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)的帶滾動軸承的回轉(zhuǎn)工作臺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)?；凇凹囱b即測”的理念，該CT系統(tǒng)的檢測件定位操作非常簡單，全自動碰撞保護(hù)功能可自動校準(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)工作臺上。該圖為FF20 CT的回轉(zhuǎn)工作臺，包括高精度HSK夾頭的工件座。決定徑向跳動質(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

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)工作臺轉(zhuǎn)動檢測件。優(yōu)點(diǎn)是空載時(shí)回轉(zhuǎn)軸的徑向跳動精度非常高，這對于高精度定位極為關(guān)鍵?！盎剞D(zhuǎn)工作臺空載時(shí)的徑向跳動質(zhì)量也是我們非常重要的要求，但我們還需要讓回轉(zhuǎn)工作臺承載30?kg以內(nèi)的檢測件。這是我們考慮全新方式的原因?！币揽埔暲实南到y(tǒng)工程師Andreas Mecke解釋說：“為此我們開發(fā)了安裝在滾動軸承上的回轉(zhuǎn)工作臺?！?/p>

FF20 CT的回轉(zhuǎn)工作臺承重達(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)致巨大的徑向跳動誤差——這是氣浮軸承的最大弱點(diǎn)?！盇ndreas 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)工作臺的測量系統(tǒng)必須獨(dú)立安裝，降低了系統(tǒng)精度?！昂５聺h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)?！盇ndreas 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?！?/p>

“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?！焙５聺h公司的技術(shù)銷售Christian Marossy說?！敖嵌染幋a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?？蛻裟軗碛写_定的軸承質(zhì)量與測量系統(tǒng)精度?！盋hristian 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?！?/p>

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。很小的啟動扭矩使運(yùn)動更平穩(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?！蓖瑫r(shí)，依科視朗可依賴海德漢在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)滾動軸承方面多年的經(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。