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关于工业CT扫描的那些事?

2017-12-25  

来源:材料与测试

 

CT扫描

 

对于一些由低密度材料(如塑料)制备而来的制件,进行精确地测量和验证向来都是非常复杂且耗费时间的。

 

例如硅胶类产品,由于极易弯曲和收缩,导致最终测量结果非常不准确。为了使其固定并排列整齐以便于进行某些测量工作,最常见也最传统的方法就是使用夹具。

 

但是,问题又来了,采用夹具这种方法同样也是一个繁琐的过程,因为许多夹具都需要根据具体情况进行定制,这其中需要牵涉到定制类夹具的设计、制造以及夹具的校验等方面。

 

另一个常见的难题就是:如果你需要检查一个破碎的空气过滤器或者某些装置的内部问题,你会觉得这几乎是难以完成的,你只能小心翼翼的将其拆卸或者切割开再进行观察。

 

还有一个难题就是:对于微型模具的测量验证,这通常需要用到高倍率显微镜进行测量。

 

尽管许多设计和生产厂商都极大的依赖于三种传统的方法——激光扫描、三坐标测量机以及光学测量技术;但这些方法都存在着明显的不足。

 

现在,终于救星来了!

 

三维X射线计算机断层扫描技术,也就是工业CT扫描技术,能很好地解决其他传统方法的不足,并且为塑料类产品的验证及工业测量提供了一套完整的解决方案。

 

CT扫描

 

话虽这样说,各位看官估计还是心存疑虑,那就让我们细细比较衡量一番,看看工业CT扫描技术到底好在哪里?

 

技术阵容

 

三坐标测量机技术

由三个主要组件构成;机器本身、测量探头以及搭配相应测量软件的控制/计算系统。

 

将待测试工件放在工作台上之后,操作人员利用探头通过映射x,y,z坐标在测试件上测量多个不同的点,这些点随后被上传到计算机界面上,通过使用建模软件(例如CAD)以及回归分析算法可以对其进行分析研究。

 

值得一提的是,该测量探头还能够通过采用一套控制系统实现自动化操作。

 

传统的固定式三坐标测量机能够快速的执行重复测量操作,并且测量结果非常准确,但是由于不能移动,限制了其测量范围,并且对于大型测量,成本较高。

 

激光扫描技术

通过覆盖自由曲面和几何特征平面,激光扫描技术能够捕捉到整个制件的几何结构。

 

该技术能够快速并且轻易的连接一个三维扫描仪,测量生成的点云图能够用于创建CAD模型,这对于测试件的复制、重新设计、检测或者归档都极为有利。

 

激光扫描仪在质量控制过程中同样扮演者一个重要的角色,在工业领域中,激光扫描仪主要是用于工件的几何形状和表面的测量控制方面,此外,在一些逆向工程以及装配应用等方面也有使用。

 

光学测量技术

光学测量是一套利用到光学三角形法的测量体系,这种体系能够在测试件周围完全自由移动。

 

搭配紧凑的线性或者矩阵相机,其光学系统较三坐标测量机还要小,无需电线,这也使得操作人员能够对几乎所有的制件随时随地的进行三维测量。

 

光学测量对于某些非重复性应用非常合适,例如逆向工程、快速原型以及大型制件的测量检测等。

 

工业CT扫描技术

计算机断层扫描技术利用辐射(通常为X射线)以产生扫描件的三维图形;X射线直接照射到测试件上,捕获测试件内部和外部的完整、精确的图像。

 

其工作原理可以简单概括为:从X射线源发射出来的X射线对在X射线源和检测器之间做平移运动的被检测物体进行扫描,在一次扫描结束后,被检测物体旋转一个角度再进行下一次扫描,如此反复操作,即可得到被检测物体的某一断面的若干组数据。这些信息数据经过计算机计算、处理,重新建立一个完整的断面图像显示在监视器上,而所有的断面就可以组成一个完整的三维立体图像。

 

工业CT扫描技术非常适用于测量一些复杂、高精度的注塑成型制件,此外,该技术还可在不进行拆卸或者切割的前提下对组装件的内部特征进行测量。

 

CT扫描

工业CT扫描仪的外观

 

PK较量

尽管4种测量技术都能提供准确的测量结果,但是当谈及测量速度、检测成本以及复杂性等因素时,激光扫描技术、三坐标测量机以及光学测量技术均存在一定的缺点。而工业CT扫描技术就脱颖而出啦!

 

无需夹具

激光扫描、三坐标测量机以及光学测量技术都需要用到定制型夹具;而定制型夹具的制造通常需要耗费不少时间,并且需要具备专业的知识来设计、制造以及校正夹具。而且定制夹具通常需要花费数千美金,无形中又为测量增加了经济成本。

 

而工业CT技术则避免了这一难题,这种技术不需要用到机械夹具去固定测试件,相反,测试件在发泡聚苯乙烯平台上可以自由放置;发泡聚苯乙烯材料的低密度性可以使得平台处于几乎看不见的状态,这样一旦获取到测试件的三维数据并上传到计算机上后,对测试件进行分析更为容易,因为放置在平台上的测试件就像悬浮在半空中一样,易于观察分析。

 

此外,使用发泡聚苯乙烯材料的平台还非常适用于对硅胶类制件进行测量分析;硅胶类制品,例如医用导管,极其易于弯曲,因此利用夹具对其进行固定的过程中状态非常容易发生改变,影响测量结果;但工业CT技术则能够避免其因为发生弯曲而引起的测量误差,使得测量更为精确。

 

无需切割或者拆卸测试件

当你需要分析某个制件的内部情况时,激光扫描、三坐标测量机以及光学测量技术最主要的一个缺点就暴露出来了; 因为这些技术只能局限于测量分析制件的外部特征,对于观察或者测量制件的内部特征,唯一的方法只有将测试件切割或者拆卸开。切割或者拆卸势必会对制品原型造成极大的损伤,甚至会损坏或者改变其内部结构,这反过来又会影响到测量结果。

 

对比之下,工业CT扫描技术利用X射线和几何分析软件以获取材料的截面数据,通过观察内部特征,可以轻松检查密封泄漏问题;分析材料的内部特征,包括体积、直径大小;判断是否存在空洞、夹杂物或者异物;分析材料壁厚等。

 

更快获取结果

设计和生产厂商总是希望能够尽可能快地实现制品的测量和验证,以便于将其尽快投入到生产线中;速度就是工业CT扫描技术相比另外几种技术的又一大优势。

 

除了可以省去设计、制造及校正夹具的时间,工业CT扫描技术自身也十分的高效。一台三维CT扫描仪捕获800到1200张图像并且将其整合成三维数据集——这仅仅只需要一个小时!

 

利用工业CT扫描技术进行测量获得结果所需的时间通常是传统激光扫描、三坐标测量机以及光学测量技术所需时间的几分之一。一般而言,利用这种技术,从收到测试样品到获取测试报告通常只需要一到两天的时间。

 

更高的精度

虽然上面提及的几种测量技术都能提供较好的测量精度,但工业CT扫描技术则具有更高的精度。因为工业CT扫描仪在测量过程中不需要触碰到测试件,避免了三坐标测量机等技术中探头与测试件接触或碰撞而造成的影响;尤其是对于类似于硅胶产品的测量,三坐标测量机或者其他一些接触式测量设备都有可能会造成硅胶发生弯曲,影响测量结果,即使测试件只发生了几个微米的变化,也会影响到最终的测量精度。

 

此外,相比其他技术,工业CT扫描技术在微型塑件的尺寸检验方面具有更好的测量精度,这些制件的检测或测量一般都需要用到传统的高倍率显微镜和视觉测量设备,但这些设备通常都需要用到夹具对测试件进行固定并部分对齐。而利用工业CT扫描技术则完全可以避免这些问题,因此,该技术非常适用于测量微型塑件;而且,为了提高检测效率,可以同时对多个测试件进行扫描。

 

工业CT扫描技术是一种三维可视化技术,相比一些只能获得一连串数据的传统技术,这种三维可视化技术更能揭露出测试件中所存在的一些问题。

 

CT扫描

工业CT扫描仪的内部结构

 

工业CT扫描技术的应用

 

以下列举了工业CT扫描技术在工业中最受欢迎的几方面应用:

 

装配验证

在以前,设计或者制造封盖设备的公司不得不对某些设备进行切割或者拆卸开以验证其中某些组件是否装配合理。但现在,工业CT扫描技术为他们提供了一种全新、无损的验证方法。这种技术能够更快、更轻易的对这些组装装置的内部进行测量验证,而且并不需要刻意改变组装件的所处状态。

 

检查缺陷

找出某些封盖设备中的泄露点通常是非常困难的,因为这些缺陷一般用肉眼是难以发现的。但是,具有微米级别分辨率以及搭载专门几何图形处理软件的工业CT扫描技术,能够轻易地找出那些肉眼难以发现的泄露处或者含有缺陷的密封件。

 

事实上,测试件360度的截面图像都能够在不对测试件进行切割和拆卸的前提下轻松获取。而且,系统自带软件能够在几分钟内收集好数据,并测量出测试件内部的相关尺寸。

 

模具合格验证

对制备某些复杂塑料制件所用的模具进行验证,通常需要花费数周甚至数月的时间,但是利用工业CT扫描技术则能通过扫描获取数据绘制CAD图进行对比,从而节省了大量的验证时间。

 

结论

 

(1)工业CT扫描技术是一种快速、精确,同时能够节省大量时间及经济成本的无损检测技术。

 

(2)不同于激光扫描技术、三坐标测量机技术以及光学测量技术,工业CT扫描技术可以在不切割或者拆卸测试件的前提下对测试件的内部进行更好的观察及测量,这非常有利于保护产品原型。此外,在工业领域内,采用这种技术,能够简化测量操作,缩短测量时间,有助于减少经济成本,提高经济效益。

 

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