许多部件和组件的内部特征很难进行无损检测,因为传统计量要求对其进行剖切。
例如,空心液压成形凸轮轴、带有保形冷却通道的3D打印模具或带有金属插件的塑料注射成型电气连接器。现在,鲁汶大学的PMA部门正在使用X射线计算机断层扫描(CT)机研究以3D方式测量此类部件的内部。
多年来,CT广泛应用于医学成像和诊断,并用于检查材料以确定是否存在内部特征,例如铸件中不需要的夹杂物。现在,Jean Pierre Kruth教授和他的团队在比利时最古老和最大的大学Lu欧洲杯足球竞彩汶大学展开研究,以扩大CT在尺寸计量领域的应用。使用CT,可以像传统上使用触摸探头或激光扫描仪一样,对部件进行外部检查,但内部几何结构也可以在相同的设置中进行无损测量。
这所大学被称为卡托利克大学(Katholieke Universiteit Leuven或KU-Leuven),靠近欧盟总部尼康计量. 这两个组织正在密切合作,开发CT作为几何测量和质量控制的工具。最近,库鲁汶大学安装了两台尼康计量CT机器,使Kruth教授的PMA部门能够进行深入研究。该部门负责该大学机械工程系的生产工程、机器设计和自动化。鲁汶大学冶金系也使用CT机,主要用于材料检验。该部门最近使用新的尼康计量180千电子伏X射线源和控制软件升级了其一台CT机。欧洲杯足球竞彩
一个PMA分部的透视机,一个225千电子伏模型XTħ225,包括一个微焦点X射线源,线性标度,更好的冷却和其他改进,其提供更高的精确度,使得它适合于CT计量。第二机器是大型柜微聚焦XTħ450,目前安装在比利时和荷兰,对于更厚的金属零件提供足够的X射线穿透的最高功率CT机进行检查。作为指导,450千电子伏的微聚焦源可以穿透钢为35mm或铝110毫米。
布鲁塞尔的大力神基金会由佛兰芒政府建立,为科研提供资金,提供了帮助大学购买机器的拨款。获得资金的先决条件是,设备必须在该地区独一无二,并可供其他公司和机构进行研究。2020欧洲杯下注官网
常规加工的零件测量以及3D印刷部件
Kruth教授评论道:“我们的PMA部门在生产研究方面有着悠久的传统,从20世纪60年代开始进行铣削、钻孔和研磨,在70年代通过火花侵蚀进行发展,并在90年代实施添加剂制造(AM)和3D打印技术。
“尺寸计量和使用早期加工技术生产的组件的质量控制导致我们的触摸探针和激光扫描头安装了坐标测量机(CMMS)。”今天,生产技术包括五轴研磨,添加剂制造和液压成型可以生产复杂的产品,通常具有内部特征或通道。
“这样复杂的产品向我们提出了一个挑战,因为它是不可能的非破坏性检查内部特征没有X射线检查的部位。
“通常,一次性的原型或组分的小批量的生产。剖分甚至一个部件来检查它通常会导致以百分比表示不可接受的废料的水平。” CT呈现其自身的困难,但是,如在特定的金属是致密和X射线倾向于散射和吸收,除非功率高。此外,标准的机器平台不与足够的刚性和精度精密测量开发,因为它们是传统上用于材料检查。
“事实上,有一个普遍缺乏的CT社区内了解关于使用该技术成果的测量和追踪相关的精度和可重复性的问题。”为了研究用CT进行计量的可能性,鲁汶大学入伍两个合作伙伴,当地的工程学院的帮助下,T组,由教授维姆Dewulf LED和DeNayer研究所附近圣卡特莱娜 - 瓦弗尔,这与大学的合并2013年10月1日。
组分的三组进行了针对性 - 添加剂制造的部件,常规生产的精密部件和组件,和高度复杂的零件也由传统的机械加工制造,如进入F16战斗机和阿丽亚娜火箭的伺服阀。
作为示例,阀门具有数百个交叉通道,其尺寸需要测量,并且还需要检查孔的内部毛刺,其中孔相遇,这是困难的作业,而不会破坏性地测试该部件。显然,100%检查,需要许多这样的安全关键部分,这是没有某种形式的非破坏性测试的不可能性。
CT测量精度可与传统计量相媲美
根据KRUCH教授的说法,使用X射线CT测量这些部件的初始结果已经证明非常有前途。在PMA实验室进行的研究表明,对于某些金属组分并取决于应用,使用尼康计量CT系统测量内部和外部尺寸的不确定性(最大允许误差)可以低于10微米。这意味着,其精度靠近典型坐标测量机的精度。例如,实验室中的一个CMMS的不确定度为5微米加5微米的组分长度。
为了帮助实现这一目标水平的CT扫描精度,球队在PMA,房子的两个尼康计量机在温度控制的环境中,尽管有其自身的内部冷却系统各机保持热稳定性。
工作准则
在操作中,源通过将电子投射到目标上产生X射线。由于X射线穿透工件,因此由于吸收和散射而衰减。衰减量由行进到材料中的距离和其组成和密度(即衰减系数)以及X射线的能级(kev)确定。在穿透工件之后,通常通过平板检测器捕获衰减的X射线,从而产生2D灰度图像。对于工件的许多旋转步骤,拍摄2D图像。
基于投影图像切片的重建工业部件,类似于3D印刷部件中的层,导致体素模型(体素是像素的3D类似物),其中voxels的灰度值是测量材料的线性衰减系数。CT的大优势在于它消除了感兴趣区域之外的结构图像的叠加。Voxel数据使用算法进行后处理,以检测工件的边缘和特征,允许尺寸测量和质量控制。
安装在PMA实验室的XT H 450除了传统的2D平板探测器外,还具有一个1D弯曲线性探测器。使用线性探测器要求工件沿旋转轴移动,以便以与医用CT扫描仪类似的方式测量物体的连续横截面。目前,PMA正在进行研究,以确定线性探测器是否可以比平板探测器更准确地用于检查大型部件。线性探测器允许更高的功率(更高的电压、电流或曝光时间,因此更大的材料穿透力),并且对X射线散射不太敏感。
技术挑战
各种问题正在被Kruth教授及其同事研究,如优化透视照明参数和调整的灰度级阈值化对可追踪尺寸测量参数,降低X射线光斑大小获得更高的精度,增加的功率X射线源更大的渗透到大的金属部件。
另一个研究课题是束流硬化,这是多色CT光源的一个常见问题,低能量光子更容易被工件材料吸收。它会导致图像的色差和变形,主要是在边缘,导致检测到错误的灰度值,这会给人一种印象,即组件的蒙皮与芯部的材质不同,这意味着错误的边缘检测。在研究材料成分时,束流硬化是不可取的,可通过束流过滤和软件进行校正,但在计量学方面,正在考虑利用这种效应提高边缘清晰度,从而更容易更精确地测量工件的外部尺寸。
合作
KU Leuven和尼康计量公司之间的密切关系起源于一家前公司,该公司从该大学剥离出来,用于将其工作商业化。尼康计量公司首席执行官Kenyi Yoshikawa最近为PMA的CT设施举行了开幕式,以此来庆祝这一关系。其他大学附属企业,如LayerWise(专门从事金属AM)和Materialise(快速原型制造领域的全球参与者),今天正与大学合作推进CT计量。这表明克鲁斯教授是这三家公司的创始董事会成员。
这些仅仅是一些大量协作隶属关系的是PMA与企业和学术界在国际上,主要是在欧洲层面,而且在美国和日本。研究活动是由行业非常多驱动,因此实际性的。
阿市轮循工作涉及15家公司和实验室在欧洲测量相同的对象和比较的结果,在计量以期分享知识和最佳实践,以优化测量的准确度和可追溯性。
欧洲联盟Marie-Curie计划的这次,欧洲联盟玛丽居里计划的帮助,欧洲欧洲合作速度刚刚开始。Ku Leuven在英国和比利时加入了Nikon Metrology,NPL(国家物理实验室 - 英国国家测量学院),PTB(Physikalisch-Technische Bundesanstall - 德国国家Metrology Institute),在比利时实现了一些其他公司和其他公司CT计量工程师和研究人员培训大学。