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使用X射線CT系統(tǒng)對汽車逆變器殼體進行孔隙和形狀分析
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背景
汽車逆變器的主要功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。通過輸出不同頻率的交流電,，逆變器能夠?qū)﹄姍C的輸出進行精確控制，從而影響汽車的動力性能和電力管理效率,。優(yōu)化逆變器的功率控制不僅有助于提升車輛的動態(tài)表現(xiàn),，還能提高燃油經(jīng)濟性。因此,，開發(fā)在大電流條件下具有低損耗特性的逆變器產(chǎn)品,，對于提升整車性能至關(guān)重要。
前言
逆變器在運行過程中會因通過的大電流而產(chǎn)生大量熱量。為了有效散熱,，逆變器外殼通常采用具有良好導(dǎo)熱性能的金屬材料鑄造而成,。然而，鑄造工藝的一個主要缺點是在生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生孔隙,，這些孔隙可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強度下降以及密封失效,。使用X射線CT系統(tǒng)可以對這些孔隙進行可視化和統(tǒng)計分析，從而實現(xiàn)有效的質(zhì)量控制,。
本文將介紹如何利用島津微焦點X射線CT系統(tǒng)（見圖1）對逆變器外殼進行觀察與分析,。
圖1 島津微焦點X射線CT系統(tǒng)
1、透視和CT圖像
圖2 逆變器部件的透視圖像
圖2為逆變器部件的透視圖像（上圖是整體圖像,，下圖是局部放大圖像）,，圖中可見外殼以及電容、晶體管等電子元件,。雖然透視圖像可以快速觀察部件的類型和形狀,，但是各個元件的影像疊加，難以觀察其細節(jié)情況（參照放大圖像）,。
圖3 晶體管的CT圖像
圖4 散熱片和外殼的CT圖像
圖3和圖4為與圖2中相同區(qū)域的CT斷面圖像,，圖中可見晶體管、散熱片和外殼的CT影像,。與圖2不同,，圖3、圖4的部件圖像位置分明,，而且外殼中的孔隙也清晰可見,。
2、孔隙分析,、壁厚分析,、網(wǎng)格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
圖5 逆變器外殼孔隙分析的斷面圖像
圖6 逆變器外殼孔隙分析的3D表示
圖7 逆變器外殼孔隙分析的直方圖
使用圖像分析處理軟件可以對孔隙、壁厚得出量化分析結(jié)果,，還可以進行面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,。
圖5為使用圖像分析處理軟件VGSTUDIO MAX +孔隙/夾雜物分析模塊分析的孔隙斷面圖像?？紫陡鶕?jù)體積著色,，冷色表示較小體積，暖色表示較大體積,。分析結(jié)果也可以用圖6或者圖7所示方式顯示,。圖6直觀地顯示孔隙的大小、位置,，圖7為直方圖,，橫軸表示孔隙體積,，縱軸表示孔隙數(shù)量，顯示指定范圍內(nèi)各個尺寸孔隙的數(shù)量,。
圖8 逆變器外殼壁厚分析
圖9 散熱片壁厚分析
圖10 逆變器外殼的網(wǎng)格數(shù)據(jù)
X射線CT系統(tǒng)還可用于檢查產(chǎn)品的形狀,。
圖8是使用VGSTUDIO MAX +壁厚分析模塊分析的逆變器外殼壁厚的著色圖像。薄的區(qū)域用冷色表示,，厚的區(qū)域用暖色表示。通過這種分析,，可以一次檢查指定范圍內(nèi)的厚度情況,。
圖9是以相同方式僅對散熱片厚度進行分析的圖像。由于著色區(qū)域較小,，所以軟件更容易捕捉厚度的微小差異,。
此外，通過使用VGSTUDIO MAX轉(zhuǎn)換CT數(shù)據(jù),，可以創(chuàng)建如圖10所示的網(wǎng)格數(shù)據(jù),。網(wǎng)格數(shù)據(jù)由三角形或矩形集合組成，用于3D打印和各種模擬分析,。
結(jié)論
微焦點X射線CT系統(tǒng)能夠無損地可視化金屬零部件的3D結(jié)構(gòu),，并量化分析孔隙和壁厚情況，輸出面數(shù)據(jù),。這些應(yīng)用都可在質(zhì)量控制和研發(fā)工作中發(fā)揮作用,。
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