Cовременное тестовое оборудование и технологии
Рус Eng

10-03
2015
Применение компьютерной томографии в автомобильной промышленности

Авторы: Игорь Рыков, Андрей Алексейчик

В 2015 г. в Европе должны вступить в силу правила регулирования выбросов Euro 6, что должно привести к еще большему сокращению допустимого количества вредных элементов и частиц в выхлопных газах автомобилей. В связи с этим перед производителями автомобильных двигателей встала задача по разработке и внедрению передовых технологий в системах управления подачи воздуха. В результате это должно способствовать не только уменьшению загрязнения окружающей среды, но и экономии топлива, а также улучшению рабочих характеристик транспортного средства.

Одним из первых внедрившим в производство автомобили, соответствующие стандарту Евро-6, стал концерн Honda. Следом и другие компании последовали примеру и принялись разрабатывать авто, соответствующие высоким экологическим требованиям. В рамках реализации этой программы в Научном центре BorgWarner (Польша) для инспекции образцов неразрушающим методом и исследования компонентов и сборочных частей используется система компьютерной томографии (КТ) модель XT H450 от фирмы Nikon Metrology. Мощная (450 кВ) микрофокусная система КТ от Nikon Metrology позволяет проникать сквозь плотные материалы, используемые в турбонасосе, проверять неразрушающим методом качество внутренних материалов в отливках и целостность сварных швов в сборках. Кроме того, система помогает получать данные измерений как внешних, так и внутренних размеров специфических компонентов гораздо быстрее, чем при использовании координатно-измерительных машин (КИМ).
Предприятие BorgWarner, представленное тремя филиалами – в Прикарпатском Научном и Технологическом Парке в Жешуве и Южной Польше – включает в себя производственный комплекс мощностью более 1 млн турбокомпрессоров в год. Они применяются в бензиновых и дизельных автомобильных двигателях, выпущенных на территории Западной и Восточной Европы. Недавно открывшийся технический центр создан для помощи предприятию в производстве турбонасосов, предоставляя приложения для разработки и дизайна, моделирования, тестирования и проверки качества, а также в анализе материалов. Техноцентр позволяет значительно расширить возможности BorgWarner в производстве и научных исследованиях в Европе.

Комбинированный неразрушающий анализ дефектов и контроль размеров

В техническом центре в Польше в феврале 2014 г. была установлена новая микрофокусная система КТ от Nikon Metrology модель XT H 450. Лукаш Кравчик, руководитель группы, управляющий лаборатории материалов, говорит: «Мы закупаем у нескольких поставщиков разные по размерам комплектующие для наших турбонасосов – от алюминиевых компрессорных дисков до разнообразных деталей из нержавеющей стали или отливок из чугуна. До того как мы установим изготовленный нами турбонасос в эмулятор двигателя для проверки на прочность и термомеханическое тестирование, нам необходимо проверить качество входящих в него отдельных компонентов и узлов. Ранее мы делали это путем механического разделения (разрезания) отливок образцов, которые затем измеряли и контролировали на координатно-измерительных машинах (КИМ). Но это означало, что мы уничтожали дорогостоящие прототипы или предсерийные компоненты. Кроме того, части, которые мы тестировали, были типичными примерами из той же партии, а не те, которые мы фактически инспектировали разрушающим методом. Теперь мы знаем, что на эмуляторе тестируются только те компоненты, которые мы проверили по размерам, а в случае корпусов отливок – на наличие пористости и включений (примесей)».
С появлением системы компьютерной томографии XT H 450 сотрудникам технического центра стало проще получить необходимую информацию и проводить более тщательный анализ, экономя при этом финансовые средства для повторного тестирования образцов.
  
2D-рентген-снимок                            3D-реконструированная модель                            Определение расположения и                                                                                                                                                                                                     размера пустот

Программное обеспечение позволяет сравнивать любые исследуемые модели с CAD-моделями или с самим образцом, посредством прямого сравнения, а также с помощью модулей геометрических измерений и погрешностей (GDT). В отливках, например, можно определить расположение и размер пустот или трещин и их вероятную причину происхождения: неудовлетворительный тип или качество материала, дизайн компонентов. Также с помощью рентгена можно проверить подшипниковые узлы на наличие внутренних компонентов (количество роликов или шариков) и тем самым избежать затрат на демонтаж. Сварной шов, который соединяет колесо и вал, может быть исследован на пористость и механическую целостность, что невозможно сделать визуально.
Лукаш Кравчик отмечает, что КТ в последнее время получила гораздо более широкое применение в качестве технологии инспекции и стала настолько гибкой, что ее применяют везде, где это возможно, в особенно для КИМ и другого метрологического оборудования.

Выбор системы КТ

Лукашом Кравчиком и его командой были рассмотрены пять потенциальных поставщиков КТ высокой мощности. В результате была выбрана система Nikon Metrology с микрофокусной рентген-трубкой 450 кВ, обладающей высоким уровнем детализации изображения и идеально подходящей для приложения BorgWarner. Данная система, несмотря на свою низкую стоимость, позволяет проводить более полный анализ и измерения. Кроме того, она оснащена двумя детекторами – плоскопанельным и детектором с криволинейным диодным массивом (CLDA), установленными на одну систему. Легкое переключение между детекторами позволяет достичь оптимального разрешения и улучшить инспекцию образцов.
Плоскопанельный детектор – лучший выбор для получения изображения всего компонента и является предпочтительным способом для сканирования и быстрого нахождения дефектов, в то время как CLDA-детектор делает одномерное секционное изображение для создания более детализированного изображения образца. Данная технология идеальна для предотвращения рассеивания рентген-пучка при работе с более плотными материалами, используемыми в турбинах. Последний режим используется также для метрологии из-за высокого уровня детализации. Еще один экономический аспект использования XT H 450 – низкая стоимость катодов, которые могут быть самостоятельно заменены оператором, без привлечения службы поддержки. Как следствие, снижение расходов на техническое обслуживание. Лукаш Кравчик также указывает на высокий уровень обслуживания системы представителями производителя с мгновенными ответами по техническим неисправностям и на запросы о проведении технических консультаций.

Предыстория КТ и системы XT H 450 от Nikon Metrology

Сегодня производители вынуждены в сжатые сроки выпускать новую продукцию по более низкой цене, и поэтому количество итераций прототипов становится меньше. Разрушающий контроль уже не вызывает большого интереса, так как необходимо проводить множество тестов на одном прототипе.
Тактильные или сканирующие контрольно-измерительные машины дают возможность проводить внешние измерения, а также могут измерять сложные внутренние структуры, только если образец разрушен или разобран. КТ предлагает быстрое и простое в использовании решение, позволяющее проводить детальные измерения, изучение структуры материала и инспекцию сборочных образцов, а также быстро устранять дефекты.КТ – это простой процесс. Исследуемый объект помещается на вращающийся стол между рентгентрубкой и детектором, который делает набор простых 2D-рентген-снимков во время вращения образца. После поворота образца на 360° 2D-снимки реконструируются в трехмерную модель. Каждый элемент 3D-модели – это воксель (трехмерный пиксель), который имеет дискретное положение и плотность. При КТ собирается информация не только о поверхности образца, как при построении 3D-облака точек при использовании лазерных сканеров, но и данные о внутренних поверхностях. Это проводится путем сопоставления плотности объекта, тем самым предоставляется информация о том, что находится между внешними поверхностями. Основу КТ-системы составляет рентген-трубка. Существуют трубки открытого и закрытого типов. Рентген-трубка представляет собой закрытый цилиндр с нитью накаливания внутри (катод, аналог лампочки) на одном конце, с высоким напряжением на катоде и аноде, магнитными линзами и металлической мишенью (обычно из вольфрама) на другом конце. Компания Nikon Metrology применяет собственные разработки – открытые рентген-трубки, которые позволяют менять катоды. Как результат, низкая стоимость обслуживания по сравнению с закрытыми трубками, которые меняются полностью в случае возникновения неисправностей.
Ток подается на катод, что приводит к его нагреву и излучению электронов. Электроны отталкиваются от катода и притягиваются к аноду в область высокого напряжения, которое разгоняет электроны до 80 % от скорости света в направлении мишени. До того, как электроны покинут трубку, электронный пучок фокусируется на мишени с помощью электромагнитных линз. После удара электронного пучка о мишень 99 % энергии преобразуются в теплоту.
Менее 1 % электронов, которые образуются на конусе пучка на мишени, производят рентген-излучение. Чем выше напряжение в трубке, тем больше энергии в пучке и, следовательно, больше мощности передается на мишень, соответственно, больше размер фокального пятна и производится больше рентген-излучения.
Ограничение применения КТ в промышленности обусловлено тем, что некоторые образцы имеют большую плотность, особенно металлы, которые сильно ослабляют рентген-излучение. Многие производители систем КТ предлагают микрофокусные рентген-трубки напряжением только до 225 кВ, в то время как мини-фокусные трубки производят более мощное рентген-излучение, но с размеров фокального пятна на порядок больше, что снижает точность получаемых данных. Микрофокусная рентген-трубка необходима для получения точных детализированных данных КТ для большинства высокоточных приложений промышленной компьютерной томографии.
Система Nikon Metrology XT H 450 обеспечивает непрерывную максимальную мощность 450 Вт без каких-либо ограничений по времени измерений с сохранением небольшого размера фокального пятна (от 50 до 113 мкм) и устраняет рассеивание на КТ данных с 25-микрометровой точностью и повторяемостью. Образцы массой до 100 кг могут быть исследованы в рабочей зоне 400 600 600 мм. Таким образом, Nikon Metrology XT H 450 обеспечивает комбинирование трехмерного неразрушающего анализа дефектов и геометрических измерений в одной высокоточной системе.

«Совтест АТЕ» развивает направление промышленной компьютерной томографии


В рамках соглашения о расширении сотрудничества с компанией Nikon Metrology учебно-технический центр компании «Совтест АТЕ» был оборудован системой промышленной томографии XT H 225ST. Летом 2014 г. оборудование было успешно введено в эксплуатацию. Кроме того, специалисты «Совтест АТЕ» прошли многоуровневое обучение работе с системой как на собственном предприятии, так и в Centre-of-Excellence в Великобритании – самом большом научном центре Nikon Metrology, где занимаются вопросами рентгеноскопии и компьютерной томографии.
Компания «Совтест АТЕ» успешно сотрудничает с фирмой Nikon Metrology, являясь официальным дистрибьютором данного производителя оборудования для неразрушающего контроля. Приобретенная в 2014 г. томографическая система XT H 225ST – уже вторая разработка Nikon, которая успешно применяется на собственных производственных мощностях российской компании «Совтест АТЕ».

Получите подробную информацию о технических характеристиках, ценах и условиях поставки оборудования, направив официальный запрос с сайта.
Отправить запрос