Tomografía computarizada industrial

Tomografía computarizada Industrial ( CT ) de exploración es cualquier asistido por ordenador tomográfica proceso, por lo general de rayos X de tomografía computarizada , que usa la irradiación de producir representaciones internas y externas tridimensionales de un objeto escaneado. La exploración por TAC industrial se ha utilizado en muchas áreas de la industria para la inspección interna de componentes. Algunos de los usos clave de la exploración por TC industrial han sido la detección de fallas, el análisis de fallas, la metrología, el análisis de ensamblajes y las aplicaciones de ingeniería inversa . [1] [2] Al igual que en las imágenes médicas , las imágenes industriales incluyen radiografías no tomográficas (radiografía industrial ) y radiografía por tomografía computarizada (tomografía computarizada).

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Conjunto animado de imágenes de transmisión de tomografía computarizada de una cámara web Logitech C500

CT Scanner Beamline
Escáner de haz lineal

La exploración de haz lineal es el proceso tradicional de exploración por TC industrial. [3] Se producen rayos X y el haz se colima para crear una línea. El haz de la línea de rayos X se traslada a través de la pieza y el detector recopila los datos. Luego, los datos se reconstruyen para crear una representación de volumen 3D de la pieza.

En el escaneo de haz cónico , la parte a escanear se coloca sobre una mesa giratoria. [3] A medida que la pieza gira, el cono de rayos X produce una gran cantidad de imágenes 2D que son recolectadas por el detector. Luego, las imágenes 2D se procesan para crear una representación de volumen 3D de las geometrías externas e internas de la pieza.

CT Scanner Beamline
Escáner de haz cónico

La tecnología de exploración por TC industrial se introdujo en 1972 con la invención del escáner de TC para imágenes médicas por Godfrey Hounsfield . La invención le valió un Premio Nobel de Medicina, que compartió con Allan McLeod Cormack . [4] [5] Muchos avances en la tomografía computarizada han permitido su uso en el campo industrial de la metrología, además de la inspección visual que se usa principalmente en el campo médico ( tomografía computarizada médica ).

Varios usos y técnicas de inspección incluyen comparaciones de pieza a CAD, comparaciones de pieza a pieza, análisis de ensamblajes y defectos, análisis de huecos, análisis de espesor de pared y generación de datos CAD. Los datos CAD se pueden utilizar para ingeniería inversa , dimensionamiento geométrico y análisis de tolerancia, y aprobación de piezas de producción. [6]

Montaje

Una de las formas más reconocidas de análisis mediante TC es el ensamblaje o el análisis visual. La tomografía computarizada proporciona vistas del interior de los componentes en su posición de funcionamiento, sin desmontarlos. Algunos programas de software para la exploración de TC industrial permiten tomar medidas a partir de la representación del volumen del conjunto de datos de TC. Estas medidas son útiles para determinar las holguras entre las piezas ensambladas o la dimensión de una característica individual.

Una tomografía computarizada (TC) industrial realizada en una fundición de aluminio para identificar fallas internas como huecos. Todas las partículas de color coordinado dentro de la fundición son huecos / porosidad / bolsas de aire, que además se pueden medir y están coordinadas por color según el tamaño.

Detección de huecos, grietas y defectos

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Vuelo a través de una reconstrucción en 3D de un molinillo de pimienta desechable. Vidrio en azul.

Tradicionalmente, la determinación de defectos, huecos y grietas dentro de un objeto requeriría pruebas destructivas. La tomografía computarizada puede detectar características internas y fallas que muestran esta información en 3D sin destruir la pieza. La tomografía computarizada industrial (rayos X 3D) se utiliza para detectar defectos en el interior de una pieza, como porosidad, [7] una inclusión o una grieta. [8]

Los componentes de fundición de metal y plástico moldeado suelen ser propensos a la porosidad debido a los procesos de enfriamiento, las transiciones entre paredes gruesas y delgadas y las propiedades del material. El análisis de huecos se puede utilizar para localizar, medir y analizar huecos dentro de componentes de plástico o metal.

Análisis de tolerancias y dimensionamiento geométrico

Tradicionalmente, sin pruebas destructivas, la metrología completa solo se ha realizado en las dimensiones exteriores de los componentes, como con una máquina de medición de coordenadas (CMM) o con un sistema de visión para mapear superficies exteriores. Los métodos de inspección interna requerirían el uso de una radiografía 2D del componente o el uso de pruebas destructivas. La exploración por TC industrial permite una metrología no destructiva completa. Con una complejidad geométrica ilimitada, la impresión 3D permite la creación de características internas complejas sin impacto en el costo, tales características no son accesibles usando CMM tradicional. El primer artefacto impreso en 3D que está optimizado para la caracterización de la forma mediante tomografía computarizada CT [9]

Métodos de elementos finitos basados ​​en imágenes

El método de elementos finitos basado en imágenes convierte los datos de imágenes 3D de la tomografía computarizada de rayos X directamente en mallas para el análisis de elementos finitos . Los beneficios de este método incluyen el modelado de geometrías complejas (por ejemplo, materiales compuestos) o el modelado preciso de componentes "tal como se fabrican" a microescala. [10]

  1. ^ Flisch, A., et al. Tomografía computarizada industrial en aplicaciones de ingeniería inversa. DGZfP-Proceedings BB 67-CD Documento 8, Tomografía computarizada para aplicaciones industriales y procesamiento de imágenes en radiología, 15 al 17 de marzo de 1999, Berlín, Alemania.
  2. ^ Woods, Susan. "La inspección 3D CT ofrece una vista completa de las micropartes" , 1 de noviembre de 2010.
  3. ^ a b Hofmann, J., Flisch, A., Obrist, A., Métodos de optimización basados ​​en malla de exploración de TC adaptativa para aplicaciones industriales de tomografía computarizada de rayos X. NDT & E International (37), 2004, págs. 271–278.
  4. ^ Zoofan, Bahman. "Microtomografía 3D: una poderosa herramienta de ingeniería" . Tecnologías de escaneo 3D. 5 de julio de 2010.
  5. ^ Noel, Julien. "Ventajas de la tomografía computarizada en el escaneo 3D de piezas industriales . 18 de agosto de 2010.
  6. ^ "Reducción de los costos de inspección de preproducción con tomografía computarizada industrial (CT)". Revista Micro Manufacturing para la industria mundial de tecnología de micro fabricación, agosto de 2010.
  7. ^ Lambert, J .; Chambers, AR; Sinclair, I .; Spearing, SM (2012). "Caracterización de daños en 3D y el papel de los vacíos en la fatiga de los materiales de las palas de aerogeneradores". Ciencia y tecnología de composites . 72 (2): 337. doi : 10.1016 / j.compscitech.2011.11.023 .
  8. ^ Bull, DJ; Helfen, L .; Sinclair, I .; Spearing, SM; Baumbach, T. (2013). "Una comparación de las técnicas de inspección tomográfica de rayos X 3D de múltiples escalas para evaluar el daño por impacto de compuestos de fibra de carbono" (PDF) . Ciencia y tecnología de composites . 75 : 55–61. doi : 10.1016 / j.compscitech.2012.12.006 .
  9. ^ Shah, Paras; Racasan, Radu; Bills, Paul (1 de noviembre de 2016). "Comparación de diferentes métodos de fabricación aditiva mediante tomografía computarizada" . Estudios de caso en pruebas y evaluación no destructivas . 6 : 69–78. doi : 10.1016 / j.csndt.2016.05.008 . ISSN  2214-6571 .
  10. ^ Evans, Ll. METRO.; Margetts, L .; Casalegno, V .; Palanca, LM; Bushell, J .; Lowe, T .; Wallwork, A .; Young, P .; Lindemann, A. (28 de mayo de 2015). "Análisis de elementos finitos térmicos transitorios de monobloque CFC-Cu ITER utilizando datos de tomografía de rayos X" . Ingeniería y Diseño de Fusión . 100 : 100-111. doi : 10.1016 / j.fusengdes.2015.04.048 .