Průmyslové CT - podpora kvality

Firma PBT Rožnov p.R., s.r.o. se řadí mezi nejvýznamnější dodavatele průmyslových systémů rentgenové počítačové tomografie (zkráceně CT – Computed Tomography) v rámci České a Slovenské republiky.
 
Díky průmyslovým CT od firmy GE, kterou zastupujeme, máte možnost zobrazit u Vašich dílů dříve neviditelné vady. Ať už se jedná o porozitu v kterékoliv části dílu (bez zdlouhavých výbrusů), nebo například zkontrolovat celé zařízení, které sestavené nefunguje. Samozřejmostí je také možnost měřit i v místech, která nejsou dostupná dotekovými nebo optickými metodami. Komplexní 3D informace o dílu tak přispívá k výraznému zkrácení času při jeho vývoji, nebo naopak k rychlému vyřešení kritických problémů v běžící výrobě.

CO JE VLASTNĚ PRŮMYSLOVÉ CT?
 
Jedná se o přizpůsobení zobrazovací metody známé již desítky let z oblasti medicíny pro průmysl. Poslední desetiletí intenzivního vývoje umožnilo, že pomocí výpočetní tomografie mohou být zkoumány a měřeny vady dílů a předmětů v trojrozměrném prostoru, a to i vady s nízkým kontrastem, jako jsou trhliny, póry apod. (jinak běžnými nedestruktivními technikami nezjistitelné). Základním principem je nasnímání zkoumaného předmětu v rentgenovém záření z mnoha směrů. V průmyslu se převážně setkáváme s CT s rotací předmětu kolem své osy, označovaného jako snímání v kuželovém svazku (obr. 1). V lékařské praxi je naopak výhradně používán princip snímání okolo ležícího pacienta, čili snímání po šroubovici (helical CT). Toto řešení pak jako jediná na světě přenesla i do průmyslu firma GE v zařízeních speed|scan, kde lze snímat a vyhodnocovat rozměrné díly (např. hlavu 4válcového motoru) v taktu jednotek minut (obr. 2).
 
Získané obrovské množství 2D rentgenových snímků (někdy i přes 2600 pro jeden díl), tvořených jednotlivými body (pixely), je pak pomocí matematických operací zrekonstruováno do 3D modelu. Ten je tvořen voxely (prostorovými body, obr. 3), které mají svůj rozměr a nesou informaci o úrovni šedi v daném místě v prostoru. Rozměr voxelu je tak určujícím údajem dosažitelného maximálního rozlišení u nasnímaného dílu.

FYZIKÁLNÍ OMEZENÍ
 
Jak je uvedeno v předchozím odstavci, získáváme obraz dílu pomocí průchodu rentgenových paprsků materiálem. Existují i další možnosti, jako například použití neutronového zdroje záření, ale v sériově vyráběných zařízeních jsou zatím nedostupné. Omezení, která musíme brát v úvahu, jsou podobná těm, která řešíme při fotografování. I když je pro nás rentgenové záření neviditelné, uplatňují se zde principy, které známe z klasické optiky. Základem je pořídit kvalitní jednotlivé 2D snímky, které budou ostré, a mít co největší rozsah stupňů šedi (co nejširší histogram). Zároveň nebudou ani přeexponované či podexponované, i při různém natočení snímaného dílu. A v neposlední řadě s dostatečným zvětšením, které zajistí co nejmenší velikost voxelu = nejlepší rozlišení.
 
Pohlcování rentgenového záření v materiálech je přibližně přímo úměrné postavení prvku v periodické soustavě prvků (čím vyšší protonové číslo, tím více záření pohltí). Na průchod kovovými materiály je proto nutné dodat vyšší energii záření, než u plastů. To pak vede k vytvoření většího ohniska na terčíku trubice a snížení rozlišení. V reálném světě však zkoumáme často i celé sestavy, složené z různých materiálů. Zde je nutno najít kompromisní nastavení, které zajistí dostatečně kvalitní obraz. Do hry ještě navíc vstupuje faktor, že nepracujeme s monochromatickým zářením, jako je to možné u synchrotronového zdroje. V záření se nám vyskytují pro různé úrovně energie různé špičky intenzit záření. Ty odpovídají materiálu terčíku, na němž vzniká rentgenové záření zabrzděním urychlených elektronů (nejčastěji wolfram, popřípadě molybden pro plasty a další méně pohltivé materiály). Částečné omezení této nehomogenity lze dosáhnout pomocí předřazení filtrů na výstupu rentgenového záření z trubice.
 
 
SOFTWARE PRO PRÁCI S CT DATY
 
Samotné CT zařízení je jen jedním článkem při získání 3D informace o našem dílu. Druhou neméně důležitou položkou je vlastní software, který nám umožní data zobrazit a provádět všechny další operace – virtuální řezy, libovolné výpočty (např. objemu nepravidelných tvarů) geometrická měření apod. (obr. 4).
 
Vedoucí firmou v oblasti zpracování CT dat pro průmysl je firma Volume Graphics z Německa. Její ucelená nabídka splní i nejnáročnější požadavky na vyhodnocování a analýzu CT dat, a to jak v off-line, tak i v plně automatickém in-line režimu. Nejuniverzálnější produkt VGStudioMAX lze pomocí volitelných doplňkových modulů sestavit každému zákazníku na míru. Ať už se pohybujete v kterékoliv oblasti průmyslu a zodpovídáte za kvalitu, vždy řešíte nedestruktivně analýzu vad dílu a celých výrobků. Stejně, i pokud provádíte metrologii, opět máte k ruce to, co potřebujete. Navíc pro předávání výsledků a sdílení informací s dalšími kolegy lze využít software myVGL, který je poskytován úplně zdarma.
 
Na závěr je potřeba znovu poznamenat, že v rámci snímání v CT se uplatňuje mnoho vlivů. Z uvedených důvodů v současnosti platí, že dokud se díl do CT nevloží a nenastaví se parametry snímání, nelze říci (a někdy až po zrekonstruování nasnímaných dat), jaké nejlepší výsledky se ve skutečnosti podaří dosáhnout. Na základě našich více než 15letých zkušeností spolupráce s GE Wunstorf a desítek realizovaných instalací Vám rádi pomůžeme najít odpovídající řešení Vašeho problému. Díky zkušenému týmu vlastních techniků a specialistů, věnujících se výhradně rentgenové technice a CT, máme poznatky přímo z praxe od zákazníků, kterým poskytujeme služby po celou dobu provozování systémů phoenix|x-ray GE.
 
Autor: Daniel Striček
Obr.1. CT - kuželový svazek

 
Obr. 2. CT – snímání po šroubovici


 
Obr. 3. Rekonstrukce 3D – voxel


 
Obr. 4. Měření dílu a vyhodnocení odchylek