Industriel computertomografi

Engangs saltmølle med plastkværn i en Helix-CT

Den industrielle computertomografi (ICT) - her mere præcist røntgen- computertomografi - (forkortet: CT) viser nogle væsentlige forskelle i forhold til den medicinske CT, som hovedsagelig behandles i artiklen computertomografi . På det medicinske område er det objekt, der skal undersøges ( mennesker ) relativt ensartet i størrelse (ca. 1,5 til 2,0 m) og sammensætning (ca. 63% vand , få tunge grundstoffer ). Dette er ikke tilfældet i den industrielle sektor. Objekter fra få millimeter til mange meter såvel som homogene (f.eks. Rene metaller) og fuldstændigt inhomogene komponenter (f.eks. Fiberkompositmaterialer ) skal undersøges og vises i tre dimensioner. Derfor er kravene til industrielle CT-systemer og deres design undertiden væsentligt forskellige og mere forskellige end medicinske CT-systemer.

Industriel CT kan klassificeres på forskellige måder afhængigt af de anvendte kriterier. Klassifikationer i henhold til optagesystemets geometri eller i henhold til systemets detaljer er almindelige.

funktionalitet

Et særligt træk, hvor den industrielle CT adskiller sig fra den medicinske, ligger i den ofte forskellige registreringsgeometri sammenlignet med medicinske systemer. Der ligger patienten normalt samarbejdsvilligt og ubevægelig med røntgenkilde (r) og detektor (er), der bevæger sig omkring sig, koblet til hinanden. I den industrielle sektor, hvor kun livløse objekter skal undersøges, kan røntgenkilden og detektoren placeres godt, og kun undersøgelsesobjektet kan drejes, hvilket er mekanisk lettere.

Process med en industriel computertomografi

Når der anvendes industriel computertomografi, kan forberedelsen af ​​den metrologiske evaluering og måling af testemnerne startes, inden komponenterne fremstilles. CAD-data, som udviklingsafdelingen bruger til at designe komponenten, bruges til at oprette IKT-testplanen ved at bestemme komponentens reference- og justeringspunkter og definere de enkelte målepunkter. Så snart den første komponent i næsten serie er færdig, scannes den i IKT-systemet, konverteres til 3D-volumendata og læses til evalueringssoftware. 3D-modellen af ​​den scannede komponent justeres derefter med CAD-designdata ved hjælp af softwaren, og målingen udføres ved hjælp af den testplan, der allerede er oprettet. Måleafvigelserne vises i en log, vises i farve i henhold til deres afvigelsesgrad og evalueres statistisk, hvis det ønskes.

Illustration af den komplette indre funktion af en komponent

Med IKT-analysen ser brugeren den komplette indre og ydre geometri af sit emne i alle detaljer. De mindste afvigelser og komponentfejl er nøjagtigt lokaliseret. Evalueringernes båndbredde spænder fra vægtykkelse og porøsitetsanalyser, fejl og samlingskontrol til verifikation af egenskaber, der ikke er mulige med konventionelle målemetoder . Bløde materialer som elastomerer eller gummidele kan nu også bestemmes nøjagtigt ved hjælp af måleteknologi. På grund af registrering og måling af det ødelagte testobjekt bruges IKT også til at registrere volumen af ​​luftindeslutninger, borehuller eller væsker.

Endelig elementberegning mulig via reverse engineering

Den tomografiske måling af komponenten giver også en yderligere fordel. Med de resulterende data kan en endelig elementberegning udføres på den "rigtige" komponent for første gang ved hjælp af reverse engineering . Dette betyder, at de resulterende IKT-data for den reelle komponent konverteres til CAD-data, og de svage punkter derefter bestemmes via FEM. Indtil nu var dette kun muligt med CAD- data, der var konstruktive og fri for procesrelaterede fejl .

Klassificering i henhold til optagesystemets geometri

To-dimensionel CT

Skematisk gengivelse af 2D-CT

Et enkelt lag af objektet undersøges og rekonstrueres. Dette gøres af alle sider gennem stråling og detektion af røntgenstråler med en linjedetektor. Røntgenkilden sender en blæserstråle. Objektets lagstruktur rekonstrueres numerisk ved hjælp af de optagede røntgenfremspring.

Fordele:

Ulempe:

  • Lange måletider for volumenmålinger
  • Det skal være muligt at se igennem objektet fra alle sider

Denne metode bruges hovedsageligt til:

Tredimensionel CT

Skematisk gengivelse af en 3D CT

Her undersøges hele genstanden af ​​et objekt ved at bestråle det fra alle sider. Røntgenkilden udsender en keglebjælke, som detekteres med en fladskærmsdetektor.

Fordele:

  • Direkte generation af en volumenmodel
  • Korte måltider (ned til 25 s for et volumen)
  • Automatisk evaluering af lyddata mulig

Ulempe:

  • Det skal være muligt at se igennem objektet fra alle sider
  • Teknisk kompliceret og derfor dyr
  • Reduceret datakvalitet på grund af spredt stråling og billedforvrængning ved kanten

Ansøgninger om

  • Visualisering og dimensionering af interne strukturer
  • 3D-distribution af materialegenskaber (f.eks. Tæthed , porøsitet )
  • Fejl ved kontrol

Helix CT

Princippet for den industrielle helix CT

Denne procedure svarer meget til den metode, der hovedsagelig anvendes i medicin i dag, kun her igen med den forskel, at røntgenkilden og detektoren står stille, og testobjektet bevæger sig. Her dog ikke kun i et plan, men med samtidig bevægelse i længderetningen, hvilket generelt betyder en spiralformet bevægelse set fra objektet .

Fordele:

  • Undersøgelse af genstande af enhver længde
  • Reduktion af artefakter (Feldkamp algoritme )

Ulempe:

  • Mekanisk mere kompleks (på grund af den ekstra bevægelsesakse)

Anvendelsesområder:

Laminografi / Tomosyntese

Translationslaminografi
Rotationslaminografi

Det er her, lag-for-lag-undersøgelse og rekonstruktion af hovedsageligt flade genstande finder sted, som muligvis ikke er tilgængelig fra alle sider. Proceduren kan igen opdeles i:

  • Translationslaminografi: Her skubbes objektet mellem røntgenkilden og detektoren. På grund af den laterale forskydning kan interiøret rekonstrueres i tre dimensioner.
  • Standard roterende laminografi: Her roterer røntgenkilden og / eller detektoren over og under objektet. Objektet kan rekonstrueres tredimensionelt ved hjælp af den information, der opnås fra de forskellige indfaldsvinkler.
  • Skematisk struktur af højopløsningsberegnet laminografi.
    Skematisk struktur af højopløsningsberegnet laminografi.
    Højopløsningsberegnet laminografi (HRCL): HRCL er en speciel form for roterende laminografi. Med HRCL roteres på den ene side prøven, ikke røntgenkilden / detektorstrukturen. På den anden side kan detektorens tilpasning til røntgenkilden ændres. Dette gør det muligt at undersøge de mindste delområder af objekter med stort område med høj opløsning (<1,5 µm / voxel reel opløsning). HRCL er derfor særligt velegnet til ikke-destruktiv analyse af individuelle samlinger / loddede forbindelser på elektroniske kredsløbsbærere uden behov for tidskrævende forberedelse.

Laminografi har følgende fordele:

  • Generering af dybdeinformation uden adgang fra alle sider
  • Mulighed for en sektion CT

Ulempe:

  • Den opnåede dybdeinformation er af begrænset præcision

Laminografiske processer bruges ofte til:

  • Test af panelmaterialer
  • Test af elektroniske flade moduler
  • Undersøgelse af store, flade komponenter uden adgang fra alle sider.

Klassificering efter størrelse

  • Et typisk makro-CT-system; til højre billedet af de to røntgenrør, der bruges i det med 450 kV (stor cylinder) og 225 kV (lille cylinder) accelerationsspænding.

  • Et sub-micro-CT system. Til højre røret, til venstre detektoren. Meget tæt på røret og meget lille testobjektet på en nål peger på en pladespiller.

  • Konstruktion af et mikro-CT-system; i forgrunden røntgenrøret, i midten objektet på en pladespiller, bagpå fladskærmsdetektoren

Det er også muligt at klassificere optagesystemer efter størrelsen på de objekter, der skal undersøges, eller evnen til at genkende detaljer:

Makro CT

Dette handler om undersøgelse af store genstande (meter rækkevidde). Til dette formål anvendes såkaldte røntgenkilder med makrofokus , som opnår detaljer i millimeterområdet. Sådanne systemer bruges ofte til at undersøge støbte dele ( motorblokke , topstykker osv.), Men også til keramik .

Micro-CT

Disse systemer fungerer med mikrofokusrør, der gør det muligt at genkende detaljer i mikrometerområdet. De tilgængelige rør samt krav til fornuftige optagelsestider begrænser objektstørrelserne til ca. 20 cm. Anvendelsesområder er plastdele , metaldele lavet af lette materialer (f.eks. Aluminium) og også keramiske dele af en passende størrelse.

Sub-micro-CT eller nano-CT

Sådanne systemer opnår de højeste opløsninger af konventionelle CT-enheder. Her bruges specielle røntgenkilder med meget små brændpunkter. Derudover anvendes detektorer med høj opløsning og arbejder under høj geometrisk forstørrelse. Dette betyder, at detaljer kan genkendes ned til ca. 500 nm. Med disse størrelsesordrer er objektstørrelsen dog begrænset til et par millimeter. Sådanne systemer bruges derfor ofte til materialekarakterisering til den meget nøjagtige undersøgelse af elektroniske komponenter eller til biologiske prøver (fx insekter , plantefrø osv.).

Derudover er der også klassifikationer efter stationær eller mobil, efter anvendelsesområde (fejldetektering, måleteknologi) eller i henhold til røntgenenergi anvendt (multi-energiproces).

Eksempler på anvendelsesområder for IKT

Ud over de udvidede tekniske muligheder kan industriel computertomografi give tids- og omkostningsfordele for en bred vifte af produkter. Teknologien er ideel til analyse af emner med komplekse interne geometrier såvel som komponenter lavet af forskellige materialer. Anvendelsesområderne inkluderer:

  • alle forsyningsområder til bilindustrien
  • plast- og elektronikindustrien
  • Bestemmelse af fiberorienteringen i plastkomponenter til validering af simuleringer
  • Dele produceret ved støbning
  • Måling af samlet eller samlet samling
  • Digitalisering af borekerner til efterfølgende simulering af flowegenskaber ("Digital Rock")

Eksempler

  • Resultater af en industriel 3D-CT; efterlod fotografiet af undersøgelsesobjektet (styrehuse lavet af støbt aluminium), højre CT-billede med porer og indeslutninger (i rødt)

  • Gran kegler . Vist med "CT Alpha" fra Procon X-Ray. Frø i rødt.

  • Flyv gennem en stak CT-billeder i Z (højde) retning. Den viste ørepropp indsættes i en simuleret øreprop i styrofoam og tilpasser sig dens form.

  • Engangs saltmølle med plastkværn i en Helix-CT

  • Flyv gennem en 3D-rekonstruktion af en Helix CT på en engangs peberfabrik

litteratur

Til den matematiske rekonstruktion:

  • T. Buzug: Introduktion til computertomografi . Springer, 2005, ISBN 978-3-540-20808-2 , CT inden for det medicinske område
  • WA kalender, computertomografi. Grundlæggende, enhedsteknologi, billedkvalitet, applikationer , Publicis Corporate Publishing, 2006, ISBN 978-3-89578-215-2 , Industrial CT
  • Berichtsband International Symposium on Computertomography and Image Processing for Industrial Radiology . Berlin 2003, ISBN 3-931381-48-X
  • Berichtsband International Symposium on NDT in Aerospace . Berlin 2008, ISBN 978-3-940283-12-2
  • Magasin NDT & E . Elsevier, ISSN  0963-8695
  • MP Materials Testing- magasin . Hanser, ISSN  0025-5300

Standarder og retningslinjer

Standarder og retningslinjer med direkte henvisning til industriel røntgen computertomografi til koordinatmålinger er:

  • DIN EN 16016-1: 2011 Ikke-destruktiv test - Radiografiske metoder - Computertomografi - Del 1: Terminologi
  • DIN EN 16016-2: 2011 Ikke-destruktiv test - Radiografiske metoder - Computertomografi - Del 2: Grundlæggende, udstyr og prøver
  • DIN EN 16016-3: 2011 Ikke-destruktiv test - Radiografiske metoder - Computertomografi - Del 3: Implementering og evaluering
  • DIN EN 16016-4: 2011 Ikke-destruktiv test - Radiografiske metoder - Computertomografi - Del 4: Kvalifikation
  • VDI / VDE 2617 ark 13: 2011 Nøjagtighed af koordinatmålemaskiner - parametre og deres test - retningslinjer for anvendelse af DIN EN ISO 10360 til koordinatmålemaskiner med CT-sensorer
  • VDI / VDE 2630 ark 1.1: 2009 Computertomografi i dimensionel måleteknologi - grundlæggende og definitioner
  • VDI / VDE 2630 ark 1.2: 2010 Computertomografi i dimensionel målingsteknologi - påvirker variabler på måleresultatet og anbefalinger til dimensionelle computertomografimålinger
  • VDI / VDE 2630 ark 1.4: 2010 Computertomografi i dimensionel måleteknologi - sammenligning af forskellige dimensionelle målemetoder
  • VDI / VDE 2630 ark 2.1: 2013 Computertomografi i dimensionel metrologi - bestemmelse af måleusikkerheden og testprocessens egnethed for koordinatmålemaskiner med CT-sensorer

Weblinks

Individuelle beviser

  1. ^ O. Bullinger, U. Schnars, D. Schulting, B. Redmer, M. Tschaikner, U. Ewert: Laminografisk inspektion af store kulfiberkompositflykonstruktioner hos Airbus . 19. verdenskonference om ikke-destruktiv test (WCNDT) 2016 https://www.ndt.net/article/wcndt2016/papers/we1i3.pdf
  2. La G. Lautenschläger: Anvendelsesområder for højopløsningsberegnet laminografi (HRCL). Fraunhofer IKTS, 14. juli 2017, adgang til den 9. august 2017 .