用工业CT扫描技术降低产品试制检测成本

　　工业用计算机X射线断层成像（CT）扫描是一种新兴检测技术，它为大幅降低产品试制检测成本，以及在三维无损检测中快速而准确地分析工件内部缺陷提供了可能。传统的无损检测技术只能用于检测零件和装配产品的外部几何形状。如果需要检测一个结构非常复杂的零部件，传统的检测方法需要用夹具夹持工件，以创建特定的测量基准面，并用坐标测量机的触发式测头及时完成整个检测过程，或使用视觉测量系统测绘工件的外表面。以前的一些工件内部检查方法需要用二维X射线扫描，或采用破坏性的检测方式。

　　工业CT扫描的基本形式与医学CAT扫描类似，只是现在这种CT技术正被用于扫描各种工业零部件，而不是人体。医学CAT扫描主要用于可视化目的，而工业CT扫描不仅要实现可视化，而且还要进行测量。工业CT扫描是将二维X射线图像交织形成工件内部和外部三维影像的过程。

　　由于采用X射线扫描，因此可在无需夹持的自由状态下对脆弱易损的零部件进行检测。由于无需对工件施加测量力和进行夹持，因此可确保工件被检测时处于其自然位置。扫描完成后，对数据进行重构，然后用CT CAD软件进行数据处理，实现零件与CAD模型对比、几何尺寸与公差（GD＆T）分析、零件与零件对比、组件/缺陷分析、孔隙分析和壁厚分析，并生成逆向工程所需要的CAD数据。利用这种CAD软件，刚入门的用户也能轻松地获取断层扫描数据，以及开启/关闭内部组件密度扫描、按密度值进行颜色编码以及测量等功能。

　　工业CT扫描的类型

　　目前，基于X射线的市售工业CT扫描系统有两种基本类型：扇形束型和线形束型。扇形束CT扫描系统工作时，置于回转工作台上的工件绕其垂直轴旋转，同时在垂直截面上进行X射线断层扫描。此类系统具有很高的工件分析精度，但对被测工件的尺寸和密度有一定的限制（尺寸小于12立方英寸，密度小于8g/cc）。工业CT扫描系统的精度和扫描分辨率根据X射线路径长度和工件密度而各不相同。

　　一般而言，扇形束CT扫描系统的分辨率范围为10－300μm，精度范围为3－25μm。此类系统的价格从25万美元到120万美元不等，价格相差悬殊的原因是其扫描分辨率、可测工件最大尺寸和最大密度扫描值不同。扇形束CT扫描系统的平均扫描时间约为1－3小时，分析每个工件CT数据所需的后处理时间约为1小时。

　　线形束CT扫描系统工作时，对在回转工作台上旋转的工件进行水平截面的断层扫描，然后以几种预置的垂直增量重复这一扫描过程。一般认为，此类系统的精度水平低于扇形束扫描系统，主要适用于检测尺寸较大和/或密度较高的零件和组件（尺寸小于39立方英寸，密度小于16g/cc）。线形束CT扫描系统的分辨率范围为150－1000μm，测量精度各不相同。通常，此类系统的价格从50万美元到500万美元不等。线形束CT扫描系统的扫描时间为3－24小时不等，主要受所要求扫描分辨率的影响。由于设备重量和所需X射线许可证的限制，工业CT扫描技术不具有便携性。

　　工业CT扫描的应用

　　（1）孔隙分析

　　用于在厚壁塑料件、注塑件或组合材料的无损检测中确定内部孔隙的大小和位置。这种分析功能也可用于识别玻纤填充树脂材料中长纤维和短纤维的内部纤维取向。

　　（2）壁厚分析

　　主要用于吹塑模和包装行业，在复杂零件的无损检测中，快速而准确地测量壁厚的微小变化。

　　（3）生成CAD数据

　　在扫描后，通过将二维X射线图像合成三维模型，能够很容易地获得可用于逆向工程的工件内部和外部CAD数据。通过提供打印工件内部特征和外部表面几何形状的数据，该功能也可用于3D打印成形加工。

　　（4）组件/缺陷分析

　　用于分析啮合或紧扣在一起的内部组件。通过按密度值进行颜色编码，可以很容易地检测以前隐藏在组件中的零部件，发现配合缺陷和作用部位。

　　（5）零件与零件对比分析

　　用于将两个被扫描零件放在一起进行对比，如对用两种不同工艺加工的零件、以前生产的零件与新型零件，或在两台不同加工设备上生产的同一种零件进行对比。通过这种对比，可以很容易地识别出零件之间的差异，从而缩短成本不菲的处理时间，或用于验证某种工艺。

　　（6）零件与CAD模型对比分析

　　用于将被扫描的零件与其CAD设计数据进行比对。通过这种比对，能够比传统方法快得多地对在本地或国外试制的产品进行首件分析。通常，在进行首件试制时，检测器具尚未制造出来，一般要在首件试制后一个月才能编制出零件的坐标测量机（CMM）检测程序。
工业CT扫描能在首件试制后的几天内完成零件与其CAD模型的快速对比分析。通过在首件试制后掌握零件与CAD对比分析结果，就能大大降低修改模具、试验性加工和后续试制的成本。

　　（7）几何尺寸与公差（GD＆T）分析

　　用于和零件与CAD模型对比功能相结合，同时对许多预先确定的几何尺寸与公差（GD＆T）数据点进行分析，以满足生产零件批准程序（PPAP）的要求。在从首件试制到批量生产的过程中，这种分析功能非常有用，并具有很高的成本效益，可以大幅降低多型腔零件的检测成本。一旦为CT数据集制定了最初的GD＆T规划，就能对所有的GD＆T数据点进行快速转换，并将其应用于随后的零件扫描。
除了塑料行业以外，主要的汽车制造商、各级供应商和模具制造商也能从工业CT扫描技术的上述分析功能中受益。

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