Softwarebasierte Bestimmung und Nutzung von Qualitätsmaßen in der dimensionellen Computertomographie

Im industriellen Umfeld wird die Röntgen-Computertomographie (CT) seit einiger Zeit nicht mehr nur zur zerstörungsfreien Prüfung von Bauteilen verwendet, sondern kommt vermehrt auch als Mikrometer-genaue 3D-Koordinatenmesstechnik zum Einsatz. Der Vorteil der CT ist dabei, dass mit nur einer Messung die gesamte Bauteiloberfläche inklusive aller Hohlräume erfasst wird und damit für die dimensionelle Auswertung zur Verfügung steht. Nach dem derzeitigen Stand der Technik wird allerdings die Qualität der ermittelten Oberflächenpunkte nicht automatisiert bestimmt. Alle weiterführenden Analysen der Oberfläche wie Regelgeometrieeinpassungen oder Wanddickenbestimmungen können daher die Oberflächenpunkte nur gleichgewichtet nutzen, unabhängig davon, wie gut oder schlecht diese durch die Messung bestimmt wurden.

Im KMU-innovativ Projekt CT-QM (Förderkennzeichen 01IS12037) hat die PTB in Kooperation mit dem Softwareunternehmen Volume Graphics ein Qualitätsmaß für Oberflächenpunkte in CT-Daten entwickelt und prototypisch implementiert. Das Qualitätsmaß basiert auf der Auswertung von zusätzlich in den CT-Daten vorhandenen volumetrischen Informationen, die bisher ungenutzt blieben. Neben der reinen farbkodierten Darstellung direkt auf der berechneten Bauteiloberfläche kann das Qualitätsmaß auch bereits in weitergehenden Analysen genutzt werden. So können die Oberflächenpunkte z.B. bei Registrierungen, Soll/Ist-Vergleichen oder Regelgeometrieeinpassungen nach ihrem Qualitätsmaß gefiltert oder gewichtet werden. Es konnte exemplarisch anhand von zwei kalibrierten Prüfkörpern gezeigt werden, dass die Nutzung derartiger Gewichtungen die Messabweichungen von CT-Messungen bei einer Reihe von Anwendungen verringern können.

Das Qualitätsmaß wurde als gemeinschaftliche Erfindung zum Patent angemeldet. Die im Rahmen des Projektes entwickelten Technologien wurden im Anschluss zudem an Volume Graphics transferiert, mit dem Ziel, diese zur Produktreife weiterzuentwickeln und damit der Industrie zur Verfügung zu stellen.


Abbildung 1: CT-Datensatz eines dünnwandigen Druckgussbauteils aus Aluminium. Links eine 3D-Ansicht der errechneten Oberfläche mit farbkodierter Auftragung des Qualitätsmaßes (in Rot niedrige Werte, in Grün hohe Werte). Mittig ein 2D-Schnitt an der durch das blaue Rechteck markierten Stelle mit farbkodiertem Qualitätsmaß als Kontur. Rechts die Messabweichungen Δd des Innendurchmessers d mit und ohne Nutzung des Qualitätsmaßes zur Gewichtung der Oberflächenpunkte.