铸件

铸造行业的计算机断层扫描

铸造行业的典型应用

无论是产品的内部还是外部,CT 扫描都能提供良好的分辨率,这样就可以对工件内外表面进行测量。此外,由于 X 射线的穿透性,CT 扫描不受某些工件特征的影响,例如工件表面的黑暗、反光或透明以及/或物体上的阴影区域,这些特征可能会给其他三维扫描方法造成困难。此外,三维 CT 重建模型可直接与 CAD 模型进行比对,从而显著展示其差异性或共通性。


图中的汽车和卡车柴油机废气再循环 (EGR) 壳体是由 TCDC 铸造的。该部件由铝铸件和两个整体铸造的不锈钢镶件组成。该项目的三个主要目标是测量该部件,检测内部完整性,并将实际制造的铸件与最初设计的 CAD 模型进行尺寸比对。

下图为 TCDC 铝合金铸件的三维 CT 重建图。该模型可以接受实时三维操作,也可以在任何方向上进行切片来做内部检测。重建过程由复杂的算法组成,将二维 X 射线图像栈转换为三维体模型。长度、直径、角度等二维测量数据可以应用于由三维体的切割平面生成的切片。现在,我们可以在不破坏结构内部或组件的情况下测量其任何特性、部件甚至缺陷。

(a) 重建三维 CT 体积,(b) 显示虚拟切片的重建 CT 体积,(c) 根据三维体积重建的表面特性。


三维 CT 重建也可以转化为表面模型。由操作员选择一个放射密度的阈值,并使用边缘探测图像处理算法进行设置。在此基础上,可以构建三维模型并显示在屏幕上。通常,三维模型由数千个多边形组成,最多可达 5000 万个多边形。图像 (c) 显示了带有反射表面的表面重建。 借助生成的表面模型,用户可以使用许多不同的应用程序。输出格式(点云、STL、WRL…)与大多数用于逆向工程应用的 CAD 软件、用于建模的快速原型机、用于仿真的有限元分析软件等兼容。 在大多数情况下,CT 系统生成的多边形网格在上述应用中不需要做任何修改,通常分辨率高于所需的分辨率。但是,为了利用 CAD 软件对 CT 表面模型进行修改或测量,需要对 CT 模型进行处理,使其可编辑。建模软件(例如 Geomagic、Rapidform、Polyworks)提出了将多边形网格转换为 Nurbs 表面和参数化 CAD 模型的半自动工具。





将三维 CT 图像与 CAD 模型进行比对

维度分析是模型比对的一个关键可用应用。由于 CT 在表面上提供了非常精确的尺寸,因此该技术经常用于计量研究。测量可以使用任何 CAD 或计量软件直接在表面上进行,也可以自动将 CT 模型与 CAD 模型进行比对,甚至可以将 CT 模型与另一个 CT 模型进行比对。 对于 TCDC 的铸件应用,不需要对多边形网格进行后期处理。只需要将 CT 表面文件直接与任何其他表面模型(逐字或逐个实体)的尺寸进行比对。 NSI 重建的三维 CT 模型与 TCDC 建立的 CAD 模型的比对。 上面的例子展示了 Twin Cities Die Casting 提供的零件 Solidworks CAD 模型与 NSI 生成的 CT 表面创建的尺寸比对。

一旦两个模型一致,一个简单的三维比对选项将自动创建一个彩色视图,显示两个模型之间的所有维度差异。在上面的例子中,Solidworks 模型与实际 CT 表面(多边形网格)之间的所有尺寸差异都用颜色表示。在 -0.300mm 和 +0.300mm 之间的公差用绿色表示。黄色表示 CT 扫描测量值大于原始 CAD 模型的部位,蓝色表示测量值较小。可以更改公差值和颜色代码,以满足特定的项目或首选项。数值也是一个可用的选项。 CT 扫描现在比以往任何时候都更容易被铸造行业作为可行的工具;用户友好的界面、更快的扫描速度和更低的价格都归功于这项技术的快速发展。获得非常精确的内部尺寸而不破坏零部件,以及与参考模型进行比对的能力是 CT 完全独有的。它没有阴影区,适用于各种形状和表面,不需要后期处理,分辨率非常好。综上所述,最大的好处是能够无损获得物体的三维内部结构,而 CT 是唯一能够实现这种效果的技术。

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