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X射线检验技术在汽车工业中的应用

发布时间:2016-11-17 阅读:0次

X射线是一种历史悠久的检测技术,可以追溯到一百多年前。德国科学家伦琴于1895年发现X射线,Röntgenmüller公司同年生产了世界上第一个X射线管产品。其最初的应用主要是医学领域,在此之后为人类的健康服务了一个多世纪,直到今天仍然在医学领域发挥无可替代的作用。
 
直到X射线发明三十年后,飞利浦公司于1930年推出了首台工业无损检测用X射线系统。 自1930年至今,X射线检测技术已经发展成为最主要的无损检测技术之一。 
 Röntgenmüller公司生产世界第一只X射线管
X射线技术为汽车零部件生产过程中提高效率和改善质量做出了巨大贡献,特别是各种类型的铸造件,车轮和轮胎。用射线进行检测能得到非常精确的结果,并且不会对检测对象有丝毫损坏。对塑料制造的零部件也能得到同样的效果。 
 
1930年飞利浦公司的工业射线检验装置
随着计算机技术的发展,X射线无损检测技术也向快速化、标准化、数字化、程序化和规范化的方向发展。高灵敏度、高可靠性、高效率的射线检测设备不断出现。将现代机器人技术、自适应技术、自动控制技术、计算机断层扫描(CT)技术和CAD/CAM等技术与射线检测技术有机结合,再现被测工件内部质量信息,将检测过程贯彻到设计、制造以及使用的全过程,极大地提高了质量控制能力。
 
铸造件射线检验
当前的汽车工业中,铝铸件的市场在稳步增长,特别是一些关键的安全部件其生产厂商必须保证其产品的质量,而铝铸件的砂眼或其他内部隐蔽缺陷可能会对其最终用户造成巨大的损失。X射线图像使得许多缺陷及其成因一目了然。使用自动化数字X射线无损检测系统可以实现在线100%的检查,从而实现零缺陷率。

铸造件的壁厚在不断减薄以减轻其重量,于此同时对铸造件的质量及制造周期的要求却越来越高。 这也是近年来在铸造业中,铸件的射线检验越来越重要的原因。常见的需射线检验的铸件如:汽缸体,缸盖,转向机壳体,车轮支撑等。重点检查气孔,疏松和零件缺失。为铸件检验设计的设备包括铸件的人工装载工件进行视觉检验直到能够集成到生产过程中的全自动装载工件的计算机缺陷识别系统。也包括带机械臂的设备和针对整个铸件托盘的检验设备。
 
采用X射线技术的专业检测系统能满足不断提高的质量保证要求。这样的系统必须满足如下的技术要求:
       - 生成一组高清晰度的X射线图像,以准确探测检测物中的夹渣、砂眼、气孔和疏松等质量问题。
       - 适用于几乎所有零件尺寸的灵活通用的检测系统、快速简便的装载工件、灵活的检测程序
      - 能够把最新的技术运用到原型开发中,以加快开发速度,例如使用可选CT扫描(计算机断层扫描)技术;
    - 在缺陷自动识别技术(ADR)和CT扫描等全自动检测技术的辅助下,能够精确地检测铸造零部件;
 
一个特别的例子是,检验TDI发动机的活塞,它的底部带有特殊的冷却油通道,机油在运转过程中流过通道进行散热。这种活塞的制造过程需要在铸造模具中加入盐芯,随后将其冲出。在铸件的生产过程中,盐芯的破裂,损坏,错位或不完全去除都与可能发生,从而在装车后因活塞中冷却油流动受阻而造成发动机过热损坏。在生产过程中引入了全自动铸件射线检验后,可以生产过程中发现是否有冷却通道缺陷或盐芯残留。
 
下面的例子来自德国一家知名生产汽车用铸造件的企业,要求检测的产品是铝合金缸体。检测目的是缩孔,裂纹和疏松。我们为这个项目提供了带机械手的自动射线检验设备,其主要特点为编程快速且简便;检测速度快;系统稳定可靠,从而很好地完成这个检验过程。 
  
依科视朗MU56全自动射线检验设备 
 
射线轮毂检验
轮毂是一个高安全标准的产品。其内部微小裂缝或隐藏缺陷都可能造成严重的交通事故,危害生命财产安全。因此,在轮毂生产的过程中,必须经过严格检查。X射线检测技术能深入其内部,发现所有影响安全的缺陷,是在生产过程中对铝轮毂进行检验的标准方法。
 
目前生产的轮毂多数为铝制,不仅使车辆重量更轻也更美观。由于铸造过程不能保证没有偏差,尽管采用了目前最先进的铸造设备,材料内部的缺陷如气孔和疏松也不能完全避免,留下日后的安全隐患。为此在几十年前就在轮毂生产中引入了射线检验,以发现轮毂中的内部缺陷。 
  
飞利浦公司70年代生产的轮毂检验设备                                                                  
依科视朗公司现今生产的全自动计算机缺陷识别轮毂检验设备
铝轮毂X射线探伤设备采用的是工业实时成像系统,使用的X射线管为160KV的金属陶瓷管,能穿透130mm以上的铝合金,并能清晰地观察到疏松、针孔等缺陷。现今的射线检验设备具有人工缺陷识别和全自动计算机缺陷识别,能够在机械加工之前和之后对轮毂进行全面检验,以达到质量控制的目的。此类设备以带自动识别功能的X射线探伤设备使用效果最好,是主选设备。考虑到生产的自动化程度,在设备的进出口端要有输送辊道系统,合格品与非合格品能够自动分离,带有生产统计软件功能的设备是行业中的应用发展趋势。
轮毂检验设备要求检验速度快,
 
检测结果高可靠性。完全满足汽车制造商的实际要求规范,如奥迪,大众,宝马,通用,戴姆勒,克莱斯勒等世界知名汽车制造商,依科视朗的射线检验系统正在帮助众多客户获得欧美市场OEM订单轮毂射线检验图片

X射线轮胎检验  
轮胎是一个安全标准很高的产品。因此,在一个轮胎完成生产的过程中,必须经过严格的质量检查。X射线检测技术速度快,检查全面,成为生产和质量控制的一个重要部分。X射线是在生产过程中对轮胎进行检验的标准方法。 
轮胎结构的复杂性使得在生产过程中的偏差会严重影响到产品质量。为此在几十年前就在轮胎生产中引入了射线检验,对轮胎进行抽检或全检以发现轮胎中的内部缺陷,以达到质量控制的目的。
典型轮胎检测系统可以对轮胎进行胎圈到胎圈范围的无盲区的射线检测,图像系统在高清晰度显示器上显示轮胎的内部结构。系统可以检测轮胎的所有结构缺陷,比如胎体帘线间距和反包高度,带束层钢丝差集,析开或重叠以及胎圈钢丝的变形等。系统满足可确保图像质量的ASTM轮胎射线标准F1035。为不同产品而设计的检验设备能够完成对轿车胎,载重轮胎和工程轮胎的检验。
 
依科视朗公司轮胎检验设备Y.MTIS
依科视朗公司独有的自动缺陷判别系统AXIS 可以排除人为因素的影响,保证提供最可靠,最一致和最稳定的检测结果。AXIS 通过最大程度地降低操作者疲劳或缺席大大提高生产效率,使用户在非常高的检测速度下保持检测结果的一致性。 

计算机断层扫描系统(CT)
人们通常所说的CT实际上就是指X射线CT,即“X射线计算机断层扫描术”,最早出现于70年代,如今这种技术已经广泛应用于医学临床,成为诊断疾病的重要手段。X射线是医用CT和工业CT的基础。直到90年代,CT技术才开始用于工业检验领域。
CT系统的主要功能包括:
- 精确高效缺陷检验和分析,缺陷位置和尺寸的空间信息
- 内外尺寸无损伤测量
- 三维图像中包含了样品所有几何尺寸和密度信息
 
- 可提供试制样品的CT图像和设计CAD图纸的比较, 从而优化制造工艺缩短试制周期

三维尺寸测量及公差表示
实际尺寸与CAD图纸比对,误差以不同颜色表示
 
用计算机断层扫描(CT)设备对铸件进行检验
 
在试生产零件中应用计算机断层扫描(CT)能够进一步提高生产效率。CT可以对样件进行深入的质量分析,从而缩短试制周期并减低成本。当试生产件扫描完成后,收集到的单元数据可以用来进行各种分析。对数据进行重建可得到二维和三维图像进行材料和缺陷分析,以及对三维尺寸进行分析与设计图进行比对从而对尺寸偏差进行纠正。
在对材料和缺陷进行分析时,CT系统不受气孔和疏松本身的几何形状和在样件中所处位置的影响.
与接触式测量和光学方法测量不同,计算机断层扫描不仅能测量物体的外表面的几何尺寸,而且能够测量铸件的内表面或者是无法接触的部位的几何尺寸。
更进一步,对样件的三维分析能够将实际样件与原始设计图进行比较,在三位视图用颜色表达样件与原始设计的偏差。样件上的磨损,变形都能够显现出来。 
 
用计算机断层扫描(CT)设备对轮毂进行检验
 
通过计算机断层扫描使轮毂检验更进一步,对轮毂的三维解析可以对缺陷的位置,尺寸和出现频率进行准确评价。虚拟断面的材料密度分析可以帮助对轮毂铸造缺陷的检测。
CT的测量功能使得耗时且昂贵的解剖检测成为过去。一份有关轮毂的三维几何尺寸和内部缺陷的详尽检验结果可以在几分钟内完成。这对于在争分夺秒的铸造过程和新轮型的开发过程都显得尤为重要。在自动缺陷分析软件中,判废的标准如缺陷的尺寸,分布和类型等均能自由设置。

用计算机断层扫描(CT)设备对轮胎进行检验
计算机断层扫描可以在轮胎开发和测试过程中起到明显作用。借助CT在某些测试条件下的数据,分析轮胎内部的钢丝和帘布的状态。计算机断层扫描还可以测量轮胎和车轮的内,外几何尺寸。从生产过程中轮胎获得的信息通过CT数据与原始结构设计进行比较,提供宝贵的数据和显示重要的结论以便对生产工艺进行必要的修正。通过加载装置给轮胎模拟负荷,研究其在加载状态下的变形行为。模拟加载状态下的CT数据可以用于轮胎的进一步开发研制。 
 
应用实例
几年之前,德尔福公司就在考虑将医学领域中使用的CT计算机扫描技术应用到汽车工业领域中。研发人员想利用X光扫描技术对汽车零部件进行数字化分析,并将工件扫描得到的数据与CAD设计数据进行比较,在计算机的屏幕上进行质量分析和制造公差的检验。
X射线扫描被测样件,首先形成“普通”的X光照片,然后合成为三维的点状数据群。该CT扫描图像是被测工件与
三维数据相互比较的基础,最后,图像单独作为设计数据
4年时间过去了,工程师们基本实现了预定的目的。第一台计算机CT扫描设备已于2005年投入使用,并已经成为汽车连接技术重要的研发工具,在德尔福公司的三大领域中有着广泛地应用:即模具制造的优化;设计与工件的可视化对比,复杂几何尺寸的测量;利用X射线揭示隐藏的运动过程。
在汽车领域中的应用
应用计算机CT扫描技术可以进行非常有效的测量,而测量也是这种技术最重要的功能。经验证,CT扫描技术不但能够满足汽车连接件中典型的测量任务(尺寸测量、材料检验),并且还有着很好的可重复性能和可再现性能。根据德尔福公司的报告,CT扫描技术的应用将使产品研发过程中复杂零件的检测从3~4周缩短到几天,这将是测量技术和质量检验技术的一次革命;同时,CT技术在扫描工件的同时就可以把数字化信息数据保存起来。因此,在上述检测中,费时费力的书面检测记录也将被完全省略。除此以外,德尔福公司还保证该技术可以在全球的企业中作为标准而实施,有优秀的开放性。
依科视朗国际射线有限公司为德尔福提供的CT系统

结语
随着科技进展的步伐,X射线这一古老的检测技术也在不断完善。今后的发展将主要集中在数字化技术,采用X射线数字接收器(如非晶硅平板X射线接收器,线阵列探测器)替代模拟的图像增强器和X射线胶片,以达到更佳的图像效果;计算机缺陷识别技术,替代人眼做出判断以消除人为的检验误差;以及计算机断层扫描技术,以三维图像表达缺陷的形式,尺寸和位置而同时无损地测量材料的三维几何尺寸。随着计算机科学的进步,计算机断层扫描技术的在线应用也为时不远了。这一切都给我们带来明天以更低的成本,但更安全而高效的出行。
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