計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)是一種對材料的無損探傷技術(shù)，它具有特有的檢測件三維成像功能。例如，它能精確測量工件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)尺寸，并與CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以檢測是否存在孔洞及其它缺陷。依科視朗國際公司是一家工業(yè)X光與CT(計(jì)算機(jī)斷層掃描)系統(tǒng)的領(lǐng)先供應(yīng)商，其成功開發(fā)了兩款創(chuàng)新的CT系統(tǒng)，它們突出的特點(diǎn)是擁有極高準(zhǔn)確性的檢測結(jié)果。這些CT系統(tǒng)中采用了最新開發(fā)的帶滾動(dòng)軸承的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)以及海德漢公司最新開發(fā)的角度編碼器模塊(圖1)。
圖1 角度編碼器模塊
高精度檢測工件
眾多工業(yè)與科研應(yīng)用需要使用更高性能的CT系統(tǒng)，這就需要對此種特殊的X光技術(shù)有透徹的理解。這正是依科視朗公司自己開發(fā)關(guān)鍵部件或與合作伙伴進(jìn)行密切合作開發(fā)的原因。例如，最新的案例是臥式CT系統(tǒng)FF20 CT及FF35 CT中使用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是與海德漢公司聯(lián)合開發(fā)的(圖2)。依科視朗國際公司產(chǎn)品經(jīng)理Peter Kramm解釋說：“‘臥式’是指X光方向。與醫(yī)用X光系統(tǒng)不同，臥式系統(tǒng)的X光設(shè)備不能圍繞檢測件旋轉(zhuǎn)，而是檢測件旋轉(zhuǎn)360?。”
FF20 CT需要檢測件靠近X光管的外部(圖3)。這樣很小的檢測件也能大倍率地放大。由于微焦點(diǎn)X光管的X光焦點(diǎn)非常小，因此能達(dá)到極高分辨率的檢測結(jié)果。圖像質(zhì)量方面，它能檢測600?nm線距的檢測件，因此它是半導(dǎo)體和電子工業(yè)以及醫(yī)療器械與材料科學(xué)應(yīng)用的理想選擇。
FF35 CT具有非常廣泛的應(yīng)用，它搭載性能強(qiáng)大的X光裝置，檢測件通常位于X光管略遠(yuǎn)的位置(圖4)。這種CT系統(tǒng)也用于檢測重量在30?kg以內(nèi)的鑄件與組件，例如，汽車、電子和航空航天以及醫(yī)療器械行業(yè)中的工件。
兩種CT系統(tǒng)都采用創(chuàng)新和技術(shù)領(lǐng)先的觸控操作系統(tǒng)。基于“即裝即測”的理念，該CT系統(tǒng)的檢測件定位操作非常簡單，全自動(dòng)碰撞保護(hù)功能可自動(dòng)校準(zhǔn)整個(gè)檢測室。該系統(tǒng)全面采用的健康監(jiān)視器提高了系統(tǒng)可靠性，健康監(jiān)視器檢測該系統(tǒng)的部件狀態(tài)與工作時(shí)間。例如，平板電腦或智能手機(jī)的遠(yuǎn)程訪問能力讓用戶可以隨時(shí)查看健康監(jiān)視器信息或查看正在進(jìn)行的檢測。
圖2 檢測件借助工件座放置在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上。該圖為FF20 CT的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，包括高精度HSK夾頭的工件座。決定徑向跳動(dòng)質(zhì)量和測量精度的關(guān)鍵是海德漢公司的角度編碼器模塊
帶滾柱軸承的高精度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)
高精度地定位檢測件是進(jìn)行以上檢測的關(guān)鍵。傳統(tǒng)系統(tǒng)通常采用氣浮軸承的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)檢測件。優(yōu)點(diǎn)是空載時(shí)回轉(zhuǎn)軸的徑向跳動(dòng)精度非常高，這對于高精度定位極為關(guān)鍵。“回轉(zhuǎn)工作臺(tái)空載時(shí)的徑向跳動(dòng)質(zhì)量也是我們非常重要的要求，但我們還需要讓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)承載30?kg以內(nèi)的檢測件。這是我們考慮全新方式的原因。”依科視朗的系統(tǒng)工程師Andreas Mecke解釋說：“為此我們開發(fā)了安裝在滾動(dòng)軸承上的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。”
FF20 CT的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)承重達(dá)20?kg，而更大的系統(tǒng)承重達(dá)30?kg。“關(guān)鍵條件是回轉(zhuǎn)工作臺(tái)帶載后不能壓縮也不能傾倒。帶載后可能導(dǎo)致巨大的徑向跳動(dòng)誤差——這是氣浮軸承的最大弱點(diǎn)。”Andreas Mecke繼續(xù)說道。海德漢公司的MRP角度編碼器模塊在此方面具有突出優(yōu)點(diǎn)。它不僅具有氣浮軸承的優(yōu)點(diǎn)(導(dǎo)向精度高)，也具有滾動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)(剛性大)。氣浮軸承系統(tǒng)的典型傾倒剛性是33?Nm/mrad，而角度編碼器模塊達(dá)到了102?Nm/mrad(FF20 CT)甚至高于1000?Nm/mrad(FF35 CT)。實(shí)際應(yīng)用中，這些參數(shù)性能提供了更高精度和重復(fù)精度的測量結(jié)果。
而且，軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角度偏差必須盡可能小。這需要高精度的旋轉(zhuǎn)測量系統(tǒng)。氣浮軸承回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的測量系統(tǒng)必須獨(dú)立安裝，降低了系統(tǒng)精度。“海德漢解決方案將軸承與測量系統(tǒng)在測量點(diǎn)位置組成一個(gè)剛性連接的且結(jié)構(gòu)緊湊的一體化系統(tǒng)。”Andreas Mecke說。依科視朗的項(xiàng)目經(jīng)理Axel Klein補(bǔ)充說：“這些特性讓我們達(dá)到了比氣浮軸承更高的熱穩(wěn)定性，這是因?yàn)榇朔N組合技術(shù)對受熱影響很不敏感。”
“此外，還避免了安裝傳統(tǒng)軸承系統(tǒng)時(shí)可能存在的誤差。”海德漢公司的技術(shù)銷售Christian Marossy說。“角度編碼器模塊的所有部件都已在出廠前準(zhǔn)確找正了，用戶不需要進(jìn)行專門找正。客戶能擁有確定的軸承質(zhì)量與測量系統(tǒng)精度。”Christian Marossy還談到另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：“該絕對式角度編碼器模塊的EnDat 2.2接口對用戶也是一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。與控制器一起使用后，該接口使用非常方便，因?yàn)閰?shù)很簡單，不需要執(zhí)行軸的回零操作。”
對用戶的另一個(gè)好處是持續(xù)潤滑的滾柱軸承，因此旋轉(zhuǎn)軸可以免維護(hù)。同樣，也不需要定期更換過濾器，這與氣浮軸承系統(tǒng)不同，避免了氣浮軸承固有的壓縮空氣成本。
緊密集成
通常，角度編碼器軸承不能承受載荷。因此安裝時(shí)，必須在應(yīng)用中使用聯(lián)軸器和獨(dú)立的機(jī)器軸承。而新款角度編碼器模塊組合了角度編碼器與高精度軸承，并相互調(diào)整到了最佳狀態(tài)。它的結(jié)構(gòu)非常緊湊并具有極高的測量精度和方向精度，極高的分辨率及最高的重復(fù)精度。很小的啟動(dòng)扭矩使運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn)。這種組合設(shè)計(jì)具有全面的確定性，而且測試合格，操作和安裝都非常簡單。
圖3 配海德漢直線光柵尺的依科視朗FF20 CT。海德漢公司的LIDA 487敞開式直線光柵尺使檢測件能高精度地運(yùn)至X光管前。測量步距只有0.05μm
角度編碼器模塊的軸承由海德漢開發(fā)并在特羅因羅伊特生產(chǎn)。所用的滾動(dòng)軸承為高精度的旋轉(zhuǎn)軸要求進(jìn)行了針對性調(diào)整。突出特點(diǎn)是極高的導(dǎo)向精度、高剛性、小啟動(dòng)扭矩及穩(wěn)定的連續(xù)扭矩。同時(shí)，結(jié)構(gòu)緊湊及重量輕。
海德漢現(xiàn)提供兩大角度編碼器模塊系列產(chǎn)品——MRP 5000系列(35?mm空心軸)與MRP 8000系列(100?mm空心軸)。小尺寸的增量式或絕對式角度編碼器模塊的系統(tǒng)精度為± 2.5"或± 5"，大尺寸為± 1"或± 2"。Christian Marossy說：“依科視朗國際公司是最先采用我們新款帶滾動(dòng)軸承角度編碼器模塊的用戶之一。這些全新編碼器的開發(fā)也考慮了來自依科視朗的許多要求——如負(fù)載要求。”同時(shí)，依科視朗可依賴海德漢在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)滾動(dòng)軸承方面多年的經(jīng)驗(yàn)。多年來這些軸承已應(yīng)用于大多數(shù)海德漢高精度角度編碼器中。
圖4 新一代CT系統(tǒng)——YXLON FF35 CT
詳細(xì)檢測的計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)
計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)能將檢測件三維成像。它擁有廣泛的應(yīng)用，例如，高精度孔洞和壁厚分析、確定幾何公差、通過比較CT數(shù)據(jù)與樣件數(shù)據(jù)或直接比較CAD數(shù)據(jù)的名義值與實(shí)際值的計(jì)算等。計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)不僅檢測結(jié)果精度高于X光成像技術(shù)，還能提供有關(guān)生產(chǎn)過程的高價(jià)值信息。典型優(yōu)點(diǎn)包括顯著加快新件或新模塊的初次取樣速度并通過CT監(jiān)測生產(chǎn)過程提高生產(chǎn)產(chǎn)能。
