Témata
Reklama

Vývoj průmyslové tomografie

Tomografie jako zobrazovací metoda vznikla brzy po zavedení rentgenografie do praxe, a to jak (převážně) lékařské, tak průmyslové. Smyslem vytvoření tomografického záznamu – tomogramu – bylo zachytit řez zobrazovaného objektu, nejčastěji ukrytého ve hmotě, která jej obklopuje tak, aby na tomto řezu byl zřetelný obrys jeho tvaru. Řada takovýchto řezů pak umožnila učinit si představu o skutečném tvaru a umístění objektu.

První tomografy pracovaly na principu kývavého pohybu rentgenky a kazety s rentgenovým filmem, umístěných na společné ose. Kývání probíhalo okolo osy kolmé ke spojnici rentgenka–film a způsobovalo rozmazání všeho, co bylo umístěno nad a pod rovinou procházející osou kyvu. Relativně ostré pak zůstalo zobrazení v rovině, kterou osa kývání procházela. Posunutím objektu se postupně dalo zobrazit více rovin řezů daným objektem. K zajištění větší ostrosti zobrazené vrstvy byly postupně vyvinuty různě složité pohyby rentgenky.

Reklama
Reklama
Reklama

Vznik počítačové tomografie

Velkým krokem vpřed bylo nahrazení rentgenového filmu jako záznamového média elektronickými snímači. To umožnilo pracovat s daleko větším rozlišením, vyšší citlivostí a současně přineslo výhody zrychlení zpracování a následného sdílení záznamů i možnosti dalšího SW zpracování. Zapojení všech těchto možností zpracování vedlo k vyvinutí současné počítačové tomografie, která je využívána jak v medicíně, tak v průmyslových aplikacích. Původní různě složitý kývavý pohyb rentgenky a snímače byl nahrazen pohybem kruhovým (obr. 1), který umožňuje objekt „rozřezat“ na mnoho vrstev a následně řezy spojit a vytvořit tak dvoj- či trojrozměrné zobrazení objektu.

Schéma pohybu rentgenky a snímače okolo objektu při počítačové tomografii. (Zdroj: Wikipedie)

Současné rozdělení tomografie

Podle využití různých fyzikálních zdrojů pro zobrazení lze dnes tomografii dělit na mnoho metod. Při podrobném výčtu možností lze napočítat až 35 různých aplikací, avšak základním rozdělením by mohlo být následující:

  • rentgenová tomografie;
  • výpočetní tomografie (CT – Computed Tomography);
  • magnetická rezonance;
  • optická koherentní tomografie;
  • pozitronová emisní tomografie;
  • seizmická tomografie;
  • ultrazvuková tomografie;
  • jednofotonová emisní tomografie.

Dnes jsou tyto aplikace široce používány hlavně v lékařství, ale také v archeologii, biologii, geofyzice a mnoha dalších vědách. Jsou založeny na matematické metodě zvané tomografická rekonstrukce. V průmyslu se setkáme hlavně s počítačovou a ultrazvukovou tomografií.

Příklad zobrazení vad v plastové součástce s využitím barevného zvýraznění. (Zdroj: Sborník konference Měřicí technika pro kontrolu jakosti – Plzeň)

Základní omezení tomografie

Hlavním omezením výpočetní tomografie je hustota a tloušťka materiálu, z něhož je vytvořen zkoumaný předmět. Druhou stránkou omezení je potom vlnová délka použitého záření. Vztah mezi vstupní a výstupní intenzitou rentgenového záření je dán vztahem

I0 / I = e μd,

kde I0 je hodnota vstupní intenzity záření, I je hodnota výstupní intenzity, d je tloušťka materiálu a μ je lineární součinitel zeslabení (ČSN ISO 31-10).

Zkoumaný předmět je v jedné rovině prozářen z nejrůznějších úhlů a vytvoří se tak několik set projekcí. Úkolem softwaru počítače je zrekonstruovat plošný řez vyšetřovaným objektem. Jde v podstatě o vyřešení rozsáhlé soustavy rovnic. Zkoumaný řez je tedy pokryt maticí objemových elementů, tzv. voxelů, a výsledek řešení soustavy rovnic spočívá v přiřazení skutečného koeficientu oslabení či absorpce záření každému voxelu. Vznikne tak 2D zobrazení daného řezu. Následně se provede řada obdobných „řezů“ s určitým posunem a software počítače pak sumací těchto řezů vytvoří 3D zobrazení zkoumaného předmětu nebo jeho části. V praxi se k řešení této úlohy, tzv. obrazové rekonstrukce, používá Radonova transformace.

CT obraz

Výsledkem CT zobrazení v technické praxi je snímek kompletně zobrazující povrchové (i skryté) a vnitřní tvary vlastního předmětu i případných vad (obr. 2). Rozsah informací, které může vhodný software z naměřených dat získat, je velmi široký, od velmi přesného proměření jakýchkoli rozměrů, přes rozložení, tvar a velikost vnitřních vad až po zjištění hustoty, zhutnění či naopak zředění materiálu. Je možné si ke zvoleným parametrům přiřadit také tolerance rozměrů, tvaru a polohy s tím, že software je schopen například barevně upozornit na jejich překročení nebo jiné nedodržení. Ve 3D zobrazení je možné si zkoumanou součástku prohlížet v téměř libovolném zvětšení, pokud to dovolí zvolená velikost voxelů.

Mimo to se zde nabízejí nové možnosti k měření sestav. To až doposud vyžadovalo rozebrání nebo zničení celkové sestavy. Nyní může operátor vyhodnotit sestavu vizuálně nebo měřit rozměry a posun mezi jednotlivými komponenty.

Měření pomocí CT trvá od několika málo minut až po několik hodin, a to v závislosti na požadovaném rozlišení a velikosti vzorku. Čas měření lze významně zkrátit snímáním několika vzorků najednou. S využitím automatického zakladače vzorků může CT snímat současně velké množství dílců bez nutnosti zásahu operátora. Lze tak například využít noční směny nebo víkendy. Je-li automatický zakladač umístěn za krytem radiační ochrany, zrychlí se doba potřebná k expozici o dobu nezbytnou pro zahřívání, zapnutí a vypnutí rentgenky.

Současná realizace průmyslových CT

Dnešní provedení průmyslových CT přístrojů nejčastěji představuje zařízení umístěné do zavřené skříně, jejímž hlavním účelem je odstínit použité rentgenové záření tak, aby neohrožovalo obsluhu přístroje.

Jeden z typů zařízení CT pro průmyslové využití. (Zdroj: Sborník konference Měřicí technika pro kontrolu jakosti – Plzeň)

Přesnost zařízení

Pokud CT přístroj maximálně využije všech možností eliminace, které omezují přesnost výpočtů, lze dosáhnout maximálně přípustné chyby MPE E1 = (0,5 + L/500) µm nebo MPE E = (2,5 + L/150) µm. Diamantové terčíky trubic a detektory s vysokým počtem obrazových bodů napomáhají výpočetní tomografii dosáhnout rozlišení v rozsahu 1/10 µm. Takových parametrů dosahují například zařízení firmy Werth Messtechnik GmbH nebo TomoCheck.

Je rovněž zřejmé, že sebepřesnější souřadnicové měřicí stroje (CMM) nejsou schopny zajistit správné výsledky, pokud by byly použity k měření pružných materiálů, jako je třeba pryž. Tento problém u CT nenastává.

Princip průběžného nedestruktivního zkoušení průběžné řady vzorků. (Zdroj: Sborník konference Měřicí technika pro kontrolu jakosti – Plzeň)

Toto krátké sdělení má za cíl pouze naznačit vývoj metody rentgenové tomografie vedoucí až k současným možnostem využití průmyslového CT k nedestruktivní kontrole mnoha parametrů během jedné zkoušky s možností archivace výsledků i jejich následným zpracováním v technologických analýzách vedoucích ke zvýšení kvality výsledného produktu. Průmyslové CT představuje moderní metodu kontroly výrobků, která sdružuje mnoho metod a mnohonásobně je ve svém důsledku předčí.

Česká metrologická společnost

Ing. František Hnízdil

hnizdil.frant@seznam.cz

www.csvts.cz/spolky/cms

Něco navíc

Chcete se dovědět více?

https://cs.wikipedia.org/wiki/Rentgenov%C3%A1_tomografie

https://cs.wikipedia.org/wiki/V%C3%BDpo%C4%8Detn%C3%AD_tomografie

https://cs.wikipedia.org/wiki/Magnetick%C3%A1_rezonance

https://cs.wikipedia.org/wiki/Optick%C3%A1_koherentn%C3%AD_tomografie

https://cs.wikipedia.org/wiki/Pozitronov%C3%A1_emisn%C3%AD_tomografie

https://cs.wikipedia.org/wiki/Seismick%C3%A1_tomografie

https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Ultrazvukov%C3%A1_tomografie&action=edit&redlink=1

https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Jednofotonov%C3%A1_emisn%C3%AD_tomografie&action=edit&redlink=1

https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Tomografick%C3%A1_rekonstrukce&action=edit&redlink=1

https://cs.wikipedia.org/wiki/Radonova_transformace


Reklama
Vydání #11
Kód článku: 181119
Datum: 14. 11. 2018
Rubrika: Inovace / Měření
Autor:
Firmy
Související články
Lesk a bída českých obráběcích strojů

Česká republika, resp. tehdejší Československo, mělo bohatou historii ve výrobě obráběcích strojů. Kde v období největší slávy byli ve svých inovačních počinech současní světoví lídři, když např. kovosviťácký konstruktér Ladislav Borkovec se již v roce 1977 začal zaobírat myšlenkou multifunkčního soustružnicko-frézovacího stroje? Přes dřevěný kinematický model, který si vytvořil doma v dílně, vedla dlouhá cesta až k prototypu prezentovanému  na EMO v Paříži v roce 1980. Po vyrobení 45 strojů řady MCSY, které nenazval nikdo jinak než „Boháro“, byla z ekonomických důvodů a nedostupnosti kvalitní řídicí elektroniky bohužel výroba v tehdejším Kovosvitu ukončena. Dva bývalé kovosviťáky, srdcem i duší, Jiřího Mindla a Vladislava Čítka, jsem díky jejich letitým zkušenostem celoživotního zasvěcení oboru obráběcích strojů požádal o rozpravu nad současným stavem tuzemského oboru výrobních strojů a nad tím, jaké jsou jeho případné perspektivy.

Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

Související články
On-line diagnostika strojů zabraňuje neplánovaným odstávkám

Tomáš Kozelský je manažerem Centra servisu a vibrodiagnostiky SKF CZ, které se nachází v Ostravě. Společně jsme si povídali o poskytovaných servisních službách, jejichž důležitou součástí je on-line monitorování a diagnostika strojů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Optimalizace péče o ložiska zabraňuje odstávkám výroby

Ložiska jsou vysoce namáhanými součástmi pohonů, které v průběhu času podléhají opotřebení. S ohledem na to je zvláště důležité zahrnout je do plánů údržby, protože tato strategie pomáhá prodloužit životnost strojů nebo zařízení.

Monitoring stavu ložisek zlepšuje proces broušení

Sledování stavu ložisek není jen způsob, jak včas zjistit potřebu jejich výměny, ale také způsob, jak si udělat obrázek o stavu celého stroje nebo zařízení. Pro ilustraci výhod služby CMS (Condition Monitoring Service) od firmy NSK budou uvedeny dva příklady jejího využití pro brousicí stroje.

Nová koncepce dvoupotrubních centrálních mazacích systémů

Oproti jiným typům ztrátových centrálních mazacích systémů, dále jen CMS, mají dvoupotrubní mazací systémy zásadní přednost v tom, že dávkovače jsou plněny novým mazivem přetlakově. To je předpoklad pro spolehlivé mazání strojů a strojních zařízení.

Digitalizace ve vlastní výrobě i u zákazníků

Termín digitalizace v současné době vzbuzuje zájem jak na straně výrobců, tak se pravidelně objevuje také v médiích. Firma SKF klade důraz na včasné kroky směrem k digitalizaci nejen v rámci řešení orientovaných na zákazníka, ale také ve vlastní výrobě.

Pět nejčastějších příčin selhání ložisek v elektromotorech

Valivá ložiska patří k nejdůležitějším součástem většiny strojů. Z tohoto důvodu jsou na jejich parametry (únosnost, přesnost chodu, hlučnost, tření, třecí teplo, trvanlivost a spolehlivost) kladeny vysoké nároky. Valivá ložiska se tedy zcela přirozeně stala velmi důležitou součástí strojů a postupem času také předmětem rozsáhlých výzkumů a neustálého zdokonalování.

Repase ložisek jako součást cirkulární ekonomiky

Během několika posledních let se o konceptu tzv. cirkulární ekonomiky hodně mluví. Je naprostým opakem ekonomiky lineární, ve které se získané zdroje použijí do produktů a nakonec vyřadí. Cílem cyklické alternativy je ekonomická produkce méně závislá na využívání zdrojů. Zaměřuje se na menší spotřebu materiálu, větší využití výrobků a lepší recyklaci materiálů.

CIMT je v Číně, Čína je na CIMTu

Při letošním ročníku došlo na CIMT k významné změně. Evropští i američtí vystavovatelé byli přemístěni z hal tzv. západních do východních. Proč, to se mi nepodařilo zjistit. V reportáži před čtyřmi lety jsem umístění evropských a asijských firem popisoval s notnou nadsázkou, a tak si tuto změnu vysvětluji po svém – vystavovatelé si přečetli mé zpravodajství z výstaviště?. Také platí, že není pavilon jako pavilon. Standardy úklidu v halách, stravovacích prostorech, na toaletách byly v pavilonech, kde byla německá a švýcarská expozice, bližší evropským zemím než asijským. A o tom je jedna z čínských mentalit – jaké standardy mají být, ty jim musejí být ukázány, resp. nadiktovány či nařízeny.

Prediktivní údržba 4.0

Smyslem prediktivní údržby je předpovědět stav výrobních zařízení a odhalit potenciální poruchu. Prediktivní údržba rozšiřuje běžné monitorování stavu o pohled do budoucnosti strojů a nabízí tak možnosti, jak zvýšit efektivitu a snížit celkové provozní náklady. Digitalizace přináší nové možnosti řešení servisní údržby.

Vlastnosti moderních plastických maziv

Průmyslová odvětví neustále vyhledávají plastická maziva, jež nabízejí nejkvalitnější technické parametry mazání – lepší mechanickou stabilitu, zvýšenou odolnost vůči smyku a vodě, účinnější ochranu proti korozi a stálý výkon jak při vysokých, tak nízkých teplotách.

Technická podpora očima aplikačního inženýra

V minulém vydání nám Ing. Jan Klement, technický ředitel společnosti SKF CZ, představil profesi aplikačního inženýra. Druhá část třídílného seriálu přináší další pohled (nejen) na aplikační inženýrství.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit