Промышленная компьютерная томография ( КТ ) — это любой компьютерный томографический процесс, обычно рентгеновская компьютерная томография , который использует облучение для создания трехмерных внутренних и внешних представлений сканируемого объекта. Промышленная КТ-сканирование использовалось во многих областях промышленности для внутреннего осмотра компонентов. Некоторые из основных применений промышленного КТ-сканирования — это обнаружение дефектов, анализ отказов, метрология, анализ сборки и приложения обратного инжиниринга . [1] [2] Так же, как и в медицинской визуализации , промышленная визуализация включает как нетомографическую радиографию ( промышленную радиографию ), так и компьютерную томографическую радиографию (компьютерную томографию).
Сканирование линейным пучком — традиционный процесс промышленного сканирования КТ. [3] Рентгеновские лучи производятся, и луч коллимируется для создания линии. Затем линейный рентгеновский луч транслируется по детали, и данные собираются детектором. Затем данные реконструируются для создания трехмерной объемной визуализации детали.
При сканировании конусным лучом деталь, которую нужно сканировать, помещается на поворотный стол. [3] По мере вращения детали конус рентгеновских лучей создает большое количество 2D-изображений, которые собираются детектором. Затем 2D-изображения обрабатываются для создания 3D- объемной визуализации внешней и внутренней геометрии детали.
Технология промышленного КТ-сканирования была представлена в 1972 году с изобретением Годфри Хаунсфилдом КТ-сканера для медицинской визуализации . Изобретение принесло ему Нобелевскую премию по медицине, которую он разделил с Алланом Маклеодом Кормаком . [4] [5] Многие достижения в области КТ-сканирования позволили использовать его в промышленной сфере для метрологии в дополнение к визуальному контролю, в основном используемому в области медицины (медицинская КТ-сканирование ).
Различные применения и методы проверки включают сравнение деталей с CAD, сравнение деталей с деталями, анализ сборки и дефектов, анализ пустот, анализ толщины стенок и генерацию данных CAD. Данные CAD могут использоваться для обратного проектирования , геометрических размеров и анализа допусков, а также утверждения производственных деталей. [6]
Одной из наиболее признанных форм анализа с использованием КТ является сборка или визуальный анализ. КТ-сканирование обеспечивает просмотр внутренних компонентов в их рабочем положении без разборки. Некоторые программы для промышленного КТ-сканирования позволяют выполнять измерения из объемного рендеринга набора данных КТ. Эти измерения полезны для определения зазоров между собранными деталями или размеров отдельных элементов.
Традиционно, определение дефектов, пустот и трещин внутри объекта требует разрушающего испытания. КТ-сканирование может обнаружить внутренние особенности и изъяны, отображая эту информацию в 3D без разрушения детали. Промышленное КТ-сканирование (3D-рентген) используется для обнаружения изъянов внутри детали, таких как пористость, [7] включение или трещина. [8] Оно также использовалось для обнаружения происхождения и распространения повреждений в бетоне. [9]
Литье металла и формованные пластиковые компоненты обычно склонны к пористости из-за процессов охлаждения, переходов между толстыми и тонкими стенками и свойств материала. Анализ пустот может использоваться для обнаружения, измерения и анализа пустот внутри пластиковых или металлических компонентов.
Традиционно, без разрушающего тестирования, полная метрология выполнялась только для внешних размеров компонентов, например, с помощью координатно-измерительной машины (КИМ) или системы технического зрения для картирования внешних поверхностей. Методы внутреннего контроля потребуют использования 2D-рентгена компонента или использования разрушающего тестирования. Промышленное КТ-сканирование позволяет проводить полную неразрушающую метрологию. Благодаря неограниченной геометрической сложности 3D-печать позволяет создавать сложные внутренние элементы без влияния на стоимость, такие элементы недоступны с помощью традиционной КИМ. Первый 3D-печатный артефакт, оптимизированный для характеристики формы с помощью компьютерной томографии КТ [10]
Метод конечных элементов на основе изображений преобразует данные трехмерного изображения из рентгеновской компьютерной томографии непосредственно в сетки для конечноэлементного анализа . Преимущества этого метода включают моделирование сложных геометрий (например, композитных материалов) или точное моделирование компонентов «как они были изготовлены» в микромасштабе. [11]
Прогнозируется, что рынок промышленной компьютерной томографии достигнет размера от 773,45 млн. долл. США до 1 116,5 млн. долл. США в период с 2029 по 2030 год. Региональные тенденции показывают, что ожидается сильный рост рынка, особенно в Азиатско-Тихоокеанском регионе, а также в Северной Америке и Европе, из-за строгих правил безопасности и профилактического обслуживания промышленного оборудования. [12] [13] Рост обусловлен в первую очередь продолжающейся разработкой устройств и услуг КТ, которые позволяют проводить точные и неразрушающие испытания компонентов. Такие инновации, как использование искусственного интеллекта для автоматизированного анализа неисправностей и разработка мобильных систем КТ, расширяют возможности. [14]