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ZEISS革新的去(CT掃描)散射僞影技術,讓鋁壓鑄件的缺陷檢測更精確

2024年09月10日 10:57:24 壓鑄周刊
ZEISS革新的去(CT掃描)散射僞影技術,讓鋁壓鑄件的缺陷檢測更精確

CT僞影始終是制約分析、數據處理、可靠性以及準確度的重大難題。毋庸置疑,僞影的種類繁多,像是射線硬化、多材料、散射或者環狀等均在其列。今日,要與諸位分享的乃是鋁壓鑄行業裏最爲常見的散射僞影。即便是單一材料的鋁壓鑄產品,通常也難逃散射僞影的影響。特別是在新能源汽車的零部件產品中,當壓鑄件的結構與尺寸愈發增大之際,散射僞影給工藝改進、分析以及量產檢測造成諸多困擾;而且工作人員有時還會誤將這一僞影視作是射線硬化所導致。

散射和射線硬化僞影的區別:

射線硬化是由於射線無法穿透被測物所導致的一種僞影,原本應是線性變化的灰度值發生了混亂所導致的。

X射線光子具有不同的能量範圍,例如自30至230keV 。如光子沿穿透方向能量衰減不同,則比爾-朗伯定律基於測量X射線強度將不足以確定穿透長度。

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相對於射線硬化僞影,尤其在鋁制的產品中經常會看到這樣的成像效果(霧狀包裹在物體表面的散射僞影:

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CT掃描過程中,散射僞影帶來了什麼?

大家都希望了解在 X 射線的運用裏,散射現象給我們的掃描質量造成的影響究竟如何。我們以 100mm 鋁塊作爲被測對象,並採用大於 225kV 的 X 射線源進行實驗。在射線源產生的光子當中,約 8%的光子能夠毫無相互作用地完美穿透材料(無相互作用 NI)。其中 46%被吸收(光電效應 PE),其餘的則被散射(C -康普頓效應 39%)。這意味着散射效應(康普頓散射)於模擬實驗中對掃描成像有着頗爲顯著的影響。當然,這也很好地解釋了爲何在我們掃描大型鋁壓鑄件時,所得到的圖像質量可能會較差(相較於小型產品而言)。

於是,在第二個實驗裏,我們將塑料(其密度低於鋁)當作被測對象。此次,我們借助兩個不同電壓的 X 射線來驗證這一現象,分別運用 225kV 和 320kV 的設備對厚度大於 230mm 的塑料測試件展開測試(選用密度較低的被測物,也是爲了盡可能排除射線硬化的幹擾)。

下面的圖片呈現了一個體積較大的塑料部件的比較情況。左圖爲 320kV 和 3mm Sn 濾片的掃描圖,右圖是 200kV 和 1mm Cu 濾片的掃描圖。兩張圖片的結果近乎完全相同,不均勻的灰值並非由電壓缺乏穿透所致,而是由散射造成的,即便在高能量狀態下,散射也幾乎相等。這一結論同樣適用於鋁材料或類似密度的部件,多數時候並非電壓的問題,而是散射的光子,依據康普頓效應,它們同樣是以高能量散射的。

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散射僞影影響降低對原始圖像和表面判定帶來的變化有哪些?

01孔隙率分析影響:

對表面判定的真實性,缺陷判斷的準確性,對比度受霧狀僞影影響減少並提高對比度。

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02三維體積數據噪點影響計量檢測:

如圖示例評價如圓度,尺寸檢測,三維數據擬合得以改善。

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03實際二維剖面分析:

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這一技術不光可以應用新能源汽車一體化零件的趨勢,也可以應用在其他領域比如車燈(如圖):

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(使用scatterControl對整個部件進行3D掃描,顯示了前照燈的組裝)

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金屬(銅)增材制造:

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帶有鋼套嵌件鋁壓鑄(傳統燃油車):

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此時螺柱或者空位的(位置度,直徑等)檢測的可靠性得以提升,不再受到僞影的影響導致測量置信度下降。

通常來說,掃描圖像質量問題並非電壓的極限在作祟,而是散射僞影。針對大型鋁制零件的試驗顯示,450kV、320kV、225kV 之間在質量上並無顯著差別。幾乎只有散射光子會導致質量降低,並且散射光子還會以更高的能量出現。對於這些部件,穿透並非問題所在。

ZEISS scatterControl 能夠顯著提升圖像質量,將 CT 掃描的散射僞影降至最低限度。這種優化有利於後續合適零件的數據處理與評估步驟,進而讓表面測定和缺陷分析更加精確。該產品是高容量、高密度零件的理想選擇,例如增材制造的金屬零件和鋁鑄件(甚至帶有鋼嵌體),還有其他包含高密度材料的裝配件。該模塊能夠用於 ZEISS METROTOM 1500 225kV G3,也能夠作爲改造解決方案或者購買新系統的一部分。

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本文轉載自:蔡司工業質量解決方案

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