Koordinatenmesstechnik als Schlüssel- technologie der - PTB

402 • Themenschwerpunkt PTB-Mitteilungen 117 (2007), Heft 4
Zylinderdurchmesser stark zunehmende Zylinderformabweichung
von Interesse. Die bei einem
kritischen Zylinderdurchmesser stark ansteigende
Formabweichung kennzeichnet die maximale
durchstrahlte Materialdicke, bei der ein Bauteil
noch sinnvoll gemessen werden kann. Stufen‑
zylinder können weiterhin auch für die Parametrisierung
der Rekonstruktionssoftware für das
Material des Bauteils dienen.
Beim Durchgang von Röntgenstrahlung
durch Materie wird nicht nur die Intensität der
Strahlung abgeschwächt, sondern auch das Spektrum
der Strahlung verändert. Niederenergetische
Strahlung wird im Bauteil stärker absorbiert
als höherenergetische. Dieser Effekt wird Strahlaufhärtung
genannt (engl. Beamhardening). Der
Effekt der Strahlaufhärtung führt unkorrigiert
zu Bildfehlern (Artefakten) in den Voxeldaten. In
aktuellen Arbeiten wird versucht, den Einfluss
der Strahlaufhärtung durch iterative Korrekturen
der Projektionsdaten zu minimieren [21]. Bei der
Makro-CT mit höheren Beschleunigungsspannungen
(industriell heute bis 450 kV) stellt die im
durchstrahlten Bauteil und im Röntgendetektor
selber entstehende Streustrahlung eine Ursache
von weiteren Artefakten dar. Streustrahlung
kann bei der Makro‑CT, und speziell bei der
3D‑Makro CT, das Signal‑Rausch Verhältnis der
Projektionen verschlechtern. Deshalb werden
neben Korrekturen der Strahlaufhärtung auch
Verfahren untersucht, die es erlauben sollen, die
Projektionsdaten der industriellen CT bzgl. der
Streustrahlung zu korrigieren [22]. Durch Korrekturen
der Strahlaufhärtung und des Streustrahlungseinflusses
sollen insbesondere die Eigenschaften
der 3D‑CT zum dimensionellen Messen
verbessert werden. Ein weiteres Konzept zur
Korrektur geometrischer Abweichungen beim
dimensionellen Messen mit CT, die Nutzung von
Kugelplatten, wird in Abschnitt 7 vorgestellt.
Bild 11:
Aluminium-Stufenzylinder (Ø 300 mm, Höhe 200 mm)
zur Beurteilung von Messaufgaben bei Gussteilen
und zur Parametrisierung der CT-Anlage
6 Rückführung von dimensionellen CT-
Messungen
Die Bestimmung der aufgabenspezifischen
Messunsicherheit von industriellen CT‑Anlagen
für dimensionelle Messungen ist ein Haupt-
arbeitspunkt der PTB. Für einen industriellen
2D-CT konnten hier Messunsicherheiten für
Einzelpunktmessungen von industriellen Bauteilen
am Beispiel eines Aluminium‑Gussteils
bestimmt werden. Es wurden hierfür 25 CT‑
Messungen untersucht. Die Messungen fanden
unter Nutzung der in Abschnitt 5 beschriebenen
Korrekturverfahren für lineare Maßstabsfaktoren
und des Schwellwerts mit der Voxelgröße von
(0,37 mm) 2 × 0,50 mm statt. Die Messunsicherheiten
der mit CT gemessenen Einzelpunkte
der Bauteiloberfläche wurden nach DIN 1319‑3
bestimmt. Dabei wurde der Werkstückeinfluss
mit dem bei Gussteilen dominanten Einfluss der
Rauheit durch Untersuchungen an Rauheitsprüfkörpern
berücksichtigt [23]. Mindestens
95% aller Einzelpunktmessunsicherheiten waren
dabei kleiner 0,270 mm im Außenraum, kleiner
0,431 mm im Innenraum und kleiner 0,388 mm
für die Gesamtheit aller Punkte im Innen- und
Außenraum. Es konnte damit eine Messunsicherheit
kleiner als die kürzeste Voxelkantenlänge
für mehr als 93% aller Oberflächenpunkte
erreicht werden. Die maximal beobachteten
erweiterten Einzelpunktmessunsicherheiten U
(für k=2) an 167 Messstellen des Bauteils betrugen
1,305 mm im Innenraum und 0,562 mm im
Außenraum. Die Untersuchung fand an Original
CT-Daten statt, die industriell für auch Erstbemusterungen
eingesetzt werden. Durch Vergleich
der aufgabenspezifischen Messunsicherheiten
mit den vorgegebenen Toleranzen kann
mit diesem Ergebnis die Prüfprozesseignung
beurteilt werden.
Ähnlich wie bei Koordinatenmessgeräten ist
für dimensionelle Messungen mit CT eine geeignete
Überwachung notwendig, um eine gleich
bleibende Qualität der Messergebnisse zu gewährleisten.
Richtlinien zur Überwachung von
CT‑Anlagen liegen aber bisher nur für medizinische
CT‑Anlagen vor (DIN EN 61223‑2‑6 bzw.
IEC 1223‑2‑6, DIN 6868‑53). Auf dimensionelles
Messen wird im medizinischen Bereich nicht
eingegangen. Bei vorhandenen Richtlinien und
Normen zur industriellen CT werden entweder
nur allgemeine Empfehlungen [24] gegeben oder
es sind lediglich Auflösungstests beschrieben
[25, 26]. Die PTB entwickelt deshalb zusammen
mit Partnern industrietaugliche Verfahren, mit
denen CT‑Anlagen für dimensionelle Messungen
überwacht werden können. Die Überwachung
von dimensionellen Messungen mit CT orientiert
sich an Prinzipien der Richtlinie VDI/VDE 2617
Bl. 5 für Koordinatenmessgeräte [27]. Zur Überwachung
des CT-Systems für das dimensionelle
Messen werden deshalb Tests durchgeführt, die
kritisches Verhalten der CT‑Anlage bei dimensionellen
Messungen erfassen können. Diese Tests
sind einerseits Messungen von Dimensionen
und Formabweichungen an kalibrierten Prüf-