226

MECHANIK NR 3/2011

TABLICA. Ważniejsze parametry techniczne tomografów firmy C. Zeiss

Metrotom



800

Metrotom



1500

Lampa rtg,

130 kV/39 W

225 kV/225 W

Matryca detektorów, piksele

1900

×

1512

1024

×

1024

opcja

2048

×

2048

Zakres pomiarowy przedmiotu, mm

∅

125

×

150

∅

300

×

350

Zakres przemieszczania przedmiotu, mm

290

150

Odległość od detektora, mm

800

150

* Prof. dr inż. Eugeniusz Ratajczyk – Wyższa Szkoła Ekologii

i Zarządzania w Warszawie, Wydział Zarządzania

Rys. 1. Ogólny widok tomografu Metrotom



firmy C.Zeiss

Rys. 2. Widok mierzonego przedmiotu w porównaniu z modelem CAD

Tomografia komputerowa CT w zastosowaniach przemysłowych

Cz. II. TOMOGRAFY I ICH PARAMETRY, PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ

EUGENIUSZ RATAJCZYK*

Przegląd tomografów różnych producentów z podaniem
ich własności oraz parametrów technicznych i metrologi-
cznych. Przykłady zastosowań w mechanice i elektronice.

Obecnie na rynku europejskim oferowane są tomografy

do zastosowań przemysłowych, już nie tylko w zakresie
defektoskopii, ale także takie, które umożliwiają prze-
prowadzanie pomiarów współrzędnościowych zarówno
części, jak i zespołów mechanicznych oraz zespołów
elektronicznych [1].

W części II artykułu przedstawione zostaną tomografy

następujących producentów:

Metrotom



produkcji firmy C. Zeiss [2],

z serii XT H firmy Metris-Nikon [5],

Phoenix



x-ray, systemy tomograficzne 2D, 3D firmy

GE Measurement & Control Solutions [6],

system Y.CT firmy Yxlon International GmbH [7].

W części III opisane zostaną tomografy firm:

Wenzel Volumetrik,

Werth Messtechnik systemy TomoScape i Tomo-

Check,

Viscom Technology,

North Star Imaging, Inc,

Saki Corporation.

W kolejnym artykule (cz. IV) zostaną opisane – w ujęciu

skrótowym – oprogramowania oraz parametry tomogra-
fów charakteryzujące ich dokładność, z podaniem ich
metod wyznaczania.

Tomografy produkcji firmy C. Zeiss

Firma C. Zeiss [2] wytwarza dwa rodzaje tomografów

TC – modele 800 i 1500. Na rys.1 pokazano ogólny widok
tomografu Metrotom



.

Tomograf komputerowy Metrotom



jest wyposażony,

jak każdy inny tomograf, w lampę rentgenowską, cyfrową
matrycę detektorów oraz układ mechaniczny pozwalający
na przemieszczanie mierzonego przedmiotu, składający
się z obrotowego stołu pomiarowego i układu przesuw-
nego. Podczas obrotu stołu z przedmiotem wykonywane
są zdjęcia rentgenowskie 2D, na podstawie których po-
wstaje przestrzenny model badanej części. Otrzymany po
rekonstrukcji model może być użyty w defektoskopii do
oceny wymiarów badanej części, porównania z modelem
CAD lub do utworzenia modelu 3D w zakresie tzw.
inżynierii odwrotnej (Reverse Engineering). Ze względu
na wymogi bezpieczeństwa całe urządzenie jest umiesz-
czone w zamkniętej obudowie, zabezpieczającej otoczenie
przed promieniami rentgenowskimi. Oprócz ochrony przed
szkodliwym promieniowaniem, obudowa urządzenia, wraz
z odpowiednim układem klimatyzacji, zapewnia utrzymanie
stabilnej temperatury w przestrzeni pomiarowej w trakcie
pomiaru. Zastosowanie dodatkowo układu tłumienia drgań
sprawia, że urządzenie może być zainstalowane praktycz-
nie w dowolnym miejscu zakładu produkcyjnego, uczelni,
ośrodka badawczo-rozwojowego itp. [2, 3].

Ważniejsze parametry techniczne tomografów Metro-

tom



przedstawiono w tablicy.

Tomograf Metrotom



pozwala na uzyskanie dwuwy-

miarowych i trójwymiarowych obrazów mierzonych obiek-
tów. W przypadku obrazu trójwymiarowego można doko-
nać przekroju w dowolnym jego miejscu, dzięki czemu
uzyskuje się wymiary wewnętrzne niemożliwe do pomia-
rów konwencjonalnymi metodami. Mając trójwymiarowy
model, otrzymany za pomocą pomiaru tomograficznego,

MECHANIK NR 3/2011

227

Rys. 3. Przykład przedmiotu z wykrytymi wadami materiału

Rys. 4. Pakiety oprogramowań tomografów Metrotom



Rys. 5. Tomograf XT H225 firmy Metris-Nikon

system Metrotom



umożliwia jego porównanie z mode-

lem CAD. Dzięki temu można porównać te wymiary
i przedstawić w postaci mapy odchyłek od wymiaru nomi-
nalnego (rys. 2).

Oprócz pomiarów geometrycznych Metrotom



umoż-

liwia wykonywanie badań również w zakresie defekto-
skopii, w celu wykrycia nieciągłości i porowatości materia-
łów metalowych (rys. 3). Umożliwia również przeprowa-
dzenie kontroli poprawności montażu różnego rodzaju
elementów elektronicznych, plastikowych, złącz elektry-
cznych itp.

Każdy tomograf jest wyposażony w odpowiednie opro-

gramowanie. W przypadku tomografów Metrotom



są to

oprogramowania: Calypso, Volume Graphics Studio Max
i Dimension (rys. 4).

Program Calypso, obsługujący również współrzędnoś-

ciowe maszyny pomiarowe firmy C. Zeiss, przeznaczony
jest do tradycyjnej metrologii wymiarów współrzędnoś-
ciowych; umożliwia również porównanie otrzymanych wy-
ników z modelem CAD. Po dokonaniu pomiarów genero-
wany jest raport pomiarowy, zawierający informacje o wy-
miarach i spełnianiu narzuconych wymagań. Calypso
daje również możliwość tworzenia planu pomiaru CNC,
tj. pomiaru automatycznego. Wyniki pomiaru przedsta-
wiane są w postaci kolorowych obszarów, którym od-
powiadają konkretne wartości liczbowe, co jest widoczne
na rys. 2 (prawa strona ekranu).

System Metrotom



umożliwia wykonywanie pomia-

rów części maszyn z dopuszczalnym błędem granicz-
nym określonym zależnością MPE

E

=[(4,5

÷

9) + L/50]

µ

m,

gdzie: L mierzony wymiar w mm.

Do celów inżynierii odwrotnej oferowany jest standar-

dowy pakiet oprogramowania o nazwie Dimension.

Tomograf wyznacza nie tylko wymiary zewnętrzne mie-

rzonego przedmiotu, lecz również, poprzez penetracje
w głąb przedmiotu, wymiary wewnętrzne, w tym np.
grubości ścianek przedmiotu.

Firma C. Zeiss stosuje niektóre z pakietów oprogramo-

wań VG Studio Max, przede wszystkim te, które obejmują
badania z zakresu defektoskopii oraz – dodatkowo – ba-
dania połączeń znajdujących się w obiekcie. Umożliwia to
ocenę jakości montażu zespołów mechanicznych i elek-
trycznych oraz jakości połączeń zespołów elektronicz-
nych.

Tomografy produkcji firmy Metris

Belgijska firma Metris, obecnie NIKON Metrology Solu-

tions [5], oferuje cztery rodzaje tomografów o symbolach
XTV 110, XTV 130, XTV 160 i XTV 160T przeznaczonych
w zasadzie do zastosowań w przemyśle elektronicznym.
Mają one lampy rtg o mniejszych mocach i napięciach
zawierających się w przedziale 100

÷

160 kV. Firma ofe-

ruje również trzy rodzaje tomografów o symbolach
XT H225, XT H225/320LC i XT H450LC przeznaczonych
do zastosowań w przemyśle maszynowym, szczególnie
motoryzacyjnym.

Tomograf XT H225 (rys. 5) wyposażony jest w lampę

rtg o napięciu wynoszącym 225 kV. Rozmiar plamki
promieniowania wynosi 5

µ

m. Pozwala on na rozpo-

znawanie wad o wymiarach wynoszących nawet 1

µ

m

przedmiotów o masie do 10 kg i maksymalnych wymia-

rach 250

×

330 mm. Powiększenie

geometryczne wynosi 160

×

, a tzw.

systemowe 400

×

. Wymiary gaba-

rytowe tomografu to 2030

×

925

×

×

2000 mm.

Tomografy tej serii wyposażone

są w oprogramowanie VG Studio
Max z opcjami do wyznaczania wy-
miarów przedmiotu, w tym do wy-
znaczania cienkościennych elemen-
tów oraz do całego pakietu defekto-
skopii.

228

MECHANIK NR 3/2011

Rys. 6. Przykłady zastosowań tomografu X TH225

Rys. 7. Tomograf o symbolu Nanotom z serii Phoenix-xray

Rys. 8. Przykłady zastosowań tomografu Nanotom do oceny przed-
miotów wykonanych z: a) tworzywa sztucznego wzmocnionego włók-
nem szklanym, b) kompozytów z włóknem szklanym

Rys. 9. Tomograf o symbolu Tome x L 300 z serii Phoenix-xray

Na rys. 6 przedstawiono przykłady zastosowań.
Tomograf z serii XT H umożliwia wykonywanie pomia-

rów elementów odlewanych (rys. 6a), łopatek turbin
(rys. 6b), plastikowych elementów, w tym przypadku
plastikowych obudów (rys. 6c), a także przeprowadze-
nie oceny jakości montażu zespołów montażowych
(rys. 6d).

Tomografy produkcji firmy
GE Measurement & Control Solutions

Ta niemiecka firma oferuje sześć rodzajów tomografów

Phoenix-xray w opcji 2D z szeregiem odmian i pięć
w opcji 3D [6].

Tomograf Nanotom (rys. 7) należy do najmniejszych

produkowanych przez tę firmę. Może on mierzyć przed-
mioty o masie do 2 kg; pozostałe tomografy z serii 3D –
o masie 10, 50 i 100 kg. Tomograf przedstawiony na rys. 7

wyposażony jest w lampę rtg o na-
pięciu 180 kV (15 W). Zakres po-
miarowy wynosi 6

×

6

″

. Możliwe jest

wykrywanie szczegółów o wymia-
rach nawet 0,5

µ

m. Tomograf jest

wyposażony w matryce detektorów
o rozmiarze 5 megapikseli.

Na rys. 8 przedstawiono przykłady

pomiarów

obiektów

wykonanych

z tworzywa sztucznego wzmocnio-
nego włóknem szklanym (rys. 8a)
o wymiarach włókien 10

µ

m.

Rys. 8b

przedstawia

kompozyt

z włóknem szklanym. Włókna za-
znaczone są kolorem niebieskim,
a matryca z żywicy kolorem po-
marańczowym. Jako ciemne wgłę-
bienia widoczne są obszary pus-
te. Tomograf może mierzyć i badać
elementy z metalu i z tworzyw, np.
koła zębate o niedużych rozmia-
rach.

Tomograf vTome x L300 (rys. 9)

ma zainstalowaną unipolarną mikro-

ogniskową lampę o parametrach 300 kV/500 W przezna-
czoną do silnie absorbujących obiektów. Maks. rozmiar
voxela wynosi 2

µ

m (jest opcja 1

µ

m stosowna w zależno-

ści od wielkości próby). Maks. rozmiar mierzonego obiek-
tu wynosi 600

×

500 mm, a dopuszczalna masa 50 kg.

Tomograf może być wyposażony w liniowy detektor lub
matrycę detektorów z przeznaczeniem do kontroli 2D
oraz 3D. Jest on przeznaczony do zaawansowanych
badań powierzchni (opcja). Jest możliwa analiza warian-
cji, a dzięki zastosowaniu odpowiedniego oprogramowa-
nia – szybkie generowanie danych i rekonstrukcja trój-
wymiarowa.