Výpočetní tomografie ve strojírenství

Tags: DeskTom | NDT | RX Solution | SolidVision | Tomografie

Vysoké nároky na současné metody nedestruktivního testování (NDT – non-destructive testing) zahrnují mnohdy požadavky na provedení analýzy vnitřní struktury materiálů a ověření vlastností daného materiálu (pórovitost, obsah materiálu ve vzorku, defekty atd.). Rentgenová výpočetní tomografie je progresivní metodou, která se dnes využívá právě k těmto účelům.

První oblastí, kde se výpočetní tomografie (CT – computed tomography) v první polovině 70. let minulého století uplatnila, bylo lékařství. Zde se osvědčila jako jedinečný diagnostický nástroj, a teprve o dvacet let později došlo s rozvojem technologií k rozšíření této metody i do oblasti průmyslu. Zde od té doby slouží zejména k inspekci průmyslových obrobků, k analýze dutin, vad materiálů. Technologický vývoj během několika málo let posunul tuto metodu mezi klíčové nástroje NDT.

Digitální radiografie

Principem metody je interpretace stínového obrazu, který vzniká na základě rozdílné schopnosti různých částí materiálu zkoumaného objektu absorbovat rentgenové záření. Míra schopnosti pohlcovat rentgenové záření se zvyšuje s protonovým číslem dané látky.
Objekt je tedy prozářen a jeho obraz promítán a dále zpracováván.

Ke  zviditelnění stínového obrazu je využíváno speciálních detektorů, které převádějí fotony rentgenového záření na elektrický signál. Podle typu detektoru existují různé druhy radiografie. Metoda, která umožňuje digitální zobrazení objektu v řezu za použití tzv. Flat panel detektorů se nazývá digitální (přímá) radiografie.

Princip rentgenové mikrotomografie

Pokud využijeme principu digitální radiografie a snímaný objekt pozicujeme v osách tak, abychom získali projekce ze všech úhlů, můžeme jednotlivé snímky z detektoru složit v trojrozměrný voxelový model (voxel je objemová obdoba pixelu). Metoda, která kombinuje principy digitální radiografie a softwarové rekonstrukce objektu k vytvoření 3D modelu včetně jeho vnitřní i vnější geometrie, struktury materiálu i opticky nedostupných prvků, bývá označována také jako rentgenová mikrotomografie. Výsledkem je voxelová reprezentace objektu (model) včetně jeho vnitřní struktury. Někdy bývá tato technologie označována jako 3D CT skenování.

Zařízení

Na trhu dnes existuje řada přístrojů lišících se především výkonem zářiče (rentgenky) a maximálním objemem a hmotností zkoumaného vzorku. Přístroje pak mohou mít různou konstrukci podle typu určení, avšak princip zůstává stejný. Na trhu jsou dnes malé stolní mikrotomografy až po mnohatunové tomografy kombinované s dotekovou sondou, jejichž majitelé většinou nabízejí 3D CT skenování a radiografii formou služby a dostupnost těchto technologií je bezproblémová.

Aplikace

To, že rentgenová mikrotomografie a digitální radiografie skrývají velký potenciál a nabízí široké využití, je zřejmé. Jedná se totiž o metodu, která nám velmi přesně (v řádech mikronů) podá komplexní informaci o vnější i vnitřní struktuře materiálu nedestruktivní cestou.

Mimo obvyklé aplikace v oblastech reverzního inženýrství a rapid prototypingu se naskýtá i celá řada dalších. Můžeme analyzovat vady a odchylky na povrchu materiálu, jako jsou třeba praskliny, póry, změny tloušťky materiálu, jeho vnitřní strukturu.

Vybrané prostorové prvky (vady, defekty) lze samozřejmě kvantifikovat a vyhodnocovat způsoby, které jsou běžné (3D barevné vyhodnocení, kontrola odchylek v bodech, 3D kótování, 2D kótování, vyhodnocení v řezech, analýza tloušťky stěn apod.). Mezi časté aplikace patří například určení orientace vláken v kompozitních materiálech, vyhodnocení tloušťky stěn materiálu, testy kvality spojů a kloubů, nebo kontrola komplexních dílů.

Rentgenové záření nijak neovlivní vzorek (indukovanou radioaktivitou) a proto bývají metody radiografie nezřídka využívány také ke kontrole kvality potravinářských výrobků nebo při restaurování uměleckých artefaktů.

Díky svým schopnostem nalézají tyto vysoce efektivní metody nedestruktivní inspekce stále nové oblasti využití a nabízí možnosti, které zůstanou pro klasické 3D skenování nedosažitelné.

Autor pracuje ve společnosti SolidVision.

petr.herzan@solidvision.cz
www.solidvision.cz