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使用X射線CT系統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換為交流電。通過輸出不同頻率的交流電，逆變器能夠對電機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。優化逆變器的功率控制不僅有助于提升車輛的動態表現，還能提高燃油經濟性。因此，開發在大電流條件下具有低損耗特性的逆變器產品，對于提升整車性能至關重要。
前言
逆變器在運行過程中會因通過的大電流而產生大量熱量。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過程中容易產生孔隙，這些孔隙可能會導致結構強度下降以及密封失效。使用X射線CT系統可以對這些孔隙進行可視化和統計分析，從而實現有效的質量控制。
本文將介紹如何利用島津微焦點X射線CT系統（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
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、網格數據轉換
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果，還可以進行面數據轉換。
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。孔隙根據體積著色，冷色表示較小體積，暖色表示較大體積。分析結果也可以用圖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，縱軸表示孔隙數量，顯示指定范圍內各個尺寸孔隙的數量。
圖8 逆變器外殼壁厚分析
圖9 散熱片壁厚分析
圖10 逆變器外殼的網格數據
X射線CT系統還可用于檢查產品的形狀。
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。薄的區域用冷色表示，厚的區域用暖色表示。通過這種分析，可以一次檢查指定范圍內的厚度情況。
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轉換CT數據，可以創建如圖10所示的網格數據。網格數據由三角形或矩形集合組成，用于3D打印和各種模擬分析。
結論
微焦點X射線CT系統能夠無損地可視化金屬零部件的3D結構，并量化分析孔隙和壁厚情況，輸出面數據。這些應用都可在質量控制和研發工作中發揮作用。
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