METAL 2008 13.-15.5.2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________
METROTOMOGRAFIE JAKO NOVÝ NÁSTROJ ZAJIŠŤOVÁNÍ JAKOSTI VE VÝROBĚ Ing. Petr Knap Carl Zeiss spol. s r.o., Praha ÚVOD Společnost Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH již dlouhou dobu sleduje vývoj v poměrně dynamicky se rozvíjející oblasti, kterou je využití počítačové tomografie v průmyslové výrobě. Jakožto jeden z perspektivních oborů byla tato oblast zahrnuta do výrobního portfolia společnosti v oblasti průmyslové měřící techniky i přes značné nároky na náklady s tím spojené. Počítačově tomografická měření a zkoušky materiálu má dceřiná firma Carl Zeiss 3D Metrology Services GmbH ve své nabídce již více než čtyři roky. Získané zkušenosti z tohoto období se projevily ve vývoji nového počítačového tomografu pod označením Metrotom. Jedná se o výkonný počítačový tomograf pro zajišťování kvality v průmyslu. Zpřístupňuje uvnitř součástí oblasti, které jsou pro dotykové nebo optické snímací systémy nepřístupné, slouží kontrole struktury materiálu a měří rovněž vnější znaky. Tomograf navíc umožňuje generovat CAD modely. PRINCIP METROTOMOGRAFIE
Díky propojení počítačové tomografie a konvenční metrologie byla odstartována zcela nová kapitola v oblasti měřicí techniky – metrotomografie. Počítačový tomograf nedestruktivně kontroluje rentgenovým zářením vnitřek i vnějšek komplexních a malých součástí a velmi přesně je zobrazuje jako 3D obraz. Tato metoda odpovídá rentgenové technice používané v lékařství. Rentgenové paprsky pronikají objektem a na vhodném detektoru ho zobrazí. V závislosti na geometrii a absorpčních vlastnostech materiálu se v různé intenzitě objevují detaily objektu jako dvourozměrný obraz. Trojrozměrný obraz vzniká otočením zkoumané
METAL 2008 13.-15.5.2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ součásti o 360° kolem vlastní osy (na otočném stole zařízení) a takto získaná data jsou přepočtena na 3D objemový model. Podle materiálu – např. ocel, hliníkové a jiné slitiny, keramické materiály nebo umělé hmoty – se dají kontrolovat samostatné díly o různé velikosti, u zařízení Metrotom je to až do velikosti 300 mm. Zatímco u ocelových dílů lze kontrolovat díly s velmi limitující tloušťkou a počítačové tomografy malého a středního výkonu lze využít spíše na jen díly z ocelových plechů, pro výrobce plastových dílů díky jejich prostupnosti pro rentgenový paprsek pak představují jednu z dalších zcela zásadních alternativ k současným měřícím metodám při posuzování kvality vyráběných součástí.
Limitujícím faktorem je přitom výkon zdroje rentgenového záření, který ovlivňuje prostupnost paprsku různými druhy materiálů. Tyto parametry pak ovlivňují maximální tloušťku stěn součásti, kterými může rentgenový paprsek procházet.
METAL 2008 13.-15.5.2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ U zařízení tohoto typu je velice důležité optimálně sladit CT komponenty s ostatními mechanickými moduly a softwarovým vybavením, což má pozitivní vliv na celkový výkon zařízení. Kupříkladu přesné změření obrobků zajišťují u zařízení Metrotom lineární osy s CAA-korekcí chyb vedení (tzv. Computer Aided Accuracy) a na vzduchových ložiskách uložený otočný stůl s přímým pohonem. Otočný stůl má rozlišení 0,036 úhlové vteřiny a lze na něm umístit obrobky vážící až 80 kg. OBLASTI VYUŽITÍ METROTOMOGRAFIE Mezi hlavní oblasti použití metrotomografie patří: A) Nedestruktivní zkoušení
- montážní kontrola - materiálová analýza - kontrola defektů - analýza pórovitosti - analýza škod.
METAL 2008 13.-15.5.2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ B) Nedestruktivní měření
strategie
propojení
zadání dat
plán vyrovnání a měření
protokol
Počítačově tomografická kontrola součástí probíhá rychle. Zejména v kombinaci s měřicím softwarem (např. Calypso) se projevují zcela nové výhody. Měřicí software podporuje porovnání se jmenovitou geometrií v případech, kde byla dosud možná pouze vizuální kontrola. S výsledky měření se snadno plynule sleduje proces od vývoje až ke kontrole prvních vzorků. Toho lze spěchem využit ještě během vývojové fáze - při výrobě prototypu, a to u obrobků stejně jako u odlitků nebo i při montáži. Zkracuje se fáze náběhu procesu, snižují se náklady na vývoj. Pro metrologa je velmi výhodné, že se při práci s tomografem a softwarem pohybuje ve známém prostředí vyhodnocení. Tam, kde se dosud vyhodnocovalo manuálně a subjektivně, jsou nyní k dispozici automatické a objektivní vyhodnocovací metody.
C) Nedestruktivní porovnání součásti s CAD modelem
množina bodů
vzájemné vyrovnání
CAD model
barevné zobrazení odchylek
METAL 2008 13.-15.5.2008, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ D) Reverzní inženýrství
náustek kyslíkové masky
množina bodů
vygenerovaný CAD model
CAD modely jsou již neodmyslitelně spjaty se současnou měřicí technikou. Počítačový tomograf Metrotom může např. pomocí softwaru Holos vytvořit z každé prověřované součásti kompletní CAD datovou větu. Věta může mít výstup ve všech běžných formátech a umožňuje rychle a velice přesně generovat data během vypracování návrhu. Rozhodující přitom je přesné vytvoření kompletních CAD datových záznamů pro komplexní vnitřní struktury, které se nedají digitalizovat nebo změřit konvenčními metodami. VÝHODY VYUŽITÍ METROTOMOGRAFIE Metrotomografie si za svou dobu existence nalezla celou řadu uživatelů, kteří ji s úspěchem využívají hlavně pro její nesporné přednosti spočívající zejména: -
v možnosti provádění kontrolních analýz celých sestav součástí v nedestruktivní kontrole dříve nedostupných vnitřních geometrických elementů ve zkrácení celého cyklu v procesu zavádění výroby nového výrobku prostřednictvím rychlých a vysoce přesných analýz v efektivním prototypování v kontrole homogenity materiálu, v rozeznávání vměstků, lunkrů, pórovitosti apod. v metrologické kontrole a generování naměřených dat dílů, které dříve nebylo možné měřit v uživatelsky příjemném a známém vyhodnocovacím softwarovém prostředí v použití již zavedených měřících protokolů (zejména souvislosti s měřícím software Calypso) v možnosti provádět vyhodnocování mimo vlastní měřící zařízení v rychlém a vysoce přesném řízení jakosti v průběhu vývoje v měření vnitřní i vnější geometrie každého měřeného dílu v efektivní optimalizaci vývoje licích forem
