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Scan-tomographie

16 mai 2022

Tomographie numérique à rayons X : où en sommes-nous ?

La tomographie à rayons X est une technologie de Contrôle Non-Destructif (CND) rendant possible l’analyse de pièces aux géométries complexes. Les récentes avancées réduisant significativement les temps d’acquisition et de reconstruction des données rendent la tomographie de plus en plus compétitive, et par conséquent, accessible. Interview de Sylvain Genot, Responsable commercial – division Rayons X, Nikon Metrology France.

Sur quel principe repose la tomographie à rayons X et quels sont ses atouts ?

La tomographie numérique (TN) à rayons X permet de visualiser en 3D des pièces aux géométries complexes, de l’intérieur comme de l’extérieur. Elle se base sur la mesure de l’absorption de tout ou partie de l’énergie d’un faisceau de rayons X par la ou les matières d’un objet pour collecter les projections d’une pièce selon différents angles. Celles-ci permettent de reconstruire un volume de données en 3D dans lequel il est possible de distinguer : des informations matières de l’ordre de quelques microns, les composants de la pièce et d’en contrôler son intégrité en termes de santé matière ou encore, métrologique.

tomographie-Nikon Metrology

Quels types d’analyse peut-on réaliser avec la TN et pour quelles applications ?

Développée à l’origine par et pour le secteur médical (premier scanner par Hounsfield en 1972), la tomographie a ensuite été déployée dans l’industrie.

Aujourd’hui, cette technologie permet de contrôler des pièces plastiques produites pour l’aéronautique, l’automobile ou tout autre secteur industriel. Cette technique non destructive est en effet bien adaptée pour contrôler l’assemblage, les zones de contact ou étanchéité, vérifier l’intégrité et la santé matière des pièces à forte valeur ajoutée, ou valider les prototypes. L’analyse santé matière permet de mettre en évidence des retassures, des porosités, des inclusions/pollutions ou tous types de défauts que peuvent comporter les pièces.

innovations-rayons x

En fabrication additive, la tomographie numérique permet par exemple d’examiner les structures lattices, la santé matière (hétérogénéité, anomalie processus) ou encore par comparaison, la conformité de la pièce produite avec le fichier nominal (CAO).

tomographie-impression 3d

Par leur résolution élevée et leur faculté à scanner l’intérieur d’une pièce, les systèmes industriels à rayons X de Nikon Metrology permettent d’obtenir des images fiables et de détecter des défauts invisibles par scan 3D « externe » et ce, en un temps record. Ces performances sont obtenues grâce à la technologie brevetée de source de rayons X unique dite « à cible rotative ».

Cible de rayons X rotative

Les systèmes de TN à rayons X de Nikon Metrology intègrent une technologie de cible rotative à refroidissement liquide. Lorsque le faisceau d’électrons heurte la surface de la cible pour générer des rayons X, la quantité de chaleur produite est bien mieux dispersée permettant de conserver la focalisation dudit faisceau. La résolution est ainsi, à iso-puissance, trois fois meilleure, le flux démultiplié par cinq, pour une acquisition des données 3 à 5 fois plus rapide.

Cible rotative-tomographie

Cette innovation permet en effet un gain de signal important tout en conservant qualité d’image et haute résolution grâce à un point d’émission maîtrisé (tâche focale). Ces capacités ont été déployées aux tensions de 225 kV (pour les matériaux et assemblages les moins denses) et 450 kV (pour les alliages métalliques ou grands ensembles).

Les tomographes permettent aussi de réaliser, depuis quelques années, des contrôles dimensionnels/métrologiques à partir des volumes reconstruits tels que : mesures d’épaisseurs de parois dans toute la pièce, conformité par comparaison au fichier nominal (CAO) ou à la géométrie validée du premier article, conformité de la production par rapport aux cotes « plan » à l’aide de logiciels dédiés, etc.

Les tomographes peuvent-ils assurer des cadences de contrôle compatibles avec les cadences de production des pièces ?

Les technologies d’implémentation de la tomographie à rayons X sur ligne de production existent et sont déjà employées dans l’industrie. Fonction des matières à inspecter et de leur densité, l’acquisition d’un ou plusieurs objets (outillage spécifique) peut ne durer que quelques minutes. Couplée à l’automatisation des étapes de reconstruction et d’analyse, l’enchainement d’un cycle de contrôle complet est maîtrisé et permet, en temps masqué, de charger un nouveau lot de pièces grâce à l’asservissement complet du système.
A noter, côté Qualité, la possibilité de conserver la traçabilité des étalonnages des différentes acquisitions grâce à une fonction dédiée aux besoins métrologiques des industriels.

Quelles sont les contraintes ?

L’intégration d’un système de tomographie sur une ligne de production nécessite le couplage à un ou plusieurs automates et l’asservissement de celui-ci. Fruits de projets dédiés, ces solutions peuvent concerner un ou plusieurs systèmes et nécessitent l’emploi de capacités informatiques et logicielles performantes pour un temps de traitement optimisé et donc réduit au maximum. L’opérateur n’a plus qu’un rôle de « superviseur » pour assurer le bon déroulement des opérations et d’« expert » en cas de doute ou d’anomalie inconnue.

Quels sont les axes de développement pour répondre aux attentes de la production ?

Nikon Metrology travaille aujourd’hui à développer de nouvelles solutions pour accélérer et réduire des temps de cycle avec, par exemple, la fonction Half.Turn récemment implémentée dans le système XT H 225 ST 2x. Ce nouveau mode d’acquisition permet, comme son nom l’indique, un scan sur environ un demi-tour pour un gain de temps d’environ 40% à qualité d’image identique grâce à un nouvel algorithme de reconstruction.

tomographie-rayons x

Associé aux capacités de la source à cible rotative v2 de 225 kV, à l’augmentation de la durée de vie des filaments (gestion système), aux dernières générations de détecteur (de meilleure définition et sensibilité accrue pour le dernier modèle Varex 4343CT par exemple), la tomographie à rayons X voit sa capacité en termes de « cadences » significativement améliorée. En parallèle, Nikon Metrology porte ses efforts de R&D sur le développement de nouvelles fonctions et modes d’acquisition pour optimiser cet outil, avec pour objectif d’offrir d’innovantes solutions pour l’industrie dans un délai que nous pourrions qualifier de court et ce, pour répondre aux attentes de l’industrie 4.0.

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