Bir prob veya optikle olduğu gibi doğru ölçün Koordinat metrolojisinde bilgisayarlı tomografi

PRATİK İPUCU X-ışını bilgisayarlı tomografi (BT) ile hassas ölçümler için, başlangıçta farklı bir sensörle referans ölçümüne dayalı otomatik düzeltme gerekliydi. Son yıllarda, makine bileşenlerinin ve yazılımının iyileştirilmesiyle ölçüm belirsizliği önemli ölçüde azaltıldı. Günümüzde BT'li kompakt koordinat ölçüm makinelerinin bile ölçüm doğruluğu, geleneksel sensör teknolojisine sahip makinelere yakındır.

Bilgisayarlı tomografi ile ölçüm yapılırken, iş parçasının farklı dönüş pozisyonlarında radyografik görüntüleri alınır ve iş parçasının tüm hacmi yeniden oluşturulur. Milenyumun başına kadar BT'nin uygulama alanı ilaç ve malzeme denetimi ile sınırlıydı; ölçüm sapmaları hala milimetrenin onda biri aralığındaydı. 2005 yılında, Werth TomoScope, teknik özellikleri geleneksel koordinat ölçüm makinelerine karşılık gelen isteğe bağlı olarak ek sensörler kullanılabilen bir BT sensörlü ilk koordinat ölçüm makinesi olarak tanıtıldı.

Koordinat metrolojisinden çözümler

Mekanik tasarım, yüksek hassasiyetli koordinat eksenleri, en azından döner eksen için hava yatağı teknolojisi, makine geometrisinin düzeltilmesi, ölçüm yazılımı ve izlenebilirlik konseptleri gibi koordinat ölçüm teknolojisinden kanıtlanmış bileşenler ve ilkeler, yeni nesil makinelere yol açtı. Daha yüksek uzaysal çözünürlükle malzeme geçişlerindeki ölçüm noktalarının konumunu belirlemek için, Werth patentli bir subvoxeling yöntemi kullanılarak civarda bulunan voksellerin çoklukları hesaba katılır.

İlk yıllarda, patentli Werth Autocorrection (bir ana parçanın daha doğru bir sensörle ölçülerek, elde edilen sapmaların diğer iş parçalarında BT ölçümlerini düzeltmek için kullanılması) ölçüm belirsizliği ve malzeme toleransı arasında yeterli bir oran elde etmek için gerekliydi. Böylelikle, tek haneli mikron aralığında toleranslı iş parçalarının ölçümü 2005 yılında makul bir şekilde mümkün olmuştur. Geleneksel koordinat ölçüm makinelerine benzer şekilde, BT makineleri birkaç mikronluk bir spesifikasyon ve ölçüm belirsizliğine ulaşmıştır.

X-ışını bileşenleri ve yazılım sayesinde artan doğruluk

Günümüzde neredeyse tüm iş parçaları herhangi bir ek sensör olmadan yeterli doğrulukla ölçülmektedir. Modern iletim hedef tüpleri, iyi çözünürlük ve yüksek performans sağlar. Böylece, mikro geometriler bile kısa sürede ve iyi bir tekrarlanabilirlikle ölçülebilir. 80 W maksimum güce sahip Werth 300 kV iletim hedef tüpleri, yüksek X-ışını voltajı nedeniyle yüksek düzeyde emici malzemelerden yapılmış kalın duvarlı metal parçalar veya montajlara bile nüfuz edebilir. 80 W gücünde bile odak noktaları yalnızca 10 mikron boyundadır. Yüksek sayıda piksele sahip olan ve bu nedenle daha ince bir 3D voksel örgüsü sağlayan modern dedektörlerle birlikte, yüksek yapısal çözünürlükler elde edilebilir.

Yazılım düzeltme yöntemleri (örneğin artefakt düzeltme ve sıcaklık telafisinin yanı sıra geometri ve sapma düzeltmesi için) doğrulukta daha fazla artışa imkan sağlar. Ampirik Artefakt Düzeltme (AAD), bir referans ölçüm kullanır ve ölçümün malzemeye bağlı bir düzeltmesini belirler. Bu ayrıca, örneğin seri üretimde başka ölçümleri düzeltmek için de kullanılabilir.

Dağınık ışın artefaktının azaltılması için Sanal Otomatik Düzeltme (SOD) kullanılır. CAD modeli üzerinde simülasyon yaparak veya bir iş parçasının ölçümü ile ortaya çıkan saçılmış radyasyon belirlenebilir ve ölçümler düzeltilebilir. İdeal makine geometrisinden ve kalibrasyon durumundan sapmalar da kaydedilir ve her ölçüm sırasında otomatik olarak düzeltilir.

Modern makinelerde skalanın ve iş parçasının sıcaklık düzeltmesi standart olmalıdır. İş parçası sıcaklığı ve karşılık gelen termal genleşme katsayısı kullanılarak, ölçüm sonuçları genellikle 20°C'lik bir referans sıcaklık için hesaplanır. Bazı cihazlar, ölçüm hacminin referans sıcaklıktan ± 1 K'den fazla sapmaması için aktif bir klima kontrol sistemi ile donatılabilir.

Gerektiği kadar çözünürlük ve ölçüm aralığı ile ölçüm

Düzeltme yöntemlerine ek olarak, çözünürlüğü artırmak ve ölçüm aralığını genişletmek için akıllı prosedürler mevcuttur: Raster CT ile, iş parçasının farklı alanlarının radyografik görüntüleri birbiri ardına kaydedilir ve değerlendirme için birleştirilir.

Eksantrik Tomografi, iş parçasının döner tabla üzerinde herhangi bir yere yerleştirilmesine izin verir. Tomografi daha sonra ilgilenilen bölgenin (ROI) merkezinde, sanal bir dönme ekseni etrafında gerçekleştirilir. Bu yönteme dayanarak, iş parçasının seçilen kısımları yüksek çözünürlükte ölçülebilir ve farklı yapısal çözünürlüklere sahip bir son nokta bulutu elde edilebilir (Multi-ROI CT).

OnTheFly(*) CT ölçüm süresini azaltır ve döner ekseni sürekli döndürerek iş parçasını konumlandırmak için ölü zamanı ortadan kaldırarak tekrarlanabilirliği artırır. Yeterince keskin görüntüler için ön koşul, çok kısa bir pozlama süresidir. Birçok radyografik görüntü alınmalıdır. Gerçek zamanlı operasyon için çok hızlı bir yeniden yapılandırma yazılımı kesinlikle gereklidir.

Otomotivden tıbbi implantlara kadar farklı uygulamalar

İş parçasını tamamen, dış ve iç geometrileri iyi bir doğrulukla ölçme fırsatı, X-ışını tomografisi ile koordinat ölçüm teknolojisinin birçok alanda uygulanabilmesine imkan sağlar. Plastik enjeksiyon kalıplama iş parçaları, otomotiv ve havacılık endüstrisi için mikro dişliler, 10 µm'ye kadar toleranslara sahip mikro lensler ve ayrıca kardiyak ve vasküler tedavi için stentler sadece birkaç örnektir. Bunun gibi ölçümler, TomoScope XS Plus gibi kompakt makinelerle de gerçekleştirilebilir (Şekil 1).

Oldukça uzun bir süredir, iki haneli mikron toleranslarına sahip su jeti nozulları gibi büyük metal parçaları ölçmek için 300 kV'a kadar hızlanma voltajları kullanılmıştır. Werth Autocorrection ayrıca, Fiber Prob kullanarak yakıt enjektörleri gibi tek basamaklı mikron aralığındaki toleranslar için sistematik ölçüm hatalarını bir mikronun altına indirmek için hala kullanılmaktadır (Şekil 2).

Şekil 2: Yakıt enjeksiyon nozulunun çapının bilgisayarlı tomografi ve yüksek hassasiyetli fiber prob ile karşılaştırma ölçümü (a); Püskürtme deliği alanında ölçülen hacim ve ölçüm noktası bulutunun görüntülenmesi(b)