Procedimiento y tomógrafo computerizado por rayos X para la comprobación no destructiva de objetos constituidos por capas de material por medio de tomografía computerizada por rayos X.

Procedimiento para la comprobación no destructiva de objetos constituidos por capas de material por medio de tomografía computerizada por rayos X, que comprende las etapas de:

- facilitar un objeto

(2) que va a comprobarse y constituido por varias capas de material (14 a 17),

-- extendiéndose las capas de material (14 a 17) esencialmente de manera paralela a un plano x-y (E) que está definido por una dirección x y una dirección y que discurre de manera perpendicular a ésta,

-- estando dispuestas las capas de material (14 a 17) por estratos una sobre otra en una dirección z que discurre de manera perpendicular al plano x-y (E) y

-- presentando las capas de material (14 a 17) en cada caso una dirección de estructura (19 a 22) que discurre esencialmente de manera paralela al plano x-y (E),

- determinar datos de proyección del objeto (2) mediante irradiación del objeto (2) con radiación de rayos X (9) y detectar la radiación de rayos X (9),

- reconstruir datos del objeto a partir de los datos de proyección, reproduciendo los datos del objeto al menos una parte del objeto (2),

caracterizado por

una evaluación de los datos del objeto de manera que

- a partir de los datos del objeto a lo largo de varias direcciones de evaluación (Aj) que discurren de manera paralela al plano x-y (E) y en varias posiciones (Si) en dirección z se determinan desarrollos de valor de grises (Gij) y

- se determinan y se evalúan desarrollos de gradiente (Rij) correspondientes a los desarrollos de valor de grises (Gij).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/006476.

Solicitante: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V..

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: HANSASTRASSE 27C 80686 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: HASSLER,ULF, REHAK,MARKUS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de materiales por la utilización... > G01N23/04 (y formando una imagen)

PDF original: ES-2458096_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento y tomógrafo computerizado por rayos X para la comprobación no destructiva de objetos constituidos por capas de material por medio de tomografía computerizada por rayos X

La invención se refiere a un procedimiento y a un tomógrafo computerizado por rayos X para la comprobación no destructiva de objetos constituidos por capas de material por medio de tomografía computerizada por rayos X.

Los componentes de material compuesto de fibras cobran cada vez más importancia debido a sus propiedades de peso y resistencia en la industria aeronáutica y astronáutica así como en la industria automovilística. La fabricación de componentes de material compuesto de fibras se realiza de manera que varias capas de material configuradas como capas de fibras se disponen una sobre otra para dar las denominadas preformas, que se infiltran entonces en un molde con resina y se endurecen con presión y calor para dar los componentes de material compuesto de fibras. Las preformas están compuestas normalmente por de 4 a 32 capas de fibras individuales estratificadas una sobre otra, presentando cada capa de fibras una orientación individual. Las capas de fibras individuales están constituidas, por ejemplo, por haces de fibras tejidos entre sí o cosidos por estratos entre sí, presentando los haces de fibras por regla general dos orientaciones giradas 90º una con respecto a otra. Los haces de fibras tejidos se designan como tejido de fibras y los haces de fibras cosidos como esterilla de fibras. Los haces de fibras tienen en la capa de fibras una superficie de sección transversal de normalmente 0, 1 mm x 5 mm y están constituidos por varios miles de fibras de carbono y/o de vidrio individuales.

Las formas constructivas de componentes de material compuesto de fibras se vuelven complejas cada vez más, de manera que aumentan también sus costes de fabricación. Las preformas para componentes de revestimiento de soporte pueden ser, por ejemplo, de varios metros cuadrados de tamaño. Ópticamente son accesibles respectivamente sólo las dos capas de fibras exteriores.

Debido a los altos costes de fabricación existe por parte de la industria una necesidad de poder comprobar sin destruirla la estructura de componentes de material compuesto de fibras en distintos momentos de la fabricación para poder realizar correcciones necesarias lo antes posible, de modo que puedan impedirse etapas de elaboración de correcciones posteriores costosas.

Por el artículo científico “Rontgenprüfung an genähten CFK-Preformteilen” de Ulf Hassler et al. se sabe comprobar sin destrucción preformas por medio de radiación de rayos X. Las preformas constituidas por varias capas de material se examinan por medio de un tomógrafo computerizado por rayos X y se reconstruyen por estratos. Según esto es desventajoso que la dirección de estructura de la respectiva capa de material apenas pueda distinguirse debido al bajo contraste en los estratos reconstruidos.

Por tanto, la invención se basa en el objetivo de crear un procedimiento que permita una comprobación no destructiva de objetos constituidos por capas de material y en particular un reconocimiento de las direcciones de estructura de las capas de material por medio de tomografía computerizada por rayos X.

Este objetivo se consigue mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1. De acuerdo con la invención se detectó que la absorción de la radiación de rayos X para las capas de material individuales presenta una dirección predominante que discurre esencialmente de manera paralela al plano x-y y tiene una dependencia sólida y conocida con respecto a la dirección de estructura de la respectiva capa de material. Debido a que la dirección de estructura y la dirección predominante se encuentran en una dependencia sólida una con respecto a otra, puede determinarse mediante la determinación de la dirección predominante también la correspondiente dirección de estructura. Las direcciones predominantes de las capas de material se determinan de manera que a partir de los datos del objeto a lo largo de varias direcciones de evaluación que discurren de manera paralela al plano x-y y en varias posiciones en dirección z se determinan desarrollos de valor de grises y correspondientes desarrollos de gradiente. A partir de los desarrollos de gradiente puede distinguirse de manera sencilla y eficaz para cada posición z cuál de las direcciones de evaluación corresponde a la respectiva dirección predominante. A partir de las direcciones predominantes y las correspondientes posiciones en dirección z puede concluirse sobre el número de capas de material, la respectiva dirección de estructura de las capas de material, la sucesión de las capas de material, el espesor de las capas de material en dirección z así como la posición de las capas de material en dirección z. El objeto que va a comprobarse puede comprobarse por consiguiente en cualquier momento total o parcialmente, por ejemplo en forma de parcelas cilíndricas o prismáticas, sin destrucción con respecto a la estructura y las capas de material.

Si las capas de material están configuradas, por ejemplo, como capas de fibras que están cosidas por pares entre sí para dar esterillas de fibras, entonces debido a la costura de los haces de fibras individuales se producen espacios de costura en forma de ranura que en la penetración de radiación con radiación de rayos X dan como resultado un contraste medible. La dirección de los espacios de costura corresponde a la dirección de los haces de fibras que representa también la dirección de estructura de la respectiva capa de fibras. La absorción de la radiación de rayos X disminuye bruscamente en los espacios de costura a lo largo de una dirección que discurre de manera perpendicular a la dirección de estructura de la respectiva capa de fibras, lo que puede distinguirse claramente en el

desarrollo de gradiente de un desarrollo de valor de grises a lo largo de esta dirección. De manera correspondiente, la dirección de manera perpendicular a la dirección de estructura para la absorción de la radiación de rayos X representa una dirección predominante que está girada 90º con respecto a la correspondiente dirección de estructura. Los desarrollos de gradiente con respecto a los desarrollos de valor de grises a lo largo de las direcciones de evaluación son por consiguiente dependientes del ángulo entre la correspondiente dirección de evaluación y la dirección de estructura así como de la distancia del respectivo desarrollo de valor de grises en dirección z al espacio de costura. Los valores de un desarrollo de gradiente se vuelven máximos de manera correspondiente precisa cuando la dirección de evaluación del correspondiente desarrollo de valor de grises es perpendicular a la dirección de estructura y el desarrollo de valor de grises corta el espacio de costura, es decir la distancia del desarrollo de valor de grises al espacio de costura en dirección z es mínima. La evaluación de las capas de fibras así como su dirección de estructura se debe, por consiguiente, a la determinación de aquellos desarrollos de valor de grises que presentan los valores máximos en los correspondientes desarrollos de gradiente. Estos desarrollos de valor de grises presentan de manera correspondiente una dirección de evaluación que discurre de manera perpendicular a la respectiva dirección de estructura y una distancia mínima en dirección z al espacio de costura y por consiguiente a la correspondiente capa de fibras. El procedimiento puede usarse en cualquier momento en la fabricación de componentes de material compuesto de fibras para examinar sin destrucción los respectivos resultados de las etapas de fabricación.

Un perfeccionamiento según la reivindicación 2... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la comprobación no destructiva de objetos constituidos por capas de material por medio de tomografía computerizada por rayos X, que comprende las etapas de:

-facilitar un objeto (2) que va a comprobarse y constituido por varias capas de material (14 a 17) ,

--extendiéndose las capas de material (14 a 17) esencialmente de manera paralela a un plano x-y (E) que está definido por una dirección x y una dirección y que discurre de manera perpendicular a ésta, --estando dispuestas las capas de material (14 a 17) por estratos una sobre otra en una dirección z que discurre de manera perpendicular al plano x-y (E) y --presentando las capas de material (14 a 17) en cada caso una dirección de estructura (19 a 22) que discurre esencialmente de manera paralela al plano x-y (E) ,

- determinar datos de proyección del objeto (2) mediante irradiación del objeto (2) con radiación de rayos X (9) y detectar la radiación de rayos X (9) , -reconstruir datos del objeto a partir de los datos de proyección, reproduciendo los datos del objeto al menos una parte del objeto (2) ,

caracterizado por

una evaluación de los datos del objeto de manera que

-a partir de los datos del objeto a lo largo de varias direcciones de evaluación (Aj) que discurren de manera paralela al plano x-y (E) y en varias posiciones (Si) en dirección z se determinan desarrollos de valor de grises (Gij) y -se determinan y se evalúan desarrollos de gradiente (Rij) correspondientes a los desarrollos de valor de grises (Gij) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la determinación de los datos de proyección se realiza de manera que una fuente de rayos X (3) y un detector de rayos X (4) se mueven de manera paralela al plano x-y (E) con respecto al objeto (2) .

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que la fuente de rayos X (3) y el detector de rayos X

(4) se mueven con respecto al objeto (2) en direcciones de movimiento iguales (7) con desplazamiento de fases en órbitas concéntricas (8) .

4. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que la fuente de rayos X (3) y el detector de rayos X

(4) se mueven con respecto al objeto (2) en direcciones de movimiento opuestas (7a) en pistas que discurren linealmente (8a) .

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la reconstrucción se realiza de manera que los datos del objeto se encuentran en forma de una multiplicidad de conjuntos de datos de estratos bidimensionales, reproduciendo los conjuntos de datos de estratos en cada caso un estrato (Si) del objeto (2) que discurre de manera paralela al plano x-y (E) en una correspondiente posición (i) en dirección z y determinándose a partir de los conjuntos de datos de estratos los desarrollos de valor de grises (Gij) .

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que las direcciones de evaluación (Aj) están distribuidas al menos por un área angular de 180º, en particular de 190º y en particular de 200º, en distancias angulares equidistantes.

7. Procedimiento según las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado por que las direcciones de evaluación (Aj) para los conjuntos de datos de estratos discurren en cada caso por un punto medio (M) del estrato reproducido (Si) .

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que para cada dirección de evaluación (Aj) a partir de varios desarrollos de valor de grises (Gij) dispuestos de manera adyacente y que discurren en la dirección de evaluación (Aj) se determina un desarrollo de valor de grises promedio.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que para cada desarrollo de gradiente (Rij) se determina un valor de gradiente (Wij) que es una medida de valores extremos en el desarrollo de gradiente (Rij) .

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por que el valor de gradiente (Wij) se determina de manera que a partir de valores del desarrollo de gradiente (Rij) , que sobrepasan un valor umbral de gradiente (Rs) , se forma una suma.

11. Procedimiento según las reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado por que la evaluación de los desarrollos de

gradiente (Rij) se realiza de manera que los valores de gradiente (Wij) se representan dependiendo de la posición (i) en dirección z y de la dirección de evaluación (Aj) como campo de gradiente bidimensional.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por que el campo de gradiente se filtra. 5

13. Procedimiento según las reivindicaciones 11 ó 12, caracterizado por que el campo de gradiente se binariza dependiendo de un valor umbral de binarización.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por que el campo de gradiente se 10 evalúa al menos en relación con una característica del grupo de las siguientes características:

número de capas de material (14 a 17) , dirección predominante de las capas de material (14 a 17) , sucesión de las capas de material (14 a 17) , espesor y posición de las capas de material (14 a 17) en dirección z.

15. Tomógrafo computerizado por rayos X para la comprobación no destructiva de objetos constituidos por capas de material por medio de tomografía computerizada por rayos X, que comprende

-una fuente de rayos X (3) para la irradiación con radiación de rayos X (9) de un objeto (2) que va a comprobarse y constituido por varias capas de material (14 a 17) ,

- -extendiéndose las capas de material (14 a 17) esencialmente de manera paralela a un plano x-y (E) que está definido por una dirección x y una dirección y que discurre de manera perpendicular a ésta, --estando dispuestas las capas de material (14 a 17) por estratos una sobre otra en una dirección z que discurre de manera perpendicular al plano x-y (E) y

--presentando las capas de material (14 a 17) en cada caso una dirección de estructura (19 a 22) que discurre esencialmente de manera paralela al plano x-y (E) ,

-un detector de rayos X (4) para la determinación de datos de proyección del objeto (2) a partir de la radiación de rayos X detectada (9) .

30. un portaobjetos (5) para el alojamiento del objeto (2) entre la fuente de rayos X (3) y el detector de rayos X (4) y -un dispositivo de cálculo (11) con

--una unidad de reconstrucción (12) para la reconstrucción a partir de los datos de proyección de datos del objeto que reproducen al menos una parte del objeto (2) , 35

caracterizado por que

-el dispositivo de cálculo (11) presenta una unidad de evaluación (13) para la evaluación de los datos del objeto, estando configurada la unidad de evaluación (13) de manera que a partir de los datos del objeto a lo largo de

varias direcciones de evaluación (Aj) que discurren de manera paralela al plano x-y (E) y en varias posiciones (i) en dirección z pueden determinarse desarrollos de valor de grises (Gij) , y -pueden determinarse y evaluarse desarrollos de gradiente (Rij) correspondientes a los desarrollos de valor de grises (Gij) .