Pomocí rentgenové počítačové tomografie lze obrobky zachytit s vysokou rychlostí a přesností. Pro měření souběžně s výrobou je však tato metoda často příliš pomalá. Nový typ stroje nyní kombinuje výhody různých tříd strojů.

Při rentgenové počítačové tomografii (CT) se obrobek otáčí kolem vlastní osy, a tak do něj proniká rentgenové záření z různých směrů. Měřicí software přebírá takto vzniklé 2D rentgenové snímky a používá je k rekonstrukci trojrozměrného objemu obrobku včetně vnitřní geometrie. Ve srovnání s běžnými snímači poskytuje tato metoda informace s velmi vysokou hustotou. Proces měření také vytváří artefakty, které vedou k systematickým odchylkám měření. Proto bylo prvním cílem pokroku v technologii CT snížit odchylky měření korekcí artefaktů vyvolaných principem CT.

Na začátku 21. století umožnil první CT přístroj vyvinutý speciálně pro souřadnicovou měřicí techniku, model Werth TomoScope, měření rozměrů s přesností, která se vyrovnala preciznosti běžných souřadnicových měřicích strojů. Werth Autocorrection, nejpřesnější metoda korekce artefaktů až na submikronovou úroveň, koriguje CT měření pomocí referenčního měření předlohy pořízeného vysoce přesnými senzory, jako je například vláknová sonda Werth. U multisenzorových souřadnicových měřicích strojů s CT senzorem lze tuto korekci provést na stejném stroji. Metody korekce artefaktů v softwaru, například na základě simulace, umožňují pro většinu aplikací dostatečně přesná měření pouze pomocí počítačové tomografie.

Rozsah aplikací byl rozšířen zvýšením rozlišení pomocí speciálních měřicích metod, jako je rastrová tomografie a Multi-ROI CT. Při rastrové tomografii se jednotlivé oblasti obrobku skenují jednotlivě a spojují se, aby se rekonstruoval celý objem obrobku. Multi-ROI CT využívá patentovaný postup měření vybraných zón (oblastí zájmu, zkráceně ROI) obrobku s vysokým rozlišením. Stroje, které kombinují detektory s vysokým rozlišením a rentgenové trubice s transmisním terčíkem a velmi malými ohnisky, zajišťují měření velkých obrobků a obtížně proniknutelných materiálů s vysokým rozlišením. Duální spektrální tomografie je nový softwarový nástroj, který umožňuje měření dílců z více materiálů, jako jsou například plastové výlisky osazené kovovými konektory.

S přístrojem TomoScope XS zavedla společnost Werth koncept stroje, který kombinuje výhody různých konvenčních strojů a vyhýbá se jejich nevýhodám. V minulosti byly na výběr dvě varianty, pokud jde o rentgenky s mikro-ohniskem: uzavřené trubice, které je třeba po několika letech vyměnit, nebo otevřené zdroje rentgenového záření, které vyžadují údržbu několikrát ročně. To vede k poměrně častým odstávkám a vysokým nákladům na údržbu.

Pomocí mračna měřených bodů lze určit rozměry a provést porovnání nominálních hodnot
se skutečností pomocí barevně kódovaných grafických odchylek.
 
Rentgenová technologie kombinuje výhody otevřených a uzavřených rentgenových trubic s mikroohniskem
Rentgenová technologie přístroje TomoScope® XS využívá řadu inovací, které kombinují výhody otevřených a uzavřených rentgenových trubic s mikroohniskem. Přístroj je vybaven vysoce přesnou rentgenkou s transmisním terčíkem. Monobloková konstrukce trubice, generátoru a vakuového systému byla realizována v otevřené struktuře. To umožňuje jak delší intervaly údržby, tak fakticky neomezenou životnost. Prostoje a provozní náklady jsou minimalizovány. Zatímco dříve byla monobloková konstrukce vyhrazena pro rentgenové trubice s reflexním terčíkem, rentgenová trubice s transmisním terčíkem umožňuje rychlá měření s vysokým rozlišením, nyní i s nízkými náklady.

Díky otevřené struktuře je u monoblokových rentgenek možné dosáhnout vysokého napětí až 160 kV. To znamená, že při nízkých nákladech lze měřit i obrobky z hustších materiálů a velké rentgenové délky. Dalším základem pro velmi detailní objemy a přesné výsledky měření je vysoce přesná rotační osa se vzduchovým ložiskem. Díky kompaktní konstrukci a s ní spojeným malým nárokům na prostor a nízké hmotnosti lze stroj postavit téměř kdekoli. Nízké pořizovací a provozní náklady znamenají rychlou amortizaci. To znamená, že je k dispozici kompaktní, levný souřadnicový měřicí stroj s CT a kalibrací DAkkS v souladu s normami. Koncepce stroje umožňuje široké využití CT snímačů pro různé obrobky a úlohy ve firmě. Typickými příklady použití jsou kontroly prvních výrobků nebo sériová měření souběžně s výrobou složitých plastových dílů, jako jsou konektory, pouzdra, nádobky na spreje nebo součásti, jako jsou kryty a hrdla lahví.

Referenční body jsou běžně na vnější straně, zatímco geometrické prvky jsou vnitřní. V takových případech je měření s běžnými snímači možné pouze v několika krocích, při změně polohy obrobku a za použití drahých přizpůsobených přípravků. CT senzor zde umožňuje kompletní zachycení geometrie s velkým počtem bodů pro CAD analýzu, jednoduché měření tvaru a polohy podle nové normy ISO 1101 a zachycení volných povrchů. Vysoký obsah informací umožňuje efektivní korekci vstřikovacích forem. Patentovaná metoda slouží k porovnání nominálních hodnot se skutečnými a vypočtené odchylky se zobrazují vzhledem k zadanému souboru dat.

Kromě nákladů na pořízení a údržbu, jakož i na velikost a hmotnost přístrojů, byla počítačová tomografie obvykle příliš pomalá pro měření během výroby. Existují různé metody pro zkrácení doby měření; ty však zpravidla vedou ke snížení kvality dat. Patří mezi ně zvýšení výkonu rentgenových paprsků na úkor rozlišení; zmenšení vzdálenosti mezi trubicí a detektorem, což zvyšuje artefakty kuželového svazku; nebo kratší expoziční doba, což znamená snížení dynamického rozsahu.

Pracovní režim OnTheFly zabraňuje vzniku nežádoucích prodlev při polohování obrobku
TomoScope XS také obsahuje nový provozní režim OnTheFly. Neustálým otáčením osy stroje se předchází nežádoucím prostojům, které by jinak vznikaly při polohování obrobku. Při běžném provozu start-stop je rotační pohyb přerušen pro záznam každého radiografického snímku s nepřetržitou expozicí, takže nedochází k rozmazání pohybu. U počítačové tomografie On-The-Fly se používají extrémně krátké expoziční časy, aby se minimalizovalo rozmazání pohybem.

Při použití zvýšeného počtu rotačních kroků se obvykle během několika minut vytvoří přibližně 10 000 radiografických snímků, které se rekonstruují a vytvoří objem, čímž se dosáhne stejně nízké nejistoty měření jako při režimu start-stop. Specifikace podle VDI/VDE 2617 oddíl 13 a návaznost výsledků měření zůstávají i přes výrazné urychlení procesu měření neovlivněna.

Pomocí této metody lze buď zkrátit dobu měření na desetinu předchozí hodnoty při stejné kvalitě dat, nebo zvýšit kvalitu dat při stejné době měření. Speciální metody měření, jako je rastrová a ROI tomografie nebo vyšší rozlišení detektoru, poskytují objemy obrobků s vysokým rozlišením a lepším odstupem signálu od šumu. S prodloužením doby měření lze výsledky konvenčních CT měření kompenzovat pomocí OnTheFly CT. Pomocí měřicího softwaru WinWerth je objem obrobku rekonstruován v reálném čase a je k dispozici ihned po měření.

Nové technologie otevírají nové oblasti použití počítačové tomografie s přísnými specifikacemi doby měření pro danou kvalitu dat. Jedním z příkladů z lékařské techniky je procesně integrované měření zubních implantátů nebo kostních šroubů, které mají složitou vnitřní geometrii, například vnitřní závity a malé poloměry. Takové detaily lze měřit pouze s vysokým rozlišením a vysokou rychlostí měření pomocí rentgenové trubice s transmisním terčíkem. V závislosti na velikosti a materiálu obrobku je zapotřebí 160 kV rentgenového napětí. Měřit lze zubní implantáty z oceli i titanu. V případě titanových dentálních implantátů trvá měření v režimu OnTheFly-CT 2 minuty ve srovnání s 15 až 20 minutami u konvenčního pracovního režimu.

Automatizace počítačové tomografie pomocí systému pro výměnu obrobků
Souřadnicové měřicí stroje s CT senzory mohou být pro in-line měření zcela automatizovány. TomoScope XS tak může být vybaven robotem. Další možností je integrace systému pro výměnu obrobků, který umožňuje dopravovat obrobky do měřicí oblasti jeden po druhém pomocí os stroje. Systém výměny obrobků je umístěn v radiačním krytu stroje, takže díly lze měřit i v noci nebo o víkendech.

Díky automatickým výměnným systémům se minimalizuje doba přípravy CT strojů a rentgenové trubice není třeba pro každý obrobek znovu zapínat a vypínat a zahřívat. Automatizovaná CT měření jsou užitečná například pro sledování procesů u vstřikovacích forem. Pomocí měření obrobků lze zkoumat funkčnost a opotřebení nástroje. Na obrobcích se kontrolují například projevy opotřebení nástroje nebo otřepy. Zejména pro vstřikovací formy pro malé díly je typický vysoký počet dutin, 32 nebo 64.

Manipulace s těmito obrobky a výroba vhodných přípravků může být vzhledem k jejich malým rozměrům obtížná. Proto se kontrola poškození nástroje často provádí souběžně s procesem pomocí mikroskopu. Taková vizuální kontrola však do značné míry závisí na obsluze, a je proto zatížena chybou. Jako alternativa je nyní k dispozici měření více dutin pomocí přístroje TomoScope XS. Lze měřit několik obrobků současně a mračna bodů se automaticky oddělují.

 
Obrázky: zdroj Werth Messtechnik GmbH
Literatura: zdroj Werth Messtechnik GmbH
Autor překladu: Ing. Rostislav Kadlčík