn quay và máy dò. Có thể sử dụng các cấu hình hệ thống CT khác nhau: ví dụ: có thể sử dụng máy dò bảng phẳng (DDA) hoặc máy dò mảng đi-ốt tuyến tính (LDA). Với LDA, hiện tượng tán xạ tia X, có liên quan trong khi quét các vật liệu có mật độ cao như trong các ứng dụng hàng không vũ trụ, không ảnh hưởng đến quá trình quét tuy nhiên cần có thời gian quét lâu hơn. Khoảng cách từ nguồn tia X đến máy dò và khoảng cách từ nguồn tia X đến đối tượng xác định độ phóng đại hình học của chụp CT và kích thước điểm ảnh ba chiều của mô hình CT 3D của bộ phận. Việc sử dụng các khoảng cách thay đổi từ nguồn tia X đến máy dò, như được cung cấp trong danh mục hệ thống NSI, cũng là nền tảng cho các ứng dụng hàng không vũ trụ để đạt được tín hiệu tốt nhất có thể. Trên thực tế, là công nghệ CT dựa trên nguyên tắc suy giảm tia X, kích thước và độ dày của bộ phận và mật độ vật liệu đóng vai trò cơ bản. Thành phần càng lớn và vật liệu càng dày đặc thì càng cần nhiều năng lượng để tia X xuyên qua.

Đầu ra của quét CT là mô hình 3D của bộ phận mà trên đó 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 cần phải cắt hoặc phá hủy bộ phận. CT cũng cho phép kiểm tra vật liệu và xác định các khuyết tật bên trong như lỗ rỗng, vết nứt, v.v. Ví dụ, khi kiểm tra vật liệu composite, CT cũng có thể được sử dụng để xác định sự tách lớp.

Hình dưới đây cho thấy một ví dụ về phân tích độ dày thành và đo lường các tính năng đa chiều trên cánh tuabin.

Hình 1 a) thể hiện mô hình 3D của lưỡi dao có thể được điều hướng hoàn toàn thông qua các mặt phẳng cắt do người dùng xác định. Hình 1 b) cho thấy cách có thể đo các tính năng bên trong cũng như kiểm tra sự phù hợp của cấu hình cánh máy bay với các thông số kỹ thuật. Trong Hình 1 c) một ví dụ về phân tích độ dày của tường được báo cáo.

Thay vào đó, hình bên cạnh báo cáo một ví dụ về phân tích độ xốp trên mối hàn ống.

Trong trường hợp này, thanh màu đại diện cho các kích thước lỗ khác nhau cũng có thể nhìn thấy trên mô hình 3D CT. Trên thực tế, CT cung cấp các khả năng độc đáo để xác định vị trí các lỗ xốp trong mô hình 3D của bộ phận và cung cấp thông tin về các thể tích lỗ xốp khác nhau. Kích thước của các lỗ xốp hoặc khuyết tật có thể được phát hiện tùy thuộc vào độ phân giải quét, đây cũng là một chức năng của kích thước bộ phận, hình học và vật liệu. Các kỹ thuật quét nâng cao như NSI Subpix cho phép đạt được độ phân giải được cải thiện và do đó, trường nhìn lớn hơn cho một độ phân giải nhất định.

Các ứng dụng CT khác bao gồm 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: mô hình CAD) và phân tích sợi cho vật liệu composite.

Do đó, so với các công nghệ đo lường thông thường, CT cung cấp một loạt các lợi thế, bao gồm khả năng thực hiện các phép đo tổng thể của thành phần trên các tính năng phức tạp và/hoặc không thể tiếp cận theo cách không tiếp xúc và không phá hủy, và với mật độ cao thông tin. Trong các ứng dụng hàng không vũ trụ, đây là điều cơ bản vì chi phí cao của các bộ phận nhiều lần không cho phép thử nghiệm phá hủy. CT cũng cho phép đánh giá sự phù hợp của các bộ phận trong một khoảng thời gian tương đối ngắn trước các quy trình gia công chi phí cao. Ví dụ, khi đo các bề mặt dạng tự do của cánh tuabin, CT có thể cung cấp mật độ điểm cao trong khoảng thời gian ngắn hơn so với các CMM xúc giác thông thường và là một kỹ thuật không tiếp xúc nên không cần bù đầu dò khi kiểm tra các bề mặt dạng tự do.

Các yếu tố cơ bản cần được xem xét khi sử dụng 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.