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La technologie de tomographie à rayons X au service des industriels

Toutes les réponses aux questions que vous vous posez sur cette nouvelle technologie

Quel est le principe de fonctionnement de la tomographie à rayons X ?

La tomographie à rayons X est une méthode d'imagerie non destructive utilisée dans l'industrie pour examiner l'intérieur d’un objet. Elle fonctionne de manière similaire à la tomographie médicale, mais elle est appliquée à des objets tels que des pièces mécaniques, des composants électroniques ou bien encore des matériaux.

Un objet est placé entre une source de rayons X et un détecteur, puis il est tourné autour de son axe. Pendant cette rotation, des rayons X passent à travers l'objet sous différents angles. Le détecteur mesure l'atténuation des rayons X à travers l'objet et enregistre des projections radios. Ces projections sont utilisées pour reconstruire une image tridimensionnelle de l’extérieur et de l'intérieur de l'objet. Cela permet aux utilisateurs de détecter des défauts, des fissures ou d'autres caractéristiques internes sans endommager l'objet inspecté. La tomographie à rayons X industrielle est particulièrement utile dans le contrôle qualité et l'inspection non destructive de matériaux, de pièces ou d’assemblages.

Quels sont les avantages et les limitations de la tomographie à rayons X ?

La tomographie à rayons X offre la possibilité de contrôler de manière non-destructive la structure externe et interne d’une pièce ou d’un composant. Cette technique d’imagerie est couramment utilisée dans des applications industrielles telles que le contrôle qualité, l'analyse des défaillances ou bien encore l'inspection de matériaux. Elle permet de détecter des défauts internes tels que des fissures, des vides et des inclusions qui peuvent ne pas être visibles à l'œil nu ou par d'autres méthodes d'inspection. C’est par ailleurs une technologie polyvalente qui offre la possibilité de faire de multiples analyses sur un jeu de données unique.

Des mesures dimensionnelles, des analyses santé-matière et une analyse fonctionnelle peuvent ainsi être conduites à l’aide d’un seul scan. C’est une technologie qui permet de remplacer des méthodes de contrôle conventionnelles, car elle peut s’avérer plus rapide et plus complète. De plus, tout en conservant l’intégrité de l’échantillon, on dispose d’un jumeau numérique intégral de l’objet mesuré, avec les applications qui en découlent en termes de simulation, analyse, métrologie, suivi de production, traçabilité…

Les limites de la tomographie à rayons X sont principalement liées à la taille des pièces, qui doivent pouvoir être installées à l’intérieur de l’équipement sur la platine de rotation mais également au type de matériau de l’échantillon à inspecter. En effet, plus un matériau est dense, plus son épaisseur cumulée devra être réduite pour pouvoir le scanner.

Quels sont les principaux critères à prendre en compte pour l’acquisition d’un tomographe ?

Lors de l’acquisition d’un tomographe à rayons X, de nombreux critères doivent être pris en compte avec notamment : le type d’analyses souhaitées, la résolution, le temps de cycle entres autres. Démarrer par de la prestation de service est souvent une bonne porte d’entrée pour découvrir la technologie, en appréhender les limites, tout en bénéficiant de ses nombreux avantages.

Lorsque l’on envisage d’acquérir un équipement de tomographie à rayons X, il s’agit dans un premier temps d’identifier les applications pour lesquelles seront utilisées l’équipement, qu’il s’agisse d’analyse santé-matière ou dimensionnelles. Ensuite, il faut réfléchir à l’aide d’un fabricant aux caractéristiques techniques d’un appareil qui permettent de répondre au besoin. Des critères de puissance, de résolution, de temps de cycle son alors à prendre en compte et conditionnent le type d’équipement.

Il faut également souligner l’importance de la suite logicielle, qui doit être couplée à l’équipement. Un logiciel performant est essentiel pour traiter et interpréter les données complexes issues d’un tomographe. Le logiciel permet non seulement la reconstruction précise et fidèle du rendu 3D de la pièce scannée, mais il offre également des fonctionnalités avancées d'analyse et de visualisation. Un logiciel robuste tel ZEISS Inspect X-ray permet aux opérateurs d'identifier rapidement les défauts, de mesurer des caractéristiques spécifiques et de générer des rapports détaillés. La capacité à manipuler efficacement les données contribue directement à une meilleure prise de décision dans les domaines tels que le contrôle qualité, l'assurance qualité, et la recherche et développement.
En dernier lieu, une formation doit être prévue à la suite de l’installation d’un tomographe à rayons X, afin de tirer le meilleur parti de l’équipement.

Comment se positionne la tomographie à rayons X face aux autres techniques de contrôle non destructif (CND) et d’inspection/scanning ?

La tomographie à rayons X apporte un niveau d’informations supplémentaire puisqu’elle permet d’inspecter l’intérieur d’un échantillon de manière non-destructive. Elle est la meilleure technique pour obtenir un examen rapide et non-destructif des structures internes de composants ou d’assemblages industriels. En quelques minutes, à l'aide d'un scan rapide, chaque aspect structurel et dimensionnel d'une pièce peut être évalué. La tomographie à rayons X permet d'améliorer considérablement la capacité d'analyse et ainsi de réduire les temps de contrôles et de développement dans les départements R&D, en production ou bien encore en qualité.

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Quelles sont les normes et réglementations en vigueur dans ce domaine ? Comment évoluent-elles ?

Il y a effectivement des normes et régulations en vigueur. Les machines doivent être conformes au marquage européen CE. Ensuite, en France nous avons des normes spécifiques à l’utilisation d’équipements contenants des générateurs à rayons X telles les normes NF C74-100 et la directive NF C15-160.

Les résultats des tomographies peuvent également être liés à des normes et standards comme tout processus de contrôle, ces standards peuvent définir la taille des défauts à respecter pour le fabricant, leur positionnement, leur forme, leur nombre. Les logiciels d’analyse se doivent de pouvoir répondre aux tolérancements de ces critères d’acceptation. Pour ce qui concerne les incertitudes de mesure en métrologie dimensionnelle, nos METROTOM se conforment au standard VDI/VDE 2630 qui définit une partie des incertitudes de mesure en tomographie.

Depuis quand la tomographie à rayons X est-elle déployée dans l’industrie ? Et pour quels types d’applications : la fabrication additive ? l’inspection des batteries ?

La tomographie est déployée dans l’industrie depuis une quinzaine d’années et se démocratise largement ces 5 dernières années. Les applications sont variées mais elles peuvent concernées des l’inspection et le contrôle d’échantillons en ligne à l’aide de systèmes d’inspections radioscopiques 2D ou tomographiques 3D grands volumes. Il faut savoir que la tomographie à rayons X peut se lier à n’importe quelle étape du cycle de vie d’un produit, de la recherche et développement (R&D) jusqu’à l’inspection d’assemblages.

De nouveaux besoins apparaissent, avec notamment le développement de la fabrication additive qui permet de créer des composants aux structures complexes difficilement contrôlables avec les technologies de mesures conventionnelles.

La tomographie à rayons X prend dans ce cas tout son sens, en offrant une inspection précise et rapide de surfaces inaccessibles à l’œil.

Dans le cadre de l’inspection de batteries, chaque étape du processus de fabrication des cellules peut entraîner des problèmes qualité majeurs. La tomographie à rayons X peut alors intervenir à différentes étapes : avec des équipements haute résolution dans des environnements de R&D qui développent de nouveaux matériaux et de nouveaux process jusqu’aux lignes de production pour inspecter les produits avant leur mise sur le marché en passant par des inspections de bord de ligne ou en laboratoire qualité.

Quelles sont les solutions et les dernières nouveautés ZEISS dans le domaine du rayons X ?

L'offre de Zeiss en matière de rayons X comprend de nombreux équipements de radioscopie 2D et tomographie 3D à rayons X. La gamme d’équipements couplée à la suite logicielle Zeiss Inspect offre une versatilité qui permet de couvrir l’ensemble des marchés que l’on adresse.

Nos équipements à rayons X travaillent à l’échelle de résolution submicronique avec la gamme de microscopes ZEISS Xradia, dans les laboratoires qualité avec la gamme ZEISS METROTOM et directement en production avec la gamme ZEISS Bosello et VoluMax.

Nos dernières nouveautés lancées en 2023 sont axées sur l’intégration de l’intelligence artificielle pour fiabiliser les méthodes de détection de défauts internes, ou pour améliorer la qualité image, réduire le temps d’acquisition. Nous avons beaucoup de publications disponibles pour comprendre ces dernières avancées. Le plus simple pour évaluer toutes nos possibilités est de contacter directement les équipes techniques locales et de rencontrer nos experts dans nos laboratoires de prestations de service.

Quelles seront les grandes tendances à venir, les nouvelles demandes de la part des utilisateurs ?

Des tendances émergent dans le domaine de la tomographie à rayons X, telles l’amélioration de la résolution et des vitesses d’acquisition, l’intégration dans les flux de production, l’utilisation de l’intelligence artificielle et l’optimisation des algorithmes de reconstruction. Le logiciel ZEISS Inspect X-ray, qui équipe l’ensemble de notre gamme de tomographes dispose d’un module qui utilise l'intelligence artificielle (IA) dans le traitement et l'analyse des images de tomographie offrant ainsi une détection plus rapide et précise des défauts, ainsi qu'une meilleure interprétation des résultats.

La tomographie à rayons X permet une inspection approfondie des pièces, en identifiant rapidement les défauts, les fissures ou les irrégularités invisibles à l'œil nu. L'avantage majeur réside dans la simplification des processus de contrôle qualité, réduisant ainsi les erreurs de fabrication. Les fabricants peuvent ainsi détecter les problèmes potentiels à un stade précoce de la production, évitant des coûts élevés liés à la détection de défauts tardifs.

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