Tomografia komputerowa, czyli badania nieniszczące tego, co niewidoczne
ZEISSMetrologia przemysłowa należy do szybko rozwijających się dziedzin – musi bowiem nadążyć za zmianami w szeroko pojętym przemyśle, w tym ze spełnieniem oczekiwań związanych z wdrażaniem koncepcji Przemysłu 4.0. Wśród nowych trendów w tym obszarze z pewnością zwraca uwagę wzrost popularności tomografii komputerowej – technologii, która pozwala badać nie tylko skomplikowane kształty, ale również ukryte powierzchnie.
Przemysłowa tomografia komputerowa (computed tomography – CT) swoje źródła naturalnie bierze z technologii badania znanej wcześniej w medycynie. Ich wspólnym mianownikiem jest możliwość prześwietlenia wnętrza badanego obiektu i zbadanie tego, co jest niewidoczne. W przypadku przemysłowej tomografii komputerowej, która zaczęła się rozwijać w latach 90. minionego wieku, możliwe jest wykonanie wizualizacji 3D i badania wewnętrznych powierzchni różnych podzespołów bez ingerencji w materiał, a więc bez konieczności ich demontażu, a czasami wręcz ich niszczenia. Tym samym jest to atrakcyjna alternatywa dla współrzędnościowych maszyn pomiarowych, które nie mają takiej funkcjonalności. Dla przedsiębiorstwa może to oznaczać sporą oszczędność czasu i kosztów.
Tomografia komputerowa – szeroki wachlarz możliwych zastosowań
Dzięki prześwietleniu badanego detalu możliwe jest dość dokładne zbadanie jego wnętrza. Tomografię komputerową można więc z powodzeniem zastosować do różnych celów, o których jeszcze kilka dekad temu można było tylko pomarzyć. Technologię tę stosuje się przede wszystkim tam, gdzie nie ma możliwości dotarcia w inny sposób do badanych powierzchni albo wiązałoby się to ze zbyt dużymi kosztami związanymi ze zniszczeniem badanego obiektu.
Do typowych zastosowań CT należą:
- poszukiwanie defektów materiałowych i ich wymiarowanie (np. pęknięć, pęcherzów, deformacji czy niejednorodności materiału),
- analiza struktury wewnętrznej badanego obiektu (np. grubości ścianek),
- analiza wad materiałowych,
- wykrywanie wad montażowych (np. użycie zbyt dużej ilości lutu na łączeniach),
- przeprowadzenie pomiarów współrzędnościowych geometrii zewnętrznej i wewnętrznej (w tym wielu części na raz),
- porównanie z modelem CAD,
- symulacja zjawisk przepływu lub wytrzymałościowych.
– Przemysłowa tomografia komputerowa dzieli się zasadniczo na dwie kategorie: tomografię inspekcyjną oraz tomografię metrologiczną – tłumaczy Karol Mateja, menedżer Produktu Systemy Rentgenowskie w ZEISS Industrial Quality Solutions. – Najpowszechniejsze są maszyny inspekcyjne, których głównym zastosowaniem jest detekcja defektów wewnątrz detali, analiza struktury wewnętrznej i analiza złożeń (gotowych wyrobów oraz np. komponentów elektronicznych). Bardziej zaawansowane maszyny, takie jak systemy METROTOM firmy ZEISS, mają ponadto możliwości metrologiczne. Pełna specyfikacja VDI/VDE 2630 dodaje do wachlarza zastosowań możliwość pełnego wymiarowania części, analizy grubości ścianek, szczegółowego i dokładnego wymiarowania defektów oraz kontroli objętości. Należy zaznaczyć, że tomografia jest najbardziej wydajną metodą pomiaru tworzyw sztucznych i w wielu wypadkach jedyną nieniszczącą metodą dokładnego pomiaru trudno dostępnych cech.
W teorii potencjalnych zastosowań dla przemysłowych tomografów komputerowych może być znacznie więcej – ograniczeniem jest tu właściwie tylko wyobraźnia. Technologię tę można np. wykorzystywać również bezpośrednio na linii produkcyjnej, co pozwala już na etapie wytwarzania produktu eliminować wadliwe sztuki albo nie pozwalać na ich powstawanie.
Duża uniwersalność pomiarów tomografem komputerowym
Największą zaletą tomografii komputerowej jest oczywiście możliwość wykonywania pomiarów powierzchni zarówno widzialnych, jak i niewidzialnych, a także skomplikowanych struktur. Nie są to jednak wszystkie korzyści, jakie może przynieść wykorzystywanie tej technologii.
Tomografia komputerowa jest technologią, która zapewnia dużą dokładność, szybkość i jakość pomiarów różnych elementów z metalu bądź tworzyw sztucznych. Przemysłowe tomografy dostępne są z lampami rentgenowskimi o różnych mocach. W przypadku dużej ich mocy możliwe jest prześwietlenie większych elementów, jednak kosztem rozdzielczości. Lampy o mniejszej mocy pozwalają zwiększyć rozdzielczość uzyskanego obrazu, ale za to można je stosować tylko do badania mniejszych obiektów. Nowoczesne tomografy oferują rozwiązania z dwoma lampami o różnych mocach. W zależności od badanego elementu urządzenie automatycznie wybiera optymalną lampę i dokonuje kalibracji systemu.
Zakres możliwych zastosowań tomografów komputerów można dodatkowo poszerzyć dzięki wykorzystaniu dedykowanego oprogramowania kompatybilnego z większością standardowych systemów CAD/CAM. Poza standardowym badaniem detalu możliwe jest wykonywanie analizy odchyłek od modelu CAD, a nawet inżynierii odwrotnej. Rozbudowane funkcje graficzne pozwalają tworzyć wierne obrazy 3D prześwietlanego elementu i w przejrzysty sposób prezentować różnice w stosunku do modelowego obiektu. Wszelkie rozbieżności mogą być oznaczane przy użyciu różnych odcieni kolorów w zależności od stopnia odchylenia od wartości modelowych. Taka wizualizacja przeprowadzonego pomiaru umożliwia natychmiastową ocenę precyzji wykonania danego elementu, a także wskazuje kierunek wykonania niezbędnych korekt.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Do najbardziej zaawansowanych procesów, które można wykonać za pomocą technologii CT, należy inżyniera odwrotna. Umożliwia ona stworzenie modelu CAD obiektu, dla którego taki model wcześniej nie istniał. Jest to ważna funkcja w procesach produkcyjnych i prototypowaniu. Stworzony dzięki tomografii komputerowej model CAD może być następnie modyfikowany przy użyciu standardowego oprogramowania.
Jaka przyszłość tomografii komputerowej?
Jak zauważa Karol Mateja, tomografia komputerowa jest obecnie najszybciej rozwijającą się technologią systemów metrologicznych. Rozwój systemów nastawiony jest na niwelowanie ograniczeń. Główne ograniczenia technologii tomografii dotyczą możliwości prześwietlania gęstych materiałów, np. stali, stopów typu Inconel lub detali o dużej grubości ścianek. Związane jest to z fizyką absorbcji promieniowania rentgenowskiego.
– Innowacyjne rozwiązania, takie jak ZEISS scatterControl, gwarantują możliwość prześwietlania z dobrą jakością detali do tej pory niedostępnych do pomiaru ze względu na swoją gęstość przy tej samej mocy lampy. Dodatkowo rozwiązania softwarowe związane z zastosowaniem sztucznej inteligencji, takie jak ZADD, pozwalają wykorzystać nowinki w rozpoznawaniu obrazu do szybkiego, automatycznego i pewnego rozpoznawaniu defektów, nawet przy słabej jakości danych wejściowych – wyjaśnia Mateja. – Widoczny jest też trend stosowania systemów o coraz większym napięciu przyspieszającym przy zachowaniu wysokich dokładności, co, biorąc pod uwagę bezpieczeństwo, systemy chłodzenia i trwałość komponentów, jest coraz większym wyzwaniem.
Tomografia komputerowa odgrywa coraz ważniejszą rolę w metrologii przemysłowej i zapewne trend ten będzie się w najbliższym czasie pogłębiał. Technologia CT pozwala bowiem wykonywać przy użyciu jednego urządzenia wiele różnych pomiarów i analiz metrologicznych, w tym przeprowadzać badania nieniszczące. Dla przedsiębiorstw produkcyjnych oznacza to wymierne korzyści, zwłaszcza dużą oszczędność czasu i kosztów, co powinno przełożyć się na wzrost efektywności przeprowadzanych procesów produkcyjnych.
O Autorze
