更加高大上的工業(yè)CT技術(shù)

高性能的計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)將會(huì)對(duì)各種行業(yè)（包括航空航天、國(guó)防、汽車、石油和天然氣等）的工程零件、復(fù)合材料、鑄件和3D打印合金零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行更好、更快、更準(zhǔn)確的檢測(cè)。

美國(guó)Jesse Grant計(jì)量研究中心的技術(shù)經(jīng)理Andrew good正在將一個(gè)零部件加載到這種搭載了一個(gè)3MeV的錐形X射線束和一個(gè)2k x 2k的平板數(shù)字化探測(cè)器的新型CT掃描裝置上

據(jù)Jesse Grant介紹，多年前他曾與多個(gè)最早采用增材制造（3D打?。┘夹g(shù)的公司進(jìn)行過研討，這些公司最初都非常不確定該如何去檢測(cè)利用3D打印技術(shù)制造出來的具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的鋁合金零部件或者組裝體。雖然他們都是航空航天領(lǐng)域內(nèi)非常杰出的公司，但對(duì)于檢測(cè)問題，他們則都是有一個(gè)大大的問號(hào)。

Jesse Grant回憶道：“這時(shí)候我才真正開始意識(shí)到，高性能、高功率的計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)將會(huì)是用于制造業(yè)的一種高效檢測(cè)技術(shù)”。他的公司花費(fèi)了450萬美元，耗時(shí)三年，研發(fā)出了一種龐大的CT掃描儀。該掃描儀在近期首次亮相，會(huì)對(duì)一個(gè)大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的中型零件進(jìn)行掃描檢測(cè)。此外，它還搭配了八臺(tái)小型微聚焦CT掃描儀，這樣使用者可以根據(jù)實(shí)際需要來檢查零件的密度、材料和尺寸匹配程度。

工業(yè)CT掃描技術(shù)采用大功率X射線穿透具有復(fù)雜幾何內(nèi)部形狀的物體，對(duì)于一些可能會(huì)帶來嚴(yán)重?fù)p害或經(jīng)濟(jì)損失的傳統(tǒng)破壞性測(cè)試方法來說，CT掃描技術(shù)將會(huì)是一種完美的替代者。該技術(shù)能夠在不改變檢測(cè)對(duì)象結(jié)構(gòu)的前提下，有效解析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及尺寸，這對(duì)于檢查具有更加復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的3D打印部件也是極為有利的。

計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)的工作原理可以簡(jiǎn)單概括為：從X射線源發(fā)射出來的X射線對(duì)在X射線源和檢測(cè)器之間做平移運(yùn)動(dòng)的被檢測(cè)物體進(jìn)行掃描，在一次掃描結(jié)束后，被檢測(cè)物體旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度再進(jìn)行下一次掃描，如此反復(fù)操作，即可得到被檢測(cè)物體的某一斷面的若干組數(shù)據(jù)。這些信息數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算機(jī)計(jì)算、處理，重新建立一個(gè)完整的斷面圖像顯示在監(jiān)視器上，而所有的斷面就可以組成一個(gè)完整的三維立體圖像。

一般而言，一套CT體系的硬件組成通常包括：一個(gè)高功率輻射源、機(jī)械掃描裝置，X射線檢測(cè)器，以及數(shù)據(jù)處理和圖像重建、顯示裝置等。獲得的圖像可以使制件內(nèi)的缺陷、重要跡象及某些內(nèi)部特征可視化；此外，掃描圖像還可以被切割或者旋轉(zhuǎn)，并能夠通過與CAD模型進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)壁厚的測(cè)量及孔隙率的檢測(cè)等。

這種高性能工業(yè)CT掃描裝置的局部視圖——足以證明其整體體積的龐大

Garant表示，這種高性能、高功率掃描儀旨在彌補(bǔ)當(dāng)前檢測(cè)技術(shù)的一些不足，因?yàn)樵S多部件的尺寸和材料的密度限制了普通工業(yè)CT技術(shù)的使用。這款新型CT掃描儀的出現(xiàn)將使得之前在沒有得到適當(dāng)檢查就進(jìn)行生產(chǎn)的高價(jià)值零部件得到更加完整的內(nèi)部檢查和尺寸驗(yàn)證。

“現(xiàn)在，這種技術(shù)在一定程度上已經(jīng)改變了塑料行業(yè)”，Garant說道：“以前，當(dāng)人們要對(duì)預(yù)生產(chǎn)階段的產(chǎn)品以及需要驗(yàn)證其中一些較大的塑料部件時(shí)，CT掃描技術(shù)是很難被真正的使用到；但是現(xiàn)在，我們已經(jīng)有了這種甚至可以對(duì)汽車塑料、更大型部件、3D打印零部件進(jìn)行檢測(cè)的工業(yè)CT掃描技術(shù)”。

除了塑料以外，該新系統(tǒng)還可以透視約12英寸厚的鐵、26英寸厚的鈦和36英寸厚的鋁的工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這對(duì)于檢查一些常用于航空航天領(lǐng)域的中型鑄件是非常理想的。

這種新型工業(yè)CT掃描裝置搭載了一個(gè)3MeV的錐形X射線束和一個(gè)2k x 2k的平板數(shù)字化探測(cè)器。它可以適應(yīng)直徑長(zhǎng)達(dá)44.5英寸，高達(dá)63英寸的中型零件的快速檢查。這將極其有利于對(duì)各種行業(yè)（包括航空航天、國(guó)防、汽車、石油和天然氣等）的工程零件、復(fù)合材料、鑄件和3D打印合金零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速檢測(cè)。

此外，與線檢測(cè)器陣列（LDA）系統(tǒng)相比，由于搭載了錐形X射線束和數(shù)字探測(cè)器，該CT掃描系統(tǒng)能夠更加快速、經(jīng)濟(jì)地對(duì)部件進(jìn)行掃描檢測(cè)。Garant解釋說：“使用LDA技術(shù)，大約每45秒鐘會(huì)獲得一個(gè)單層結(jié)構(gòu)，而且如果你需要獲取2000層，那么2000乘以45秒，最終你將會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間與精力”。

使用LDA系統(tǒng)進(jìn)行完整掃描可能需要4~16小時(shí)，但是使用搭配了大格式檢測(cè)器和新型高功率錐形X射線束的CT技術(shù)進(jìn)行完整掃描可在不到一小時(shí)內(nèi)完成。

“從時(shí)間的角度來看，這是非常有益的，”Garant說道：“我們的許多客戶正在尋找一種可行的、能夠在工業(yè)中不斷使用檢測(cè)工具，而不是那些非常昂貴，難以大量使用的技術(shù)”。時(shí)間就是金錢，逐行（或逐片）檢查的成本將達(dá)到10,000美元以上，他表示，提升檢測(cè)速率也將有助于降低檢測(cè)成本。

Andrew good正站在這套高性能CT掃描裝置的內(nèi)部

“現(xiàn)在，我看到很多人從故障調(diào)查的角度來使用這種技術(shù)，”Garant說道：“這可能是目前市場(chǎng)上最普遍的一個(gè)應(yīng)用方面；為了最大限度地利用該技術(shù)，故障調(diào)查應(yīng)用在整個(gè)市場(chǎng)上的應(yīng)用占比應(yīng)該在5％左右。該技術(shù)真正開始‘膨脹式流行’的地方應(yīng)該是在生產(chǎn)前的產(chǎn)品驗(yàn)證，以及對(duì)一些高價(jià)值零件進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)證等”。

據(jù)此，Garant建議制造商們可以更多地考慮采購(gòu)CT掃描系統(tǒng)，或更多地使用實(shí)驗(yàn)室服務(wù)，因?yàn)樵摷夹g(shù)將有助于為他們創(chuàng)造更高的制造優(yōu)勢(shì)和更好的進(jìn)行質(zhì)量控制。

譯自：qualitymag

譯者：Vince

來源：“無損檢測(cè)NDT”微信公眾號(hào)