Industriële Computertomografie of CT-scannen is een vorm van niet-destructieve 3D-scanning of testing (NDT). Het stelt je in staat om zowel het volledige buitenoppervlak als de interne structuur van een object vast te leggen zonder het te hoeven vernietigen.
Wij maken veel gebruik van deze techniek in onze meetdiensten voor bijvoorbeeld de kwaliteitsinspectie van kunststoffen, maar ook 3D geprinte metalen objecten, assemblies en nog vele andere zaken kunnen op deze manier geïnspecteerd worden.
Aangezien de meeste objecten die we voor onze klanten scannen onder een geheimhoudingsverklaring (NDA) vallen, hebben we een speelgoedauto voor kinderen gekozen, die uit verschillende plastic onderdelen is opgebouwd, om het volledige CT scanning proces te laten zien.
Met de scangegevens van dit object kunnen we enkele principes illustreren en dieper ingaan op de verschillende resultaten van industriële CT-scans.
Bekijk onze casestudy van de CT-scan van een plastic speelgoedauto om meer resultaten van deze scan te ontdekken.
De speelgoedauto bestaat uit verschillende plastic blokken die in elkaar klikken. Dit betekent dat het een vrij complexe assemblage is, en er valt veel te ontdekken met CT-scannen.
Typische inspecties omvatten:
- Vervormingen van de losse onderdelen in vergelijking met de geassembleerde versies
- Afmetingen van zowel de individuele elementen als de complete assemblage
- Porositeit of insluitingen in het materiaal
- Passingen en openingen (of afdichting) tussen verschillende componenten
Een CT-scan levert ook een zeer complete en uiterst gedetailleerde waterdichte dataset op.
Met een meer traditionele optische scanner zou het onmogelijk zijn om de volledige vorm vast te leggen vanwege line-of-sight beperkingen. Je krijgt dan een onvolledige scan met gaten, en het zal tijd kosten om deze waterdicht te maken voor verdere verwerking, bijvoorbeeld voor 3D printing.
Het X-ray CT scanning proces
Het volledige X-ray CT scanning proces bestaat uit 3 verschillende stappen:
- Verzamelen van de X-ray beelden
- 3D CT volume reconstructie
- Polygonisatie of berekenen van de surface data
Verzamelen van de X-ray beelden
Röntgenbeelden zijn een bekende techniek uit de medische wereld. Als je een gebroken arm hebt, ga je naar het ziekenhuis en daar maken ze een röntgenfoto om te zien waar en hoe je bot is gebroken. Het resultaat is een typisch zwart-witbeeld, waarbij de dichtere materialen (zoals je botstructuur) wit verschijnen en de omringende lucht bijvoorbeeld zwart.
In feite speelt niet alleen de dichtheid een rol, maar ook de attenuatiecoëfficiënt van een materiaal.
Dit vertelt je hoeveel de intensiteit van de röntgenstraal wordt verminderd wanneer deze door een bepaald materiaal reist. Deze waarde is nauw gerelateerd aan de dichtheid van dat materiaal.
Bovendien worden meer röntgenstralen geabsorbeerd wanneer er meer materiaal doorstraald wordt in vergelijking met minder materiaal van dezelfde attenuatie, wat betekent dat deze plek op het beeld witter zal zijn.
In een CT-scanner heb je een röntgenbron, een draaitafel en een detector.
De röntgenbron produceert een kegelbundel van röntgenstralen die op de detector vallen.
Tussen deze twee componenten bevindt zich een draaitafel.
Het object dat gescand moet worden, wordt op deze draaitafel geplaatst.
Wanneer je een scan start, maakt het systeem eerst een röntgenbeeld en draait het object vervolgens een beetje met behulp van de draaitafel voordat het volgende beeld wordt genomen.
Meestal worden tussen de 1.000 en 3.000 röntgenbeelden gemaakt tijdens een volledige rotatie van 360 graden.
3D CT volume reconstructie
Het nadeel van een röntgenbeeld is dat de geometrie van het volledige object wordt afgebeeld op een 2D-beeld. Kenmerken die zich aan de achterkant van het object bevinden, overlappen met kenmerken aan de voorkant. Dit maakt het soms moeilijk om een enkel röntgenbeeld te interpreteren, en daarom is het ook niet erg nuttig voor meetdoeleinden.
Bij het reconstrueren van een 3D CT-volume gaat de computer van een bundel platte 2D-beelden naar één compleet 3D-volume.
Dit 3D-volume kun je zien als een grote doos gevuld met kleine kubussen. Elke kubus wordt een voxel genoemd en heeft een bepaalde grootte (de voxelgrootte of resolutie van de CT-scan). Elke voxel heeft een bepaalde grijstint die overeenkomt met de attenuatiecoëfficiënt van dat specifieke stukje materiaal.
Alles wat zich in het 3D-volume bevindt, kan in 3D worden weergegeven, maar je kunt het volume ook virtueel doorsnijden en een 2D-weergave van deze doorsnede bekijken.
Polygonisatie of berekenen van de surface data
In de laatste stap van het proces gaan we van een 3D-volume van voxels naar een oppervlak van driehoeken of een mesh.
Om dit te doen, zoekt de software naar de verschillende materialen in een CT-scan en berekent de grens tussen deze materialen. In de onderstaande afbeelding kun je bijvoorbeeld een zwart (lucht) en een wit (plastic) gebied zien. Er is ook een bepaalde overgang of gradiënt tussen zwart en wit. Waar deze gradiënt het steilst is, bevindt zich het oppervlak. Dit wordt weergegeven door een rode lijn in de screenshot. Deze rode lijn wordt berekend op sub-voxelniveau, wat betekent dat de nauwkeurigheid niet beperkt is tot de resolutie van de scan, maar ongeveer 10X zo nauwkeurig is.
Het resultaat is een waterdichte, zeer gedetailleerde 3D-oppervlaktemesh.
