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l á s e r Tomografía Computarizada en la industria Ing. Mauricio Rosales
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Tomografía Computarizada en la industria - cenam.mxcenam.mx/ammc/eventos/evento2010/Simposio CENAM - Tomografía... · artefactos dedicados y compensados por ... • Particularmente

Sep 21, 2018

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l á s e r

Tomografía Computarizada en la industria

Ing. Mauricio Rosales

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l á s e r Descubrimiento de los Rayos X

Carl Zeiss © 2007

Wilhelm Conrad Röntgen

1895Anillo

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l á s e r Espectro electromagnético

Láser en procesos de manufactura - 4

0.01 – 10 nm

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l á s e r Aplicaciones de Rx en medicina

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l á s e r Aplicaciones de Rx investigación

Cristalografía

Astronomía

Microanálisis en SEM

Análisis por Fluorescencia

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l á s e r Aplicaciones de Rx en seguridad

Control de aduanas

Seguridad en aeropuertos

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l á s e r Uso industrial de los Rx

• Inspección de partes en 2D• Inspección de alimentos y empaque

– En busca de contaminantes • Control de soldadura• Tomografía Computarizada

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l á s e r Tomografía

• Del griego tomos – rebanada, sección y grahpos = escribir, imagen• Entendido como radiografía seccional en el caso de Rayos X. Es la

obtención de imágenes o cortes seccionales de un objeto. • Utilizado en medicina desde 1979.

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l á s e r Tomografo en medicina

Desarrollado 1967 por EMIEn Inglaterra.

Trabajan con rangos de potencia que van desde 30 a 150kV de aceleración en el tubo de Rayos X

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l á s e r Principio de funcionamiento

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l á s e r Nube de voxel

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l á s e r Construcción

Tubo Rx

Mesa rotatoria

Detector

Sistema de ejes

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l á s e r Cabina

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l á s e r Protección física

Rayos X generados en un pico de voltaje no mayor a: Espesor mínimo de pared de plomo

75 kV 1.0 mm100 kV 1.5 mm125 kV 2.0 mm150 kV 2.5 mm175 kV 3.0 mm200 kV 4.0 mm225 kV 5.0 mm300 kV 9.0 mm400 kV 15.0 mm500 kV 22.0 mm600 kV 34.0 mm900 kV 51.0 mm

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l á s e r Proyección cónica – 3D

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l á s e r Detector CT – 3D

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l á s e r Proyección de sector – 2D

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l á s e r Detector para CT 2D

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l á s e r Procesador para reconstrucción

Procesador de 450Mflops

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l á s e r Cabinas para CT

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l á s e r Máquina CT de 9MeV

Pit

Temp Control Unit

RF

Uni t

Modu

la t

o rCa

b in

e t

Motor Power Cabinet

Equipment Room

Linatron, MPC, UPS, etc.

(2.5 x 3.5 m)

Control Room

(4.5 x 3.5 m)

Ope r

a to r

sCo

nso l

e

Shielded Scan Cell (6.5m x

6.5m)

Entrance Labyrinth

Loading

Door

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l á s e r Máquina CT de 9MeV

Load/Start

Position

9MV Linac

Detector

Turntable/

Elevator

Pit

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l á s e r Máquina CT de 9MeV

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l á s e r Acelerador 9MeV

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l á s e r Detector CT 9MeV

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l á s e r Aplicaciones del CT Industrial

Pruebas no destructivas

Inspección de ensamble

Ingeniería Inversa

Metrología

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l á s e r Pruebas no destructivas

• Análisis de porosidad• Investigación interna de partes• Revisión dimensional (cualitativa)

– Espesor de paredes– Revisión de claros (gap)

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l á s e r Geometría general

Fundición de aluminio

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l á s e r Geometría general

Monoblock de aluminio

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l á s e r Análisis de porosidad

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l á s e r Análisis de porosidad

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l á s e r Análisis interno

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l á s e r Cortes seccionales

Cortes seccionales de un pistón y modelo creado con 240KV con rebanadas de 0.25 mm

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l á s e r Corte seccional de cabeza de aluminio

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l á s e r Medición de claros (gap)

Carcaza de aluminio inspeccionada a 450kV

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l á s e r Inspección de ensambles

Ensamble de turbina @ 9MeV

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l á s e r Inspección de ensambles

Ensamble de turbina @ 9MeV

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l á s e r Inspección general de un motor

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l á s e r Ensamble de equipo eléctrico

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l á s e r Ingeniería inversa

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l á s e r Ingeniería inversa

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l á s e r Metrología

Reportes

Ejecución de plan de medición

Comparación

Alineación de la parte “escaneada” vs CAD

Importación en software de metrología

Obtención de nube de puntos (voxel)

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l á s e r Proceso con CMM vs CT

Requerimiento:

Inspección de

parteReporte de

medición

Medición

Evaluación

Extracción de las

características a

medir

Tomografía

volumétrica de

todo el objeto

Evaluación

Programación

Automatizado

CMM

CT

Prüfplanung - Merkmalsliste

40.

0

+0.01

-0.02

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l á s e r Preparación de la pieza

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l á s e r Importación del modelo

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l á s e rAlineación

(con método best-fit)

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l á s e r Rutina de medición

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l á s e r Reportes

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l á s e r Medición de conector

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l á s e r

Determinar la forma superficial de las costillas en una pieza de plástico

Page 51

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l á s e r

Tarea - Representación del error de forma superficial de las costillas

Zona de

medición

Selección de los puntos de prueba, mediante la definición de la zona en CALYPSO

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l á s e r

Page 53

Sombreado en pantalla Representación en wireframe

Solución - representación de las formas superficiales de todo el grupo

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l á s e r Comparación cromática

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l á s e r Comparación cromática

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l á s e r ¿Qué tan precisos son los resultados?

Tamaño de voxel

Tamaño delPunto focal

Nivel de detalles

Resolución delas escalas Análisis de Sub-

voxel

?Resolución del

detector

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l á s e r Desempeño del CT

La precisión depende principalmente de la correcta calibración de la geometría proyectada.

xD

yD

zD

plane of detector(normal to z axis)

projected source

detectorpixel grid

tODcone ofX-radiation

objectcoordinatesystem

devicecoordinatesystem

yOxO

zO

object

X-ray

distance source-detector

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l á s e r Corrección geométrica

• La distorsión geométrica es determinada con artefactos dedicados y compensados por software

• La calibración del eje se realiza en el eje rotatorio a lo largo de toda el rango del eje X por medio de un artefacto lineal.

• La calibración del detector homogeniza el campo o zona activa del mismo.

• La cualificación geométrica se usa para verificar y alinear la geometría al equipo CT por medio de un “fantasma geométrico” ortogonal.

Fantasma lineal

Fantasma ortogonal

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l á s e r Atenuación de la señal

Umbral de error global 40 µm

„Beam Hardening“

Diferentes espesores causan diferentes niveles de atenuación.

La variación global causa altas desviaciones en la definición de superficies externas e internas.

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l á s e r Corrección de umbral por medio de algoritmos

Umbral de error global 5 µm

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l á s e r Uso de artefactos

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l á s e r Métodos de calibración

• Medición del objeto previo al CT

• Calibración con artefactos trazables

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l á s e r Análisis de incertidumbre

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l á s e r Criterios para evaluación de sistemas CT

1. Precisión y repetibilidad2. Uso por cualquier operador3. Incertidumbre de medición4. Medición cromática comparable5. Resultados comparables con otras técnicas

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l á s e r Precisión y repetibilidad

• Se utiliza un artefacto de referencia de 27 esferas de rubí

• Deben medirse distancias entre pares de esferas, 50 veces

• La desviación obtenida debe ser menor a 5+L50 µm

• Para el total de mediciones la desviación no debe exceder el límite establecido (Cg y Cgk > 1.33)

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l á s e r Uso por cualquier operador

• Tres diferentes operadores de Bosch y uno del fabricante

• Medición en dos corridas cada uno de 10 mediciones

• Cada operador realizó el arreglo de carga de la pieza

• Resultado debe ser menor al establecido GR&R < 10%

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l á s e r Incertidumbre de medición

• A determinarse de acuerdo a estándar de Bosch.

• Realizar 20 mediciones de características específicas.

• La incertidumbre debe ser menor a 0.005 mm de la pieza volumétrica

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l á s e r Medición cromática comparable

• Evalúa la factibilidad de la máquina para recalificación

• Se comparan mediciones en la máquina CT de dos lotes distintos

• Ambas corridas son comparadas con el modelo CAD

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l á s e r

Resultados comparablescon otras técnicas

• Comparación contra técnicas de contacto y visual• 3 características representativas fueron seleccionadas:

Características RequerimientoMedición de curva ΔCMM-CT ≤ 0.01 mm

Diámetro interno/externo ΔCMM-CT ≤ 0.01 mmPosición XY de círculo ΔOPT-CT ≤ 0.01 mm

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l á s e r Perspectiva del CT

Definición de los parámetros para las especificaciones de la uso y aplicación:

VDI/VDE-GMA-FA 3.33

“La tomografía computarizada en metrología industrial “

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l á s e r Conclusiones

• La técnica CT ofrece características únicas el análisis de detalles de difícil o imposible acceso al tratarse de una prueba no destructiva.

• Particularmente útil en la medición de piezas complejas donde las técnicas tradicionales no pueden resolver la tarea.

• Ofrece un potencial para la reducción de tiempos de inspección al obtener la totalidad del volumen en una corrida.

• Usando la técnica correcta, puede dar el salto de análisis cualitativo a cuantitativo.