Tomografía Computarizada en la industria

Transcripción

1 l á s e r Tomografía Computarizada en la industria Ing. Mauricio Rosales

2 l á s e r Descubrimiento de los Rayos X Anillo 1895 Wilhelm Conrad Röntgen Carl Zeiss 2007

3 l á s e r Principio del tubo de Rx

4 l á s e r Espectro electromagnético nm Láser en procesos de manufactura - 4

5 l á s e r Aplicaciones de Rx en medicina

6 l á s e r Aplicaciones de Rx investigación Cristalografía Microanálisis en SEM Análisis por Fluorescencia Astronomía

7 l á s e r Aplicaciones de Rx en seguridad Control de aduanas Seguridad en aeropuertos

8 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

9 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.

10 l á s e r Tomografo en medicina Desarrollado 1967 por EMI En Inglaterra. Trabajan con rangos de potencia que van desde 30 a 150kV de aceleración en el tubo de Rayos X

11 l á s e r Principio de funcionamiento

12 l á s e r Nube de voxel

13 l á s e r Construcción Tubo Rx Detector Mesa rotatoria Sistema de ejes

14 l á s e r Cabina

15 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 mm 100 kv 1.5 mm 125 kv 2.0 mm 150 kv 2.5 mm 175 kv 3.0 mm 200 kv 4.0 mm 225 kv 5.0 mm 300 kv 9.0 mm 400 kv 15.0 mm 500 kv 22.0 mm 600 kv 34.0 mm 900 kv 51.0 mm

16 l á s e r Proyección cónica 3D

17 l á s e r Detector CT 3D

18 l á s e r Proyección de sector 2D

19 l á s e r Detector para CT 2D

20 l á s e r Procesador para reconstrucción Procesador de 450Mflops

21 l á s e r Cabinas para CT

22 RF Unit Modul at or Cabi net Pi t Oper at ors Consol e l á s e r Máquina CT de 9MeV Entrance Labyrinth Control Room (4.5 x 3.5 m) Loading Door Motor Power Cabinet Equipment Room Linatron, MPC, UPS, etc. (2.5 x 3.5 m) Shielded Scan Cell (6.5m x 6.5m) Temp Control Unit

23 l á s e r Máquina CT de 9MeV 9MV Linac Load/Start Position Detector Turntable/ Elevator Pit

24 l á s e r Máquina CT de 9MeV

25 l á s e r Acelerador 9MeV

26 l á s e r Detector CT 9MeV

27 l á s e r Aplicaciones del CT Industrial Pruebas no destructivas Inspección de ensamble Ingeniería Inversa Metrología

28 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)

29 l á s e r Geometría general Fundición de aluminio

30 l á s e r Geometría general Monoblock de aluminio

31 l á s e r Análisis de porosidad

32 l á s e r Análisis de porosidad

33 l á s e r Análisis interno

34 l á s e r Cortes seccionales Cortes seccionales de un pistón y modelo creado con 240KV con rebanadas de 0.25 mm

35 l á s e r Corte seccional de cabeza de aluminio

36 l á s e r Medición de claros (gap) Carcaza de aluminio inspeccionada a 450kV

37 l á s e r Inspección de ensambles Ensamble de 9MeV

38 l á s e r Inspección de ensambles Ensamble de 9MeV

39 l á s e r Inspección general de un motor

40 l á s e r Ensamble de equipo eléctrico

41 l á s e r Ingeniería inversa

42 l á s e r Ingeniería inversa

43 l á s e r Metrología Obtención de nube de puntos (voxel) Importación en software de metrología Alineación de la parte escaneada vs CAD Comparación Ejecución de plan de medición Reportes

44 l á s e r Proceso con CMM vs CT Evaluación CMM Requerimiento: Inspección de parte Programación Medición Reporte de medición Prüfplanung- Merkmalsliste Tomografía volumétrica de todo el objeto Automatizado Extracción de las características a medir Evaluación CT

45 l á s e r Preparación de la pieza

46 l á s e r Importación del modelo

47 l á s e r Alineación (con método best-fit)

48 l á s e r Rutina de medición

49 l á s e r Reportes

50 l á s e r Medición de conector

51 l á s e r Determinar la forma superficial de las costillas en una pieza de plástico Page 51

52 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

53 l á s e r Solución - representación de las formas superficiales de todo el grupo Sombreado en pantalla Representación en wireframe Page 53

54 l á s e r Comparación cromática

55 l á s e r Comparación cromática

56 l á s e r Qué tan precisos son los resultados? Tamaño del Punto focal? Tamaño de voxel Resolución del detector Resolución de las escalas Análisis de Subvoxel Nivel de detalles

57 l á s e r Desempeño del CT La precisión depende principalmente de la correcta calibración de la geometría proyectada. y D object x D X-ray device coordinate system cone of X-radiation t OD object coordinate system y O xo z O projected source z D distance source-detector detector pixel grid plane of detector (normal to z axis)

58 l á s e r Corrección geométrica Fantasma lineal 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 ortogonal

59 l á s e r Atenuación de la señal Beam Hardening Diferentes espesores causan diferentes niveles de atenuación. La variación global causa altas desviaciones en la definición de superficies externas e internas. Umbral de error global 40 µm

60 l á s e r Corrección de umbral por medio de algoritmos Umbral de error global 5 µm

61 l á s e r Uso de artefactos

62 l á s e r Métodos de calibración Medición del objeto previo al CT Calibración con artefactos trazables

63 l á s e r Análisis de incertidumbre

64 l á s e r Criterios para evaluación de sistemas CT 1. Precisión y repetibilidad 2. Uso por cualquier operador 3. Incertidumbre de medición 4. Medición cromática comparable 5. Resultados comparables con otras técnicas

65 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)

66 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%

67 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 mm de la pieza volumétrica

68 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

69 l á s e r Resultados comparables con otras técnicas Comparación contra técnicas de contacto y visual 3 características representativas fueron seleccionadas: Características Requerimiento Medición de curva Δ CMM-CT 0.01 mm Diámetro interno/externo Δ CMM-CT 0.01 mm Posición XY de círculo Δ OPT-CT 0.01 mm

70 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 Page 70

71 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.