Di.2.A - Computertomographie I / 11.05.2010R. Hanke, A. Siegle |
Di.2.A.1
10:40
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3D Koordinatenmesstechnik mittels Computertomographie: Genauigkeitsnachweis durch Vergleich mit taktilen Referenzmessungen
O. Brunke, Baker Hughes Digital Solutions, Wunstorf
Kurzfassung:
Der erfolgreiche Einsatz von hochauflösender Computertomographie für metrologische Anwendungen wird...
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Kurzfassung: minimieren
Der erfolgreiche Einsatz von hochauflösender Computertomographie für metrologische Anwendungen wird hauptsächlich durch die konsequente Weiterentwicklung folgender Faktoren ermöglicht: Unerlässlich zur Minimierung statistischer und systematischer Fehler ist die Optimierung der Stabilität und Genauigkeit der Systemhardware bei der Datenaufnahme, eine geeignete Datenbehandlung bei der Berechnung der Volumen und Oberflächendaten sowie eine verlässliche Rückführung der 3D Messergebnisse.
Die VDI/VDE Richtlinie 2630 Blatt 1.3 führt die Bestimmung von relevanten Kenngrößen ein, die eine objektive Aussage über die Messunsicherheit von CT System ermöglichen. Um die Eignung eines CT-Systems für eine bestimmte Prüf-Aufgabe zu zeigen, sind diese Kenngrößen allerdings nicht ausreichend. Der Nachweis für die Messmittelfähigkeit von hochauflösenden Computer-Tomographen wird daher anhand verschiedener realer Beispiele über einen direkten Vergleich der mittels CT ermittelten Daten mit kalibrierten (DKD-Zertifikat) taktilen Referenzmessungen gezeigt. Zusätzlich wird vorgestellt, wie mittels optimierter Anwendungs-Software eine Erstbemusterung von komplexen Bauteilen innerhalb von weniger als 60 Minuten durchgeführt werden kann.
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Di.2.A.2
11:00
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Untersuchung der geometrischen Eigenschaften industrieller CT mit Hilfe eines neuartigen Prüfkörpers und den Methoden der Photogrammetrie
M. Neukamm, PTB, Braunschweig
A. Staude, BAM, Berlin
M. Schulze, PTB, Braunschweig
Kurzfassung:
Seit wenigen Jahren etabliert sich die industrielle Röntgen-Computertomographie im Bereich der Fert...
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Seit wenigen Jahren etabliert sich die industrielle Röntgen-Computertomographie im Bereich der Fertigungsmesstechnik, da sie in der Lage ist, äußere und innere Geometrien von Messobjekten mit hoher Punktdichte zerstörungsfrei zu erfassen. Die geometrischen Eigenschaften des Gesamtsystems beeinflussen hierbei die erreichbare Genauigkeit nicht unerheblich.
Es wurde ein zylindrischer Prüfkörper mit gleichmäßig im Messvolumen verteilten, stark schwächenden Kugeln hoher Genauigkeit entwickelt. Dieser Körper dient zur reinen Bestimmung der geometrischen Parameter des CT-Systems. Hierzu gehören die exakte Bestimmung der Lage des Projektionszentrums in Bezug zum Detektor-Panel (Bildkoordinatensystem: Abstand Quelle-Detektor, Lage des Lotfußpunktes des Quellpunktes auf dem Panel) und die relative Lage dieses Koordinatensystems zum Objektkoordinatensystem des Prüfkörpers. In der Photogrammetrie spricht man von den Parametern der inneren bzw. äußeren Orientierung, die über die Definition der Kollinearitätsbedingung und der Berechnung aus der Bündelblockausgleichung bestimmt werden können. Ein wichtiges Ergebnis stellt hierbei die zeitliche Änderung der zu schätzenden Parameter dar.
Die Parameter der inneren Orientierung erlauben Aussagen über die Wanderung des Brennflecks, die der äußeren Orientierung über die Lage der Rotationsachse und die geometrischen Eigenschaften des eingesetzten Manipulators. Um diese Parameter mit Hilfe der Bündelblockausgleichung höchst genau schätzen zu können, müssen die Mittelpunkte der aus den Kugeln in den Durchstrahlungsbildern abgebildeten Ellipsen hoch genau bekannt sein. Hierbei kommt ein modifizierter Ellipsenoperator zum Einsatz. Im Gegensatz zum bisherigen Ansatz sollen die Kantenpunkte nicht über die 2. Ableitung bestimmt werden, sondern über die erste Ableitung und anschließender Besteinpassung einer Gaußkurve bzw. der Verwendung des „Linear Phase Operators“ nach. Es lässt sich damit eine Genauigkeit des Ellipsenmittelpunktes von besser als 1/50 Pixel realisieren. Übertragen auf den Ortsraum bedeutet das bei einer Pixelgröße von 200 x 200 µm und einer Vergrößerung vom Faktor 40 eine Auflösung von 0,1 µm.
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Di.2.A.3
11:20
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Dimensionelles Messen unter Phasenkontrast mit Synchrotron Computertomographie
K. Ehrig, A. Staude, BAM, Berlin
J. Goebbels, Berlin
M. Bartscher, M. Schulze, PTB, Braunschweig
Kurzfassung:
Phasenkontrastmessungen haben sich als hilfreich bei der Kantenfindung von Strukturen mit nur gerin...
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Phasenkontrastmessungen haben sich als hilfreich bei der Kantenfindung von Strukturen mit nur geringem Absorptionskontrast erwiesen. Solche Messungen können besonders gut mit monochromatischer Röntgenstrahlung hoher räumlicher Kohärenz durchgeführt werden, wie sie bei der Synchrotron-Computertomographie (SY-CT) benutzt wird. Nachteilig wirken sich allerdings die Phasenverschiebung des Synchrotronstrahls über das Strahlprofil und damit die Kantenverbreiterung in den zu untersuchenden Strukturen aus. Daher ist ein dimensionelles Messen mit normalen Rekonstruktionsverfahren nicht möglich. In der vorliegenden Arbeit werden neue Filterverfahren zur Korrektur der Phasenverschiebung unter Beibehaltung des erhöhten Kontrastes bei der Rekonstruktion angewandt, um ausgewählte einkomponentige Referenzobjekte hinsichtlich der dimensionellen Messeigenschaften zu untersuchen. Als Referenz werden rückgeführte Messungen mit taktilen Koordinatenmessmaschinen herangezogen. Die Untersuchungen wurden im freien Strahl durch Variation des Abstandes zwischen Objekt und Detektor am Strahlrohr der BAM am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie - Speicherring BESSY II durchgeführt.
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Di.2.A.4
11:40
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Der Einfluss unterschiedlicher Materialzusammensetzungen auf das dimensionelle Messen von Mikroobjekten mittels Mikro-Computertomographie
M. Schulze, PTB, Braunschweig
K. Ehrig, A. Staude, BAM, Berlin
J. Brzoska, A. Jung, R. Meeß, M. Neugebauer, PTB, Braunschweig
Kurzfassung:
Innerhalb der letzten Jahre vollzog sich eine Weiterentwicklung der µCT vom rein qualitativen Prüfi...
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Innerhalb der letzten Jahre vollzog sich eine Weiterentwicklung der µCT vom rein qualitativen Prüfinstrument hin zum dimensionellen Messwerkzeug. In Anbetracht der steigenden Akzeptanz und Verbreitung des Verfahrens in Industrie und Forschung erschließen sich zunehmend neue Fragestellungen und Anwendungsgebiete. Insbesondere dimensionelle Messaufgaben an mehrkomponentigen Messobjekten mit gegensätzlichen oder fast identischen Absorptionseigenschaften stellen immer noch eine besondere Herausforderung dar.
Vorteil der CT gegenüber anderen Koordinatenmesstechniken (taktile und optische Verfahren) ist es, innere Strukturen mit hoher Auflösung zu bestimmen. Voraussetzung für die dimensionelle Messtechnik ist das genaue Messen von Grenz- und Oberflächen. Die CT misst im Gegensatz zu taktilen Verfahren Oberflächen nicht direkt, sondern stellt diese in Abhängigkeit zur Auflösung nur diskret dar. Schwellwertverfahren zur Oberflächenbestimmung können hierbei nur einen ersten Ansatz darstellen, da diese keine Aussagen über die Genauigkeit der einzelnen Oberflächenmessung liefern. Prüfobjekte mit Maßverkörperung auf Basis von Kugelmittelpunkten sind hingegen weitgehend unempfindlich gegenüber Fehlern der Oberflächenmessung und eignen sich daher sehr gut zur Bestimmung von Abbildungs- und Rekonstruktionsfehlern.
Das Referenzobjekt für die vorliegende Untersuchung bildet eine Serie von µTetraedern bestehend aus vier Kugeln mit jeweils 0,5 mm Durchmesser. Die verwendeten Kugeln besitzen eine sehr geringe Abweichung hinsichtlich Form und Durchmesser und wurden mit höchster Präzision zu einem Tetraeder gefertigt. Die Anordnung der Kugeln im Tetraeder erlaubt die Untersuchung des Einflusses der Materialzusammensetzung direkt in Absorptionsrichtung und außerhalb dieser. Die Referenzmessung der Tetraeder erfolgte taktil an einem Mikrokoordinatenmessgerät.
Der Einfluss unterschiedlicher Materialzusammensetzungen auf die Bestimmung der Objektoberfläche und der sich daraus ergebenden Abweichung zur Referenzgeometrie sind grundlegende Fragestellungen dieser Veröffentlichung. Unter Berücksichtigung der Messunsicherheit der Oberflächenpunkte erfolgt die Berechnung der Form-, Maß- und Abstandsabweichungen. Ziel ist es, die Genauigkeit der Oberflächenmessung hinsichtlich unterschiedlicher Aufnahmeparameter und Materialzusammensetzungen darzustellen. Anhand dieser Ergebnisse ist es möglich, den computertomographischen Aufnahme- und Auswertungsprozess quantitativ zu bewerten.
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