Применение метрологической системы YXLON FF35 CT для контроля пластиковой крыльчатки

Компьютерная томография с высоким разрешением для контроля пластиковой крыльчатки, напечатанной на 3D-принтере, с помощью метрологической системы YXLON FF35 CT с последующим сравнением фактических целей с моделью CAD обеспечивает четкое понимание внутренних структур и надежные результаты качества. Это может быть достигнуто за короткое время 2:18 минут и автоматический алгоритм оценки.

CAD-модель (слева) – фотография пластикового рабочего колеса (в центре) – сравнение с реальным объектом (справа)

Углубленный анализ внутренних структур

Что можно сказать о возможностях универсальной рентгеновской системы YXLON UX20 с новой трубкой MesoFocus? Мы начали тестовый проект с такой же крыльчаткой из алюминия, напечатанной на 3D-принтере.

Рентгеновские технологии позволяют получить конкретное и четкое представление о внутренней части объектов, а компьютерная томография позволяет создавать трехмерные виртуальные двойники отсканированных образцов, что позволяет проводить подробные проверки и измерения в любой обозначенной точке внутри их внутренних структур.

Раньше промышленная рентгеновская технология в основном использовалась для обнаружения дефектов внутри компонентов и, таким образом, для обеспечения качества продукции. Современная компьютерная томография позволяет проводить детальный анализ материалов, поддерживая производство, а также исследования и разработки. 

Компьютерная томография предлагает решения почти для всех задач контроля благодаря широкому спектру компонентов и функций, доступных на рынке: 

•  современные рентгеновские трубки до 600 кВ с различными размерами фокусного пятна; 

• плоскопанельные детекторы высокого разрешения для конического сканирования и линейные детекторы для веерного сканирования; 

• многочисленные манипуляционные оси для оптимальной рентгеноскопии; 

• различные расширения поля зрения для более крупных объектов; 

• программное обеспечение для улучшения изображения для уменьшения артефактов КТ. 

Современные технологии как в механической, так и в программной части обеспечивают надежные и воспроизводимые результаты даже в нанометровом диапазоне.

Диагностика и измерения внутренних структур объекта стали очень важными, особенно в контексте новых методов аддитивного производства. С помощью 3D-печати можно создавать геометрические формы, которые невозможны при использовании любой другой технологии производства. Первоначально использовавшееся в аэрокосмической и автомобильной отраслях для экономии материала, веса и, следовательно, топлива, структурное разнообразие теперь почти, если не более актуально. Чтобы проверить качество и безопасность этих конструкций, необходимо заглянуть внутрь них, желательно не разрушая. 

То же самое относится и к оценке методов производства. Здесь AM и CT идут рука об руку от исследований к разработке и производству. В дополнение к анализу отказов, детальные задачи измерения являются основой для проверки стабильности и функциональности.

Независимо от технологии, самые высокие стандарты точности применяются к каждой метрологической системе. Системы YXLON FF20 CT Metrology и FF35 CT Metrology сконструированы так, чтобы обеспечить оптимальную стабильность и термостойкость для достижения наиболее точных и воспроизводимых результатов. Они соответствуют директиве VDI/VDE 2630 по применению DIN EN ISO 10360 для координатно-измерительных машин с датчиками CT. Используемая в этом проекте метрологическая система FF35 CT имеет максимально допустимую погрешность MPE _SD = 5,9 мкм + L/75. Мы хотели узнать, как по сравнению с FF35 CT Metrology наша универсальная рентгеновская и компьютерная томография YXLON UX20 справляется с задачами измерения. UX20 в первую очередь предназначен для использования в производственных условиях в суровых условиях, но благодаря компактному дизайну и удобному рабочему программному обеспечению Geminy, он предлагает множество преимуществ для лабораторных приложений в среднем ценовом сегменте.

Тест

В качестве образца для испытаний была выбрана эта напечатанная на 3D-принтере крыльчатка, аналогичная тем, которые используются в аэрокосмической отрасли. Материал AlSi10Mg представляет собой мелкодисперсный порошкообразный алюминиевый сплав, сочетающий хорошие прочные и термические свойства с малым весом и гибкими возможностями постобработки.

Мы разбили наш проект на три этапа. На первом этапе крыльчатку сканировали пять раз в приборе FF35 CT Metrology. Затем мы рассчитали сетку Golden Surface, которая послужила бы эталоном для наших измерений.

На втором этапе одна и та же крыльчатка сканировалась десять раз, каждый раз с одинаковыми настройками в UX20, оснащенном новой трубкой Comet MesoFocus 225 кВ, которая обеспечивает разрешение до 25 мкм с тремя размерами фокусного пятна: 50 мкм, 100 мкм. и 200 мкм. Оптимальное фокусное пятно для импеллера составляло 100 мкм. Затем каждый 3D-объем сравнивался с сеткой Golden Surface с использованием проверенного алгоритма. Чтобы определить наилучший возможный результат, сравнения были основаны на геометрии и взвешены. Ярко-зеленый объем показывает так называемое «наилучшее соответствие».

На третьем этапе были определены 15 областей интереса (ROI), каждая площадью 5 x 5 мм, в которых были выполнены измерения толщины стенки. Наименьшая и наибольшая толщина стенки каждой взятой области усреднялись по соответствующим результатам и сравнивались с сеткой Golden Surface.

Была сгенерирована следующая диаграмма, поверх которой была наложена кривая измерений Golden Surface Mesh из FF35 CT, служащая ориентиром. Небольшие отклонения действительно находились в пределах ожидаемого диапазона.

Для проверки было выполнено еще три сканирования линейным детектором в системе YXLON FF85 CT. Послойное сканирование с помощью линейного детектора дает минимальные артефакты и поэтому считается более надежным, когда речь идет об измерениях. Хотя полное сканирование 3D-объема требует гораздо больше времени, однако, если цель состоит в том, чтобы захватить только определенные интересующие области, сканирование среза в один пиксель будет самой быстрой альтернативой.

Здесь изображены три отсканированные плоскости крыльчатки: верхняя кромка, слой наших областей интереса и нижняя кромка. Верхний и нижний края строки сканирования используются для выравнивания модели.






Измерения интересующих областей действительно показывают сглаженную форму волны, отклоняющуюся от эталонных измерений в среднем примерно на 10 мкм.

Этот проект дает хорошее представление о проблеме измерения компонентов, изготовленных аддитивным способом, и позволил продемонстрировать широкий спектр возможностей, доступных пользователям нашей рентгеновской технологии. Оценка по форме и положению, анализ пор и полостей, определение шероховатости поверхности, анализ расслоения и трещин, а также проверка остатков порошка являются соответствующими процедурами проверки.
 
Трудно или невозможно получить доступ к областям, которые в противном случае были бы измерены с использованием обычного измерительного оборудования, такого как машина для измерения тактильных координат или оптические 3D-сканеры, могут быть зарегистрированы с помощью рентгеновского КТ с экономией времени, устраняя некоторые из типичных зондирования. ошибки. Предварительная обработка компонентов или сложное позиционирование не требуется.

Формирование эталона с нашей точной метрологической системой YXLON FF35 CT и сравнение с нашей универсальной рентгеновской и компьютерной системой YXLON UX20 показали, что UX20 идеально подходит для метрологических задач в зависимости от требований заказчика. Хотя UX20 был разработан в первую очередь для рентгеноскопического контроля в тяжелых производственных условиях, он оснащен выдающимися возможностями компьютерной томографии и может надежно выполнять метрологические задачи, что еще больше расширяет диапазон возможных применений.