FF35 CT Metrologyシステムによる3Dプリンター製樹脂製インペラの高分解能CTスキャンを行い、続いてCADモデルとの実測値・設計値比較を行うことで、内部構造の明確な把握と信頼性の高い品質検査結果が得られます。これは、2分18秒という短時間と自動評価アルゴリズムにより実現されました。

CADモデル（左） - 樹脂製インペラ写真（中央） - 実測値・設計値比較（右）

内部構造の詳細な分析

新型のMesoFocus管球を搭載した汎用X線システムUX20の能力はいかほどでしょうか？
当社は、同じアルミニウム製の3Dプリント製インペラを使用してテストプロジェクトを開始しました。

X線技術は対象物の内部を具体的に可視化し、CT（コンピュータ断層撮影）はスキャンした試料の3次元仮想ツインを提供することで、内部構造の任意の指定位置における詳細な検査や測定を可能にします。従来、産業用X線技術は主に部品内部の欠陥検出やそれによる製品品質の確保に使用されていました。今日のCTでは、詳細な材料分析が可能となり、研究開発だけでなく製造現場もサポートしています。市場で入手可能な幅広いコンポーネントや機能のおかげで、ほぼすべての検査ニーズに対応するソリューションを提供します。最大600 kVで異なる焦点サイズの最新X線管球、コーンビームスキャン用の高解像度フラットパネルディテクタ、ファンビームスキャン用のラインディテクタ、最適な透視のための多数のマニピュレーション軸、大型対象物用の多様な視野拡大機能、CTアーチファクトを低減する画像処理ソフトウェアなどが揃っています。メカニクスとソフトウェアの両面における最先端技術により、ナノメートル領域においても信頼性の高い再現性のある結果が保証されます。

特によく見られるアディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）の新しい手法の文脈において、対象物の内部構造の分析と測定は非常に重要になっています。3Dプリンティングを使用すれば、他の製造技術では不可能な形状を作り出すことができます。元々は航空宇宙分野や自動車分野で材料、重量、そして燃料を削減するために採用されていましたが、現在では構造の多様性そのものが、あるいはそれ以上に重要性を増しています。これらの構造の品質と安全性を確認するには、できれば非破壊で内部を検査する必要があります。製造方法の評価においても同様であり、ここでは研究から開発、製造に至るまでAMとCTが密接に連携しています。また、不良解析に加えて、詳細な測定タスクは安定性と機能性を確認するための基礎となります。

技術を問わず、あらゆる計測システムには最高水準の精度が求められます。FF20 CT MetrologyおよびFF35 CT Metrologyシステムは、最も正確で再現性の高い結果を実現するために、最適な安定性と耐温度性を備えて構築されています。これらはCTセンサ付き三次元測定機に関するDIN EN ISO 10360の適用ガイドラインであるVDI/VDE 2630に準拠しています。本プロジェクトで使用したFF35 CT Metrologyシステムの最大許容誤差は、MPE_SD = 5.9 µm + L/75です。FF35 CT Metrologyと比較して、当社の汎用X線・CTシステムUX20が測定タスクにおいてどの程度の性能を発揮するか検証したいと考えました。UX20は主に過酷な環境での製造現場での使用を想定して設計されていますが、そのコンパクトな設計とユーザーフレンドリーなGeminy操作ソフトウェアにより、中規模の

第2ステップでは、同じインペラをUX20で10回スキャンしました。その際、50 µm、100 µm、200 µmの3つの焦点サイズにより最大25 µmの高解像度を提供する新型のComet MesoFocus 225 kV管球を装備したUX20を使用し、毎回同一の設定条件でスキャンを行いました。インペラにとって最適な焦点サイズは100 µmでした。その後、実績のあるアルゴリズムを使用して、各3Dボリュームをゴールデンサーフェスメッシュと比較しました。最良の結果を決定するため、比較はジオメトリベースかつ重み付けして実施されました。明るい緑色のボリュームはいわゆる「ベストフィット」を示しています。

第3ステップでは、それぞれ5 x 5 mmの面積を持つ15箇所の関心領域（ROI）を定義し、肉厚測定を実施しました。各領域で最小肉厚と最大肉厚を測定し、それぞれの結果を平均化してゴールデンサーフェスメッシュと比較しました。

以下のグラフが生成され、その上に基準として機能するFF35 CTのゴールデンサーフェスメッシュの測定曲線が重ね合わされました。わずかな偏差は、実際に想定されていた範囲内におさまりました。

検証のため、FF85 CTシステムのラインディテクタを使用してさらに3回スキャンを実行しました。ラインディテクタによるスライスごとのスキャンはアーチファクトが最小限に抑えられるため、測定に関してはより信頼性が高いとみなされます。ただし、3Dボリュームの完全なスキャンには非常に時間がかかります。しかし、特定の関心領域のみをキャプチャすることが目的であれば、1ピクセルスライスをスキャンすることが最も迅速な代替手段となります。

[解析ソフトウェア VGSTUDIOMAX 3.5]

気孔解析

粗さ解析

[解析ソフトウェア MountainsMap]

GD&T（幾何公差：幾何学的寸法公差）

公称値と実測値の比較

この公称値と実測値の比較では、FF35 CTとUX20の3Dボリュームが
重ね合わされ、予想通りの偏差のない結果が達成されています。

このプロジェクトは、積層造形部品の測定における課題についての優れた洞察を提供し、当社のX線技術のユーザーが利用できる幅広いオプションを実証することを可能にしました。形状および位置による評価、ポロシティおよび空洞の解析、表面粗さの測定、層間剥離およびき裂の解析、ならびに粉体残渣の検査が関連する検査ルーチンとなります。

接触式三次元測定機や光学式3Dスキャナなどの従来の測定機器では測定できないようなアクセスが困難または不可能なエリアであっても、X線CTを使用すれば時間を節約しながら記録することができ、一般的なプロービングエラーの一部を排除できます。部品の前処理や複雑な位置合わせは必要ありません。

当社の高精度なFF35 CT Metrologyシステムによる基準データの作成と、汎用X線・CTシステムUX20との比較により、UX20がお客様の仕様に応じて計測タスクに完全に適していることが示されました。UX20は主に過酷な製造環境での透視検査用に開発されましたが、優れたCT機能を備えており、信頼性の高い計測タスクを実行できるため、用途の幅がさらに広がります。

クリスチャン・ヨハンツ（Christian Johanns）およびクリストファー・ツェップ（Christopher Zepp）による寄稿