三維CT掃一掃，鑄件“隱私”全揭曉
2016-03-15 瀏覽量：484
（轉自：材料與測試網）
使用先進的三維CT系統進行自動化檢測
鑄造是澆注某種液體（通常是金屬或塑料）到模具中，從而生產出我們想要的固體工件。當然以上只是純理論，實際生產出的這些“固體”工件通常都會存在空隙或夾雜物，而這或多或少都會影響工件成品的性能。工件存在氣孔可不是什么好事，因為這可能導致成品強度下降或者是遺留許多開口孔，從而導致其性能無法達到要求。
但如果通過精加工工藝將這些空隙去除，或者是判斷出其尺寸及形狀等不會對工件性能造成影響，那么這樣的工件是可以接受的?；蛘哒f，這些孔洞本身就是有意為之，目的是降低產品重量而對性能不產生影響，那么當然也是可以接受的。如果是這種情況，孔洞的尺寸就顯得至關重要了。
因此我們所面臨的挑戰是，從可接受氣孔或人為氣孔中區分出那些不符合標準的氣孔，后面可以將更多的生產時間花在這些不良工件上，以免它們被投放到市場中。
三維CT系統適用于各種各樣的應用，且無論是單獨檢測還是在線檢測都非常靈活。
理想的檢測流程
如果空隙在工件外側，通過目視就可以很容易的進行識別并評估。而內部空隙的處理則較為困難，用于識別這些空隙的技術主要包括二維射線檢測或三維計算機斷層掃描（3D CT）技術。理想的檢驗流程可以是：
1. 100%檢測鑄件，并且速度要足夠快，以保持生產流程的推進。
2.檢測流程是可重復、可重現且足夠精確的，這樣能夠排除所有不合標準的工件，避免錯誤排除那些帶有不影響性能孔洞的工件。
3.實現上述目標的同時，無需頻繁進行校準或后期處理。
4.提供掃描結果的三維顯示，實現有意義的分析。
5.能夠對工件進行分析，對其好壞進行分類。
顯然，通過二維檢測技術來實現以上目標是非常困難的。除非這個工件是扁平的，否則二維檢測技術所能提供的信息非常有限，甚至可能導致誤判，錯誤地將完全可接受的工件丟棄。
當今工件的屬性日益復雜，要實現以上檢測目標，就必須使用3D CT技術。然而實際上，即使是使用3D系統，要實現上述的第一個目標也絕非易事。好消息是，最好的3D CT系統現在可以在短短90秒內，對復雜如汽車發動機缸蓋這樣的工件進行徹底檢測，對活塞零件的檢測只需要30秒，而對那些塑料的醫療用品更是只需要幾秒鐘。但是，在不同的3D系統中，其提供的檢測精確度、易用性，以及考慮到重新校準和掌握需求時的實際信息傳輸量存在很大的變化。
利用先進的3D CT技術可以在10秒內完成對鑄件的檢測，用紅色突顯出孔洞并給出實際測量的孔洞尺寸。
傳統CT技術
起初CT技術被開發用于生成對象內部特征的圖像，而不要求非常精確地進行測量。
在醫療應用中，CT用于診斷疾病、外傷或畸形，但不能對其屬性進行精確測量。在大多數情況下，醫師只是簡單地瀏覽一下，發現存在的問題，或者是獲取一些進行手術的實際數據。
在工業應用中，傳統CT技術主要用于進行無損檢測（NDT），確定工件內部是否存在缺陷。我們通常將具備可識別內部缺陷的工件視為次品，無關乎其缺陷程度。出于這個原因，即使CT系統存在一些實質性的測量誤差，或者是在測量時存在顯著的“偏離”，我們都是完全可以接受的。精確和可重復的測量需要特定的系統設計。舉例來說，即使是一個能夠產生真實圖像的便攜式掃描器，但如果需要更準確的數據，同樣需要結合一個合適的坐標測量機（CMM）。
高精度測量
補償CT系統測量誤差的方法之一是將一個“容差系數”增加至系統提供的數字中。換句話說，該系統提供一個合理的近似尺寸測量值，同時系統軟件增加一個正/負范圍，以補償測量的不確定性。屬于這個擴大范圍內的空隙才是判廢工件的主要原因。這是一種比較保守的，旨在排除可能出現問題工件的方法。這種“安全第一”的方法所存在的問題是，可能會導致那些實際上完全合格的鑄件最終接受報廢處理，同時降低了工藝成品率，提高了生產成本。
測量數據的偏差是由于系統缺乏精確重復性導致的，要解決這個問題，通常是通過對系統進行頻繁的重新校準，以減少測量值的變化，或者是通過連續對已知尺寸的標準偏差進行持續對比來處理的。頻繁的校準可以提高精確度，但其成本過高且減慢了整個測量的進程。另外，雖然在重新校準后精度立刻得到了提高，但隨著時間的流逝，精度又在逐漸下降。
另一種糾正偏離的方法是“縮放”。這是將被分析工件與已知尺寸標準工件進行持續對比，使用軟件補償測量中發現的已知錯誤數量。當然這都只是從理論上來說，實際問題是，在不同尺度和密度的情況下，CT測量的誤差率是非線性的。這是因為X射線不是單色的，當遇到工件邊緣時會發生不同波長的散射。
簡而言之，要真正產生快速、可重復且準確測量結果的唯一方法是，使用從物理上確保工件的精確測量或無需對孔隙尺寸進行補償的系統。確定某種系統能力的最佳方法是通過直接的觀察再結合評估系統，最好是在最具挑戰性的條件下，才能夠更好地觀察出這種系統的實際性能。測量明顯不同尺寸的工件，然后重復測量過程（對小尺寸、大尺寸工件分別進行測量）。通過與已知系統獲取的結果進行對比（如CMM），然后對系統設置進行觀察，同時對可重復性和測量精度進行評估。
無損檢測系統不走“高精度”路線的原因
最初設計針對無損檢測的測量系統的初衷是用在某些涉及緊密公差測量的領域，這些測量系統能夠彌補原先系統的不足。
首先，大多數系統都允許對X射線源、試樣及X射線探測器的位置進行寬幅調整，以適應不同尺寸的試樣。但這種靈活性也導致高昂的成本。
第一，自由度的增加會產生顯著的錯誤來源，同時降低系統的精度，而這往往都是不必要的。在許多情況下，這種“靈活性”真正的好處是讓制造商重新調整現有系統，同時在制造這類系統時發揮規模優勢。事實是，這些聲稱“無所不能”的測量系統往往會讓你在測量精確度上付出代價。
另一個潛在的錯誤來源是測試期間轉動工件的旋轉平臺。這是一個在測試期間必須移動的組件，但其運動的穩定性和可預測性取決于平臺轉動的軸承技術。高精度旋轉軸的成本較高，但在測量期間能提供更準確的定位。由單個組件、可調節組件和低級轉軸引起的運動量可能很小，但這些量累計之后則會導致對工件和缺陷測量的顯著誤差。因此測量中并不需要發生很嚴重的錯誤就可能導致將一個質量良好的工件送到廢料堆中，尤其是當系統“出于安全起見”而夸大了測量誤差。
溫度變化也可能會影響精度。即使只是幾度的變化也可能顯著影響結果，因為CT系統的組件受溫度影響發生了擴張或收縮的現象。如果檢測目標只是通過無損檢測簡單的發現工件內部的缺陷，以確認沒有量化問題，那么由于溫度變化而產生的誤差則不會影響結果。但是孔洞一般都非常小，要對其進行測量必須要考慮溫度的影響。
雖然系統可以定期進行重新校準以排除溫度變化的影響，但是重新校準就必須停止系統運行并降低產量。而那些致力于最小化或消除溫度變化影響的系統成本較高，但這些系統在運行中可以帶來更高的成本效益，同時能夠產生可靠且可重復的測量結果。
最終決策
雖然系統軟件不能充分彌補系統物理精度的損失，但其能夠對結果進行評估，并且在某些時候能夠對一些復雜的工件做出決策。
工件測量的理想標準是其原始的CAD設計。幸運的是，計算機可以很容易地識別出3D CAD模型是通過哪些模具制成的，同時將CT掃描這些模型的數字化結果進行比較，指出來自原始模型的所有偏差，并突出那些超出可接受范圍的偏差。這對于任何CT系統來說都是一個關鍵特征，但必須要與來自CT系統的準確數據相比較時才有效。
評估系統
顯然，不是所有的應用都需要最高的精度和最大的信息傳輸量。對于那些確實需要的，我們在確定其系統性能上也分若干步驟。首先就是從以下方面來定義你的需求：
• 待評估工件的尺寸范圍
• 可接受的孔隙程度
• 是否需要對鑄件進行100％檢測
• 生產線的運行速度
• 測試流程怎樣持續
• 誤檢的成本
• 進度延誤的成本
• 用于測試設備的預算
• 測試單個工件的成本，其中包括準備時間、校準和掃描時間
• 運營成本，其中包括誤檢合格工件或漏檢有缺陷工件的成本
具備了以上這些信息，你就可以開始評估系統。但是我們要明白一點，在實驗室或其它控制環境下能達到的性能，未必就能在生產線上實現。
測試的時候請使用你自己的工件。
除非你愿意頻繁地重新調整線上系統，否則在對工件測試前不要進行提前校準。
要對持續測試的結果進行監控，以確保系統的重復性和再現性。
確保自己明白可接受工件定義的范圍以及如何確定這個范圍。
檢查數據和表現出的性能，然后弄清廠商承諾的操作上可重復性的程度。
檢查系統適應溫度變化的程度，以及需要進行哪些校準，以使系統的精度不因時間流逝而下降。
檢查軟件是否可用于補償測量變化。
最后，立足于你的財務情況來決策“大格局”，包括勞動力成本、生產率和廢料可避免成本或設備成本來進行綜合判斷。
當然，如果在經濟狀況允許的條件下是可以選擇當今最好的3D CT技術，這種技術已經可以實現對鑄件100％的檢測，同時又不會減慢生產進度；幾乎不需要進行調整或校準；并且可以保證精度，確保遞交的工件不存在空隙問題，同時不會報廢那些符合標準但系統發出警報的工件。
*** 結束 ***
