Dimenzionalna stabilnost mjeriteljskog CT uređaja

master's thesis

• Title (english): Dimensional stability of a metrology CT scanner
• Author: Petra Oković
• Mentor: Marko Katić (mentor)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2019-07-11, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering

Abstract

Razvojem tehnologije CT uređaja porasla je njihova zastupljenost u industriji, točnije u svrhe mjeriteljstva i nerazornih ispitivanja. Međutim, mjerna nesigurnost CT uređaja još uvijek nije u potpunosti utvrđena, a jedan od glavnih čimbenika koji utječe na mjernu nesigurnost je i stabilnost mjeriteljskog lanca, odnosno dimenzionalna stabilnost CT uređaja. Izvor X-zračenja koji predstavlja srž CT uređaja podložan je termalnoj ekspanziji zbog znatnog zagrijavanja prilikom rada, a kako termalna ekspanzija negativno utječe na stabilnost mjeriteljskog lanca ona samim time povećava mjernu nesigurnost. U okviru ovog diplomskog rada postavljeni su temelji za utvrđivanje utjecaja temperature na mjernu nesigurnost. Postavljeni su matematički izrazi za proračun utjecaja pomaka izvora X-zračenja, te utjecaja kinematskih pogrešaka manipulatora na geometrijsko povećanje, odnosno rezultat mjerenja. Provedeno je 3D optičko skeniranje i mjerenje CT uređaja prisutnog u Laboratoriju za precizna mjerenja duljina na Fakultetu strojarstva i brodogradnje. Na temelju dobivenih rezultata rekonstruiran je pojednostavljeni CAD model funkcionalnih dijelova CT uređaja (izvor X-zračenja, manipulator i detektor) koji je primjenjiv u daljnjim analizama poput npr. određivanje pomaka primjenom metode konačnih elemenata. Konačno, provedena je i eksperimentalna provjera stabilnosti CT uređaja na dvije razine snage X-zračenja. U okviru eksperimentalne provjere stabilnosti mjerene su temperature na više lokacija unutar CT uređaja. Rezultati pokazuju da znatna promjena temperature izvora zračenja uzrokuje termalnu ekspanziju izvora zračenja te utječe na rezultat mjerenja kroz mijenjanje geometrijskog povećanja i pomaka projekcije. Pomoću postavljenih matematičkih izraza te rezultata mjerenja izračunate su približne vrijednosti pomaka izvora zračenja i grešaka u pozicioniranju manipulatora.

Abstract (english)

Development of X-ray computed tomography (XCT) in recent years has led to its increasing use in industry for dimensional metrology and non-destructive testing. However, measurement uncertainty of the XCT has not been assured so far and one of the key influencing factors that affects measurement uncertainty is the dimensional stability of the XCT scanner. X-ray source used in XCT scanner generates heat which makes the whole X-ray source assembly susceptible to thermal expansion which in turn increases measurement uncertainty. In this thesis, the foundations for research of thermal expansion effects on measurement uncertainty are set. These include geometrical calculations for determining the influence of X-ray source expansion, and manipulator positioning errors on geometrical magnification, which translates to error in measurement result. Additionally, the XCT scanner located in Laboratory for precision length measurements at Faculty of mechanical engineering and naval architecture has been 3D optically scanned and measured. The 3D scanning results have been used for reconstruction of simplified CAD models of XCT’s functional components (X-ray source, manipulator and detector). Reconstructed CAD data can be used in further analysis, e.g. determination of displacement by using finite element method. Finally, an experimental investigation of dimensional stability of XCT has been conducted by scanning on two different X-ray source power levels. During the scanning, the temperature has been measured on various locations inside the XCT. The results show that the X-ray source temperature varies significantly, causing thermal expansion of the source which changes geometrical magnification and shifts the projection. Approximate values of X-ray source expansion and manipulator positioning errors have been calculated by using the presented geometrical calculations.

• Keywords: računalna tomografija; CT uređaj; dimenzionalna stabilnost; povratno inženjerstvo; optičko mjerenje
• Keywords (english): X-ray computed tomography; XCT scanner; dimensional stability; reverese engineering; optical measurement
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:732346
• Study programme: Title: Mechanical Engineering; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka strojarstva (magistar/magistra inženjer/inženjerka strojarstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2019-07-03 20:40:00