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  • 基于計算機斷層掃描檢測和逆向工程

    基于計算機斷層掃描檢測和逆向工程

    總結

    鑄件在傳統意義上的第一篇文章檢查裝置,金相分析,觸覺的測量技術和視覺檢查的組合。對于復雜的組件,如氣缸頭可以是極其昂貴的,尤其是準備測試對象的幾何測量。特殊配制的組件進行測試始終是必要的,如果網站是檢查組件的外部測試設備
    (例如CMM)是無法訪問的。對于組件通常是一個幾何測量在許多項目由鋸切拆除。此方法是值得懷疑的,從計量的角度來看,也非常耗時。需要缸蓋一種非破壞性的測試方法是90年代后期的繼續增長,因為越來越多的同時缸蓋版本,大幅縮短產品開發時間執行,因為成本和時間壓力以及。

    關鍵詞:CT,無損檢測,產品開發,首件檢驗,成本壓力,時間壓力,缸蓋

    1引言
    ,因為它們是用來在現代汽車發動機缸蓋,現在很少生產,即使不借助CT檢測。特點是氣缸頭很大一部分,他們:
    今天主要是鑄鐵輕金屬,
    具有復雜的內部幾何形狀,直接媒體(進氣混合物,排氣,冷卻劑,燃料和潤滑部分)所需的發動機的操作,并
    一個強有力的不斷發展主題(減少污染物
    排放,​​提高性能,同時降低功耗)。在學術和研究機構材料以及航空航天和汽車工業的研究部門,計算機斷層掃描系統用于自年初以來的90年。主要重點是開始,特別是在非破壞性材料測試的可能性。年底的90年的時間和成本壓力上升到一定水平,在生產的汽車發動機用常規方法,即將到來的生產任務不再來解決。這里計算的出現,因為它是一種非破壞性的測試方法,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。計算機斷層掃描是原則上也適用于許多其他組件。不太復雜的零件,可廣泛的研究,但也足夠簡單的X射線程序或使用坐標測量技術在幾何條件。進行CT掃描的成本是低效率的,在這種情況下,在生產過程中。同樣,也有組件,如發動機缸體鑄鐵制成的,它不能充分地與常規射線照相照射。 CT以及用于氣缸蓋的設備不適合于非常小的部分,反之亦然。

    第一條檢查氣缸蓋
    預生產和服務支持調查缸蓋三個基本質量等方面進行評估:
    鑄件(空隙,氣孔,異物夾雜物)的質量
    的尺寸穩定性和
    模具拆除(殘留砂)
    2.1經典的第一篇文章檢驗
    對于一個典型的初始樣品看到的氣缸蓋的穿過被細分成許多塊(大約每1 - 2厘米,在所有三個主要方向的坐標系+額外需要的特定的部分切割)。這些剪切彼此重疊的,這會導致高達3個或3個以上的缸頭必須被銷毀,以便準備接受抽樣檢驗的所有測試對象。只有打破組件觸覺測量方法是關鍵的內部輪廓。的溝道層和壁厚是手動或使用坐標測量,例如用游標卡尺檢查。在最近幾年中,越來越多地用于光學掃描方法記錄的內部細節,該部分允許目標實際比較的CAD數據。但是,在此過程中的基本缺點是因Zersägens引用或參考的破壞。目前還不清楚是否有可能在切割過程中發生變形的部分 - 比如減少殘余應力。然而,更嚴重的,是不同的組件準備鋸切割起源 - 但合并成一個單一的報告測量。所以,實際上將有寬容的鑄造將被添加到測試設備,如果你想執行實際的3D測量。如果你是一個裁片上測量有限,人們可以繞過這個問題。從計量的角度來看,仍然懷疑。 “正常”的發動機,相對較寬的公差,這仍然是可能的。賽車,但它已經很清楚,沒有缸蓋CT是不是在一個合理的時間內可以生產足夠數量的競爭力。在前期系列原型階段,一般都具有巨大的經濟價值。需要6個星期的制備(鋸)和常規測量4缸的氣缸蓋。在這段時間里,開發應該被停止,從采樣的結果最好應包含在校正的工具和工藝參數 - 今天這么多的時間,沒有制造商的氣缸蓋更。由于傳統的抽樣方法,缸蓋的破壞性質,測試必須在發動機測功機上進行幾乎未經測試的部分(只有一般目視檢查(如內窺鏡)和測量功能,從外部訪問)。既沒有成功的情況下,也不對測試失敗的氣缸蓋,精確的結論的原因,可以得出。成型的小瑕疵,例如導致冷卻的突破,是很難找到準確,有時,當試圖在紙漿準備缺陷,不可挽回地摧毀。從測試運行它的制造工藝發展的具體結論是唯一可能的 - 但這就是后來串行生產非常重要的。
    最終導致不準確的報表測試和測量,開發時間長,由于生產過程中的穩定 - 這實際上是不可接受的高工資國家不必要的迭代 - 降低品質的元件。然而,由于在汽車行業競爭的壓力恒定,始終是更短的開發時間和高品質的,從一開始就要求。為了實現技術,如simultaneus工程生產氣缸蓋,測試方法都需要在更短的時間內,提供更準確的結果。只有當它有可能使具有緊密的特性的電機測試可更早的原型,時間可以縮短到市場。鑄造工藝的發展,必須執行在與其平行。與現代技術,如3D CAD和模擬的各種生產工藝的幫助下,這是唯一可能。古典抽樣方法的結果不再適合到完全計算機輔助發展過程。

    圖2同步工程。傳統的產品開發

    2.2第一條與CT檢查
    今天,X射線CT系統通常是與計算機斷層檢測氣缸蓋420的源 - 使用450千伏。該X射線管具有足夠的功率,以鋁合金,累計厚度可達至200毫米的輻射通過。 CT以及基于普通X線攝影的測量是通過測量物體的材料的X射線束的減弱。此衰減是計算機斷層掃描用的數字X射線檢測器的情況下測量。由于要測量的對象是一個360°的X射線源的光束路徑中的CT測量旋轉,多個觀看方向的CT中的檢測器的預測假定測量分布在完整的對象革命。然后根據不同的檢測器的性質,計算一個或多個橫截面圖像的旋轉軸線垂直于待測對象或重建。所謂的線檢測器,其特征在于,所述的每個對象周圍總是只發生CT斷層圖像,在人臉檢測器提供了優勢,在圖像質量方面,有時還可在精確度。它的好處可能會在一個較高的速度,當許多連續的CT部分所謂的CT容積掃描 - 。這兩種技術都基本上是你的權限,與幾乎完全在線檢測系統,用于采樣今天缸蓋。

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

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

    1材料和周圍介質的氣缸蓋2,例如3 +有機硅粘合劑由于刀具磨損雜質

    圖片4通過氣缸頭部CT一段示例

    對于氣缸蓋的幾何測量分辨率為16位的密度是不夠的,因為(周圍的空氣也是一個實用的材料)的各種材料的密度之間的差異是相當大的。良好的測量結果可以是與當今可用軟件實現,如果只有一種材料制成的測試對象。發揮更大的作用,鑄造缺陷檢測的密度分辨率。毛孔,空洞或裂縫出現更多或更少的,周圍的空氣在相同的灰度級。例如夾雜異物鋼的情況下很容易識別其顯著顏色較淺
    - 對比度的關鍵是鋁壓鑄用合金的密度差。的CT測量的結果是精確已知的,即圖像的細節示出在每種情況下的橫截面圖像。 CT系統的制造商必須確定系統的精確的幾何條件和相應的校準,并納入在重建。因此,可以檢測并查看過的的實施例的形式將構件表面的三維坐標,使用圖像處理功能,在材料邊緣。高度抽象的,可以說,CT體積成分的數字副本,可以推導出兩個幾何尺寸以及它的鑄造質量有關的語句。數字拷貝的優點是,它是兼容與其他數字化工具在產品開發。所以,你可以:
    CAD數據的目標實際比較
    壁厚分析和
    •Gußfehleranalysen執行在一個虛擬的3D環境,因為所有必要的信息,以數字形式。要達到的結果是相似的古典鋸切割取樣相當于。它的優點是主要的增益寶貴的開發時間。缸蓋四缸CT掃描大約需要10 - 12小時。測量的評價取決于細節1 - 3天就可以完成。這對應于采樣時間減少了80%以上。在同一時間在氣缸蓋不被破壞,并在發動機上的測力計可以完成測試。然后,當它涉及到的故障的錯誤,錯誤的原因,可以更準確地確定條件的氣缸蓋被“凍結”作為CT掃描的測試運行之前。 CT可以是破壞性的,你可以去幾乎恢復時間和檢查的缺陷如何導致的故障前,看著故障位置。這樣的文檔的開發過程中允許有不同的發展步驟發生同時或重疊更好?,F在是標準的數字數據的分發和存檔。

    3逆向工程
    可以轉化為組件模擬模型的計算技術的氣缸蓋的表面,通過反向工程。此外中所用的采樣具有相同的軟件。的模擬重要的電機Kennwerte4是因此,可以準實時氣缸蓋。這是有趣的,特別是當不同的特征值的測量值的理論計算模型在測試臺上或手動校正進行,這些必須返回到計算模型。測試運行,因此肯定不是多余的 - 但是,模擬結果可以在模具的優化和調整是非常有用的 - 這反過來又在時間重疊與發展的引擎。逆向工程的基礎上的CT數據的另一個方面是一個副本的鑄件,其中有沒有詳細的圖紙或工具。這方面的例子是從老式的范圍內。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的軟件,實現用數控銑削程序。收縮測量到這里只是為了觀察更多。類似的程序,也可以應用到的文檔工具的變化。這同樣適用于鑄件的競爭分析。

    4總結與展望
    盡管缺乏強制性標準,CT初始樣本汽車缸蓋輕金屬世界的既定流程。由于缸蓋和競爭的壓力,在汽車行業的系統正越來越多地用于質量控制在生產過程中CT的日益復雜化。像檢測剩余砂,孔隙度和夾雜物的異物或芯片的主要應用。這些專門在未來的CT系統是必要的,可以直接使用在生產線上。

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

    4例轉筒式或直接噴射汽油或柴油發動機中的吸入空氣的渦流(CFD模擬)


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