Tomografia komputerowa umożliwia nieniszczącą inspekcję komponentów motoryzacyjnych

Przemysłowy tomograf komputerowy firmy Nikon Metrology z systemem mikrofocus jest stosowany przez BorgWarner Poland w badaniach i rozwoju turbosprężarek silników spalinowych. Duża moc i jednocześnie wysoka rozdzielczość zaawansowanego sprzętu pozwalają na nieniszczącą wewnętrzną kontrolę jakości odlewów z gęstych stopów oraz integralność zespołów spawanych. Ponadto dane wymiarowe dla poszczególnych części uzyskuje się znacznie szybciej niż przy użyciu współrzędnościowej maszyny pomiarowej, a nawet można kontrolować wymiary wewnętrzne, niedostępne dla maszyny.

Zakład produkcyjny BorgWarner, znajdujący się na obszarze Podkarpackiego Parku Naukowo-Technologicznego pod Rzeszowem, ma zdolność do produkcji ponad miliona turbosprężarek rocznie. Utworzone tam Centrum Techniczne wspomaga zakład w projektowaniu, symulacji, testowaniu i walidacji oraz analizach materiałów. W 2014 roku został tam zainstalowany tomograf komputerowy mikrofocus XT H 450 firmy Nikon Metrology.

Łukasz Krawczyk, kierownik laboratorium materiałowego, tak opisuje korzyści z tej inwestycji: – Dobieramy komponenty do turbosprężarek z różnych materiałów, począwszy od różnej wielkości tarcz aluminiowych do stali nierdzewnej oraz obudów odlewanych z żeliwa. Zanim umieścimy zmontowaną turbosprężarkę na emulatorze silnika do badań wytrzymałości i cieplno-mechanicznych, musimy sprawdzić jakość poszczególnych elementów i podzespołów. Wcześniej robiliśmy to poprzez cięcie odlewów próbnych oraz obrobionych prototypów i sprawdzaliśmy je na współrzędnościowej maszynie pomiarowej. A to oznaczało, że były marnowane cenne prototypy lub wstępne serie komponentów. Dodatkowo części, które testowaliśmy, były tylko reprezentatywnymi przykładami z tej samej partii, a nie tymi, które faktycznie kontrolowaliśmy. Teraz komponenty, które badamy, to te, które przeszły inspekcję wymiarową, a w przypadku odlewów – również badania porowatości i wtrąceń. Ogólnie rzecz biorąc, mamy znacznie więcej informacji niż dotychczas, co umożliwia dokładniejszą analizę, a części mogą być ponownie wykorzystane do dalszych badań, co pozwala na zaoszczędzenie pieniędzy.

Przeczytaj artykuł: Parametry charakteryzujące przemysłową tomografię komputerową

Analiza danych

Oprogramowanie tomografu otwiera bardzo szerokie możliwości analizy danych. Podstawowymi funkcjami są porównanie geometrii badanej próbki do modelu CAD lub próbki wzorcowej i analiza GD&T. W przypadku odlewów możliwe jest określenie położenia i wielkości pustej przestrzeni lub pęknięcia, określenie prawdopodobnej przyczyny wady oraz czy jest ona związana z typem i jakością materiału, czy z konstrukcją komponentu. Możliwe jest również prześwietlenie kompletnego zespołu łożyska w celu sprawdzenia, czy znajdują się w nim wszystkie elementy, bez konieczności demontażu. Można kontrolować również spawy łączące wirnik z wałem w celu sprawdzenia porowatości i wewnętrznej integralności mechanicznej. Tomografia komputerowa jest coraz powszechniej akceptowana jako wydajna i elastyczna technika inspekcji nieniszczącej. Dlatego często zastępuje czasochłonne pomiary za pomocą maszyn współrzędnościowych i innych urządzeń metrologicznych.

Charakterystyka tomografu

Przed dokonaniem wyboru urządzenia zespół Łukasza Krawczyka zweryfikował pięć systemów tomograficznych dużej mocy różnych producentów. Tomograf firmy Nikon Metrology okazał się idealny dla potrzeb firmy BorgWarner, ponieważ wyróżnia się wysoką rozdzielczością dzięki lampie rentgenowskiej typu mikrofocus i jednocześnie dużą mocą dzięki napięciu 450 kV.

Ponadto posiada dwa przełączane detektory: płaski panel i zakrzywiony liniowy detektor diodowy CLDA. Płaski panel jest najlepszy do uzyskania trójwymiarowego obrazu całego komponentu i jest preferowanym sposobem do skanowania w celu szybkiego wykrycia wad. Natomiast CLDA daje obraz tylko pojedynczego przekroju, ale za to redukuje rozmycie obrazu na skutek rozpraszania wiązki promieni rentgenowskich w gęstych materiałach, wykorzystywanych w konstrukcji turbin.

Zasada działania tomografu komputerowego jest dość prosta. Obiekt jest umieszczony na obrotowym stole pomiędzy źródłem promieniowania rentgenowskiego i detektorem, który przechwytuje proste radiograficzne obrazy 2D przedmiotu podczas jego obracania. Gdy obiekt zostanie obrócony o 360 stopni, z serii zdjęć rentgenowskich 2D odpowiednie oprogramowanie odtwarza pełną objętościową mapę obiektu 3D, podzieloną na woksele (piksele 3D) z przypisaną informacją o położeniu i gęstości. Tomograf Nikon Metrology XT H 450 dostarcza 450 W ciągłej mocy, wystarczającej do prześwietlania gęstych materiałów, zachowując wysoką rozdzielczość nawet do 50 mikronów, co czyni go idealnym rozwiązaniem do nieniszczącej inspekcji komponentów motoryzacyjnych i lotniczych.

Źródło: Smart Solutions