基于計(jì)算機(jī)斷層掃描檢測(cè)和逆向工程

基于計(jì)算機(jī)斷層掃描檢測(cè)和逆向工程

總結(jié)

鑄件在傳統(tǒng)意義上的第一篇文章檢查裝置，金相分析，觸覺(jué)的測(cè)量技術(shù)和視覺(jué)檢查的組合。對(duì)于復(fù)雜的組件，如氣缸頭可以是極其昂貴的，尤其是準(zhǔn)備測(cè)試對(duì)象的幾何測(cè)量。特殊配制的組件進(jìn)行測(cè)試始終是必要的，如果網(wǎng)站是檢查組件的外部測(cè)試設(shè)備
（例如CMM）是無(wú)法訪問(wèn)的。對(duì)于組件通常是一個(gè)幾何測(cè)量在許多項(xiàng)目由鋸切拆除。此方法是值得懷疑的，從計(jì)量的角度來(lái)看，也非常耗時(shí)。需要缸蓋一種非破壞性的測(cè)試方法是90年代后期的繼續(xù)增長(zhǎng)，因?yàn)樵絹?lái)越多的同時(shí)缸蓋版本，大幅縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間執(zhí)行，因?yàn)槌杀竞蜁r(shí)間壓力以及。

關(guān)鍵詞：CT，無(wú)損檢測(cè)，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，首件檢驗(yàn)，成本壓力，時(shí)間壓力，缸蓋

1引言
，因?yàn)樗鼈兪怯脕?lái)在現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋，現(xiàn)在很少生產(chǎn)，即使不借助CT檢測(cè)。特點(diǎn)是氣缸頭很大一部分，他們：
今天主要是鑄鐵輕金屬，
具有復(fù)雜的內(nèi)部幾何形狀，直接媒體（進(jìn)氣混合物，排氣，冷卻劑，燃料和潤(rùn)滑部分）所需的發(fā)動(dòng)機(jī)的操作，并
一個(gè)強(qiáng)有力的不斷發(fā)展主題（減少污染物
排放，​​提高性能，同時(shí)降低功耗）。在學(xué)術(shù)和研究機(jī)構(gòu)材料以及航空航天和汽車(chē)工業(yè)的研究部門(mén)，計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)用于自年初以來(lái)的90年。主要重點(diǎn)是開(kāi)始，特別是在非破壞性材料測(cè)試的可能性。年底的90年的時(shí)間和成本壓力上升到一定水平，在生產(chǎn)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)用常規(guī)方法，即將到來(lái)的生產(chǎn)任務(wù)不再來(lái)解決。這里計(jì)算的出現(xiàn)，因?yàn)樗且环N非破壞性的測(cè)試方法，并且還允許的組件的橫截面的幾何精確重建。缸蓋是以下因素的參考例子。計(jì)算機(jī)斷層掃描是原則上也適用于許多其他組件。不太復(fù)雜的零件，可廣泛的研究，但也足夠簡(jiǎn)單的X射線程序或使用坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)在幾何條件。進(jìn)行CT掃描的成本是低效率的，在這種情況下，在生產(chǎn)過(guò)程中。同樣，也有組件，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄鐵制成的，它不能充分地與常規(guī)射線照相照射。 CT以及用于氣缸蓋的設(shè)備不適合于非常小的部分，反之亦然。

第一條檢查氣缸蓋
預(yù)生產(chǎn)和服務(wù)支持調(diào)查缸蓋三個(gè)基本質(zhì)量等方面進(jìn)行評(píng)估：
鑄件（空隙，氣孔，異物夾雜物）的質(zhì)量
的尺寸穩(wěn)定性和
模具拆除（殘留砂）
2.1經(jīng)典的第一篇文章檢驗(yàn)
對(duì)于一個(gè)典型的初始樣品看到的氣缸蓋的穿過(guò)被細(xì)分成許多塊（大約每1 - 2厘米，在所有三個(gè)主要方向的坐標(biāo)系+額外需要的特定的部分切割）。這些剪切彼此重疊的，這會(huì)導(dǎo)致高達(dá)3個(gè)或3個(gè)以上的缸頭必須被銷(xiāo)毀，以便準(zhǔn)備接受抽樣檢驗(yàn)的所有測(cè)試對(duì)象。只有打破組件觸覺(jué)測(cè)量方法是關(guān)鍵的內(nèi)部輪廓。的溝道層和壁厚是手動(dòng)或使用坐標(biāo)測(cè)量，例如用游標(biāo)卡尺檢查。在最近幾年中，越來(lái)越多地用于光學(xué)掃描方法記錄的內(nèi)部細(xì)節(jié)，該部分允許目標(biāo)實(shí)際比較的CAD數(shù)據(jù)。但是，在此過(guò)程中的基本缺點(diǎn)是因Zersägens引用或參考的破壞。目前還不清楚是否有可能在切割過(guò)程中發(fā)生變形的部分 - 比如減少殘余應(yīng)力。然而，更嚴(yán)重的，是不同的組件準(zhǔn)備鋸切割起源 - 但合并成一個(gè)單一的報(bào)告測(cè)量。所以，實(shí)際上將有寬容的鑄造將被添加到測(cè)試設(shè)備，如果你想執(zhí)行實(shí)際的3D測(cè)量。如果你是一個(gè)裁片上測(cè)量有限，人們可以繞過(guò)這個(gè)問(wèn)題。從計(jì)量的角度來(lái)看，仍然懷疑。 “正常”的發(fā)動(dòng)機(jī)，相對(duì)較寬的公差，這仍然是可能的。賽車(chē)，但它已經(jīng)很清楚，沒(méi)有缸蓋CT是不是在一個(gè)合理的時(shí)間內(nèi)可以生產(chǎn)足夠數(shù)量的競(jìng)爭(zhēng)力。在前期系列原型階段，一般都具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。需要6個(gè)星期的制備（鋸）和常規(guī)測(cè)量4缸的氣缸蓋。在這段時(shí)間里，開(kāi)發(fā)應(yīng)該被停止，從采樣的結(jié)果最好應(yīng)包含在校正的工具和工藝參數(shù) - 今天這么多的時(shí)間，沒(méi)有制造商的氣缸蓋更。由于傳統(tǒng)的抽樣方法，缸蓋的破壞性質(zhì)，測(cè)試必須在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功機(jī)上進(jìn)行幾乎未經(jīng)測(cè)試的部分（只有一般目視檢查（如內(nèi)窺鏡）和測(cè)量功能，從外部訪問(wèn)）。既沒(méi)有成功的情況下，也不對(duì)測(cè)試失敗的氣缸蓋，精確的結(jié)論的原因，可以得出。成型的小瑕疵，例如導(dǎo)致冷卻的突破，是很難找到準(zhǔn)確，有時(shí)，當(dāng)試圖在紙漿準(zhǔn)備缺陷，不可挽回地摧毀。從測(cè)試運(yùn)行它的制造工藝發(fā)展的具體結(jié)論是唯一可能的 - 但這就是后來(lái)串行生產(chǎn)非常重要的。
最終導(dǎo)致不準(zhǔn)確的報(bào)表測(cè)試和測(cè)量，開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，由于生產(chǎn)過(guò)程中的穩(wěn)定 - 這實(shí)際上是不可接受的高工資國(guó)家不必要的迭代 - 降低品質(zhì)的元件。然而，由于在汽車(chē)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的壓力恒定，始終是更短的開(kāi)發(fā)時(shí)間和高品質(zhì)的，從一開(kāi)始就要求。為了實(shí)現(xiàn)技術(shù)，如simultaneus工程生產(chǎn)氣缸蓋，測(cè)試方法都需要在更短的時(shí)間內(nèi)，提供更準(zhǔn)確的結(jié)果。只有當(dāng)它有可能使具有緊密的特性的電機(jī)測(cè)試可更早的原型，時(shí)間可以縮短到市場(chǎng)。鑄造工藝的發(fā)展，必須執(zhí)行在與其平行。與現(xiàn)代技術(shù)，如3D CAD和模擬的各種生產(chǎn)工藝的幫助下，這是唯一可能。古典抽樣方法的結(jié)果不再適合到完全計(jì)算機(jī)輔助發(fā)展過(guò)程。

圖2同步工程。傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

2.2第一條與CT檢查
今天，X射線CT系統(tǒng)通常是與計(jì)算機(jī)斷層檢測(cè)氣缸蓋420的源 - 使用450千伏。該X射線管具有足夠的功率，以鋁合金，累計(jì)厚度可達(dá)至200毫米的輻射通過(guò)。 CT以及基于普通X線攝影的測(cè)量是通過(guò)測(cè)量物體的材料的X射線束的減弱。此衰減是計(jì)算機(jī)斷層掃描用的數(shù)字X射線檢測(cè)器的情況下測(cè)量。由于要測(cè)量的對(duì)象是一個(gè)360°的X射線源的光束路徑中的CT測(cè)量旋轉(zhuǎn)，多個(gè)觀看方向的CT中的檢測(cè)器的預(yù)測(cè)假定測(cè)量分布在完整的對(duì)象革命。然后根據(jù)不同的檢測(cè)器的性質(zhì)，計(jì)算一個(gè)或多個(gè)橫截面圖像的旋轉(zhuǎn)軸線垂直于待測(cè)對(duì)象或重建。所謂的線檢測(cè)器，其特征在于，所述的每個(gè)對(duì)象周?chē)偸侵话l(fā)生CT斷層圖像，在人臉檢測(cè)器提供了優(yōu)勢(shì)，在圖像質(zhì)量方面，有時(shí)還可在精確度。它的好處可能會(huì)在一個(gè)較高的速度，當(dāng)許多連續(xù)的CT部分所謂的CT容積掃描 - 。這兩種技術(shù)都基本上是你的權(quán)限，與幾乎完全在線檢測(cè)系統(tǒng)，用于采樣今天缸蓋。

圖片3 CT系統(tǒng)（BIR ACTIS 600-450 CT / DR系統(tǒng)：450千伏X射線管，1024通道線探測(cè)器）

CT片圖像材料的密度差異是指在Meßbereichbefin​​den的灰度值CT系統(tǒng)，例如圖3中的16位分辨率的密度 - 即可以使用65536灰度級(jí)與可鏈接的開(kāi)始，通過(guò)，例如Restsand2，分配實(shí)際施法鋁合金steel3的密度不同，相應(yīng)的灰度值范圍。

1材料和周?chē)橘|(zhì)的氣缸蓋2，例如3 +有機(jī)硅粘合劑由于刀具磨損雜質(zhì)

​

圖片4通過(guò)氣缸頭部CT一段示例

對(duì)于氣缸蓋的幾何測(cè)量分辨率為16位的密度是不夠的，因?yàn)椋ㄖ車(chē)目諝庖彩且粋€(gè)實(shí)用的材料）的各種材料的密度之間的差異是相當(dāng)大的。良好的測(cè)量結(jié)果可以是與當(dāng)今可用軟件實(shí)現(xiàn)，如果只有一種材料制成的測(cè)試對(duì)象。發(fā)揮更大的作用，鑄造缺陷檢測(cè)的密度分辨率。毛孔，空洞或裂縫出現(xiàn)更多或更少的，周?chē)目諝庠谙嗤幕叶燃?jí)。例如夾雜異物鋼的情況下很容易識(shí)別其顯著顏色較淺
- 對(duì)比度的關(guān)鍵是鋁壓鑄用合金的密度差。的CT測(cè)量的結(jié)果是精確已知的，即圖像的細(xì)節(jié)示出在每種情況下的橫截面圖像。 CT系統(tǒng)的制造商必須確定系統(tǒng)的精確的幾何條件和相應(yīng)的校準(zhǔn)，并納入在重建。因此，可以檢測(cè)并查看過(guò)的的實(shí)施例的形式將構(gòu)件表面的三維坐標(biāo)，使用圖像處理功能，在材料邊緣。高度抽象的，可以說(shuō)，CT體積成分的數(shù)字副本，可以推導(dǎo)出兩個(gè)幾何尺寸以及它的鑄造質(zhì)量有關(guān)的語(yǔ)句。數(shù)字拷貝的優(yōu)點(diǎn)是，它是兼容與其他數(shù)字化工具在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。所以，你可以：
CAD數(shù)據(jù)的目標(biāo)實(shí)際比較
壁厚分析和
•Gußfehleranalysen執(zhí)行在一個(gè)虛擬的3D環(huán)境，因?yàn)樗斜匾男畔?，以?shù)字形式。要達(dá)到的結(jié)果是相似的古典鋸切割取樣相當(dāng)于。它的優(yōu)點(diǎn)是主要的增益寶貴的開(kāi)發(fā)時(shí)間。缸蓋四缸CT掃描大約需要10 - 12小時(shí)。測(cè)量的評(píng)價(jià)取決于細(xì)節(jié)1 - 3天就可以完成。這對(duì)應(yīng)于采樣時(shí)間減少了80％以上。在同一時(shí)間在氣缸蓋不被破壞，并在發(fā)動(dòng)機(jī)上的測(cè)力計(jì)可以完成測(cè)試。然后，當(dāng)它涉及到的故障的錯(cuò)誤，錯(cuò)誤的原因，可以更準(zhǔn)確地確定條件的氣缸蓋被“凍結(jié)”作為CT掃描的測(cè)試運(yùn)行之前。 CT可以是破壞性的，你可以去幾乎恢復(fù)時(shí)間和檢查的缺陷如何導(dǎo)致的故障前，看著故障位置。這樣的文檔的開(kāi)發(fā)過(guò)程中允許有不同的發(fā)展步驟發(fā)生同時(shí)或重疊更好?，F(xiàn)在是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的分發(fā)和存檔。

3逆向工程
可以轉(zhuǎn)化為組件模擬模型的計(jì)算技術(shù)的氣缸蓋的表面，通過(guò)反向工程。此外中所用的采樣具有相同的軟件。的模擬重要的電機(jī)Kennwerte4是因此，可以準(zhǔn)實(shí)時(shí)氣缸蓋。這是有趣的，特別是當(dāng)不同的特征值的測(cè)量值的理論計(jì)算模型在測(cè)試臺(tái)上或手動(dòng)校正進(jìn)行，這些必須返回到計(jì)算模型。測(cè)試運(yùn)行，因此肯定不是多余的 - 但是，模擬結(jié)果可以在模具的優(yōu)化和調(diào)整是非常有用的 - 這反過(guò)來(lái)又在時(shí)間重疊與發(fā)展的引擎。逆向工程的基礎(chǔ)上的CT數(shù)據(jù)的另一個(gè)方面是一個(gè)副本的鑄件，其中有沒(méi)有詳細(xì)的圖紙或工具。這方面的例子是從老式的范圍內(nèi)。甲分割虛擬氣缸蓋可以被分離成其組成部分，如通道或水夾套。然后，這些都可以例如芯盒成相應(yīng)的軟件，實(shí)現(xiàn)用數(shù)控銑削程序。收縮測(cè)量到這里只是為了觀察更多。類似的程序，也可以應(yīng)用到的文檔工具的變化。這同樣適用于鑄件的競(jìng)爭(zhēng)分析。

4總結(jié)與展望
盡管缺乏強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，CT初始樣本汽車(chē)缸蓋輕金屬世界的既定流程。由于缸蓋和競(jìng)爭(zhēng)的壓力，在汽車(chē)行業(yè)的系統(tǒng)正越來(lái)越多地用于質(zhì)量控制在生產(chǎn)過(guò)程中CT的日益復(fù)雜化。像檢測(cè)剩余砂，孔隙度和夾雜物的異物或芯片的主要應(yīng)用。這些專門(mén)在未來(lái)的CT系統(tǒng)是必要的，可以直接使用在生產(chǎn)線上。

證書(shū)
[1]顧渭河，示意圖“Simulataneous工程”，http://de.wikipedia.org/wiki/Simultaneous_Engineering

4例轉(zhuǎn)筒式或直接噴射汽油或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的吸入空氣的渦流（CFD模擬）