Computertomografi i koordinatmåleteknik

Tidligere var en autokorrektion baseret på en referencemåling med en anden sensor nødvendig, hvis man skulle have præcise målinger med computertomografi (CT). I de senere år er måleusikkerheden reduceret betydeligt ved at forbedre maskinkomponenter og software. I dag er målenøjagtigheden endda så god, at kompakte koordinatmålemaskiner udstyret med CT svarer til målemaskiner udstyret med konventionel sensorteknologi.

Ved måling med computertomografi tages radiografiske billeder af emnet i forskellige rotationspositioner, og emnets komplette volumen rekonstrueres. Indtil begyndelsen af årtusindet var anvendelsesområdet for CT begrænset til medicin- og materialeinspektion; Måleafvigelser var stadig i tiendedelen af en millimeter. I 2005 blev Werth TomoScope introduceret som den første koordinatmålemaskine med en CT-sensor (eventuelt kompletteret med yderligere sensorer) hvis specifikation svarede til konventionelle koordinatmålemaskiner.

Løsninger fra koordinatmåleteknikken

Gennemprøvede komponenter og principper fra koordinatmåleteknikken såsom det mekaniske design, højpræcisionskoordinatakser, luftlejer (først og fremmest for den roterende akse), korrektion af maskinens geometri, målesoftware og koncepter til sporbarhed førte til en ny generation af maskiner. For at bestemme placeringen af målepunkter ved materialeovergange med større rumlig opløsning tages der højde for amplituderne af voxelerne (pixel i 3D) i nærheden ved hjælp af en subvoxelingsmetode patenteret af Werth.

I de tidlige år var den patenterede Werth-autokorrektion (hvor et masteremne måles med en mere nøjagtig sensor for derefter at bruge afvigelserne fra CT-måling til at korrigere CT-seriemåling på yderligere emner) afgørende for at opnå et tilstrækkeligt godt forhold mellem måleusikkerhed og emne-tolerance. Således var måling af emner med tolerancer i det encifrede mikrometerområde allerede med rimelighed mulig i 2005. Svarende til konventionelle koordinatmålemaskiner opnåede CT-maskiner en specifikation og måleusikkerhed på nogle få mikrometer.

Øget nøjagtighed gennem røntgenkomponenter og software

I dag måles næsten alle emner med tilstrækkelig nøjagtighed uden yderligere sensorer. Moderne transmissionsrøntgenrør muliggør høj ydeevne med god opløsning. Således kan selv mikrogeometrier måles på kort tid med god reproducerbarhed. Med Werth 300 kV transmissionsrøntgenrør med 80 W maksimal effekt kan selv metaldele med tykke vægge eller samlinger lavet af stærkt absorberende materialer gennemtrænges på grund af den høje røntgenspænding. Selv ved 80 W effekt er fokuspunkterne kun 10 mikrometer små. I kombination med moderne detektorer, der har et stort antal pixels og derfor muliggør et finere 3D voxel-gitter, kan der opnås høje strukturelle opløsninger.

Metoder til softwarekorrektion (for eksempel til artefaktkorrektion og temperaturkompensation samt til geometri og driftkorrektion) muliggør en yderligere forbedring af nøjagtighed. Empirisk artefaktkorrektion (EAC) bruger en referencemåling og bestemmer en materialeafhængig korrektion af målingen. Dette kan også bruges til at korrigere yderligere målinger, for eksempel i serieproduktion.

Virtuel autokorrektion (VAK) bruges til reduktion af artifakter skabt af spredningen i strålen (scattered-beam). Ved simulering på CAD-modellen eller måleresultatet for et emne, kan den resulterende spredning bestemmes og målingerne korrigeres. Afvigelser fra den ideelle maskingeometri og fra kalibreringstilstanden registreres og korrigeres også automatisk under hver måling.

I moderne maskiner skal temperaturkorrektion af skalaerne og emnet være standard. Ved hjælp af emnetemperaturen og den tilsvarende varmeudvidelseskoefficient beregnes måleresultaterne for en referencetemperatur på normalt 20 ° C. Nogle af CT-maskinerne kan desuden udstyres med et aktivt klimastyringssystem, så målevolumen ikke afviger mere end ± 1 K fra referencetemperaturen.

Måling med opløsning og måleområde efter behov

Ud over korrektionsmetoderne er der intelligente procedurer til rådighed for at øge opløsningen og udvide måleområdet: Med raster-CT optages radiografiske billeder af forskellige områder af emnet efter hinanden og kombineres til evaluering.

Med excentrisk tomografi kan arbejdsemnet placeres hvor som helst på det roterende bord. Tomografi udføres derefter omkring en virtuel rotationsakse i midten af regionen af interesse (ROI). Baseret på denne metode kan udvalgte dele af emnet måles i høj opløsning, og en slutpunktsky med forskellige strukturelle opløsninger kan beregnes (Multi-ROI CT).

OnTheFly CT reducerer måletiden og øger reproducerbarheden, hvilket eliminerer tiden til positionering af emnet ved kontinuerligt at dreje på rotationsaksen. Forudsætningen for tilstrækkeligt skarpe billeder er en meget kort eksponeringstid. Mange radiografiske billeder skal opsamles. En meget hurtig rekonstruktionssoftware er absolut nødvendig til måling i realtid.

Anvendelser fra bilkomponenter til medicinske implantater

Muligheden for at måle emnet fuldstændigt, både ydre og indre geometrier med god nøjagtighed resulterer i mange anvendelsesformål for koordinatmåling med røntgentomografi. Emner fra sprøjtestøbning af plast, mikrogear til bil- og rumfartsindustrien, mikrolinser med tolerancer ned til 10 µm samt stents til hjerte- og vaskulær terapi er blot nogle få eksempler. Sådanne målinger kan også udføres med kompakte maskiner som TomoScope XS Plus (fig. 1). Accelerationsspændinger på op til 300 kV er længe blevet brugt til at måle store metaldele såsom vandstråledyser med tolerancer ned til nogle 10 µm. Werth-autokorrektion bruges også stadig til at reducere systematiske målefejl ned til fraktioner af en mikrometer for tolerancer i det encifrede mikrometerområde, såsom brændstofinjektorer, for eksempel med en Kompakt CT maskine (fig. 1).

Figur 1: I dag opnår selv kompakte maskiner med computertomografi den samme høje nøjagtighed som konventionelle koordinatmålemaskiner.

Figur 2: Sammenligningsmåling af diameteren af en brændstofindsprøjtningsdyse med computertomografi og højpræcisionsfiberprobe (a); visning af målt volumen og målepunktsky i området for sprøjtehullet (b)

Kontakt

Christian G. H. Meinertz
Salgsdirektør
T +45 4086 5526
cgm@metrologic.dk

Tilmeld dig vores nyhedsbrev

Få nyheder og information om måleteknik, kvalitetsstyring og kommende kurser. Du vil modtage et nyhedsbrev ca. en gang om måneden.

You have Successfully Subscribed!