Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Vývoj průmyslové tomografie
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

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.

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

 
 

Další články

Převody/pohony/ložiska/spojky
Renovace a údržba

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: