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Production sequence of Si-spheres and interferometrical determination of the sphere volume

A new X-ray based method for fast measurement of selected dimensional measurands

16.12.2019

Heutzutage wird die Computertomographie (CT) zunehmend in der Qualitätskontrolle zur Prüfung der Dimensionen von gefertigten Bauteilen eingesetzt. In vielen industriellen Bereichen wird auf Basis der Messdaten eine schnelle Entscheidung über die Annahme bzw. Ablehnung eines Bauteils gefordert. Daher ist die Verringerung der Messdauer von großem Interesse. Gleichzeitig soll die Genauigkeit der Messergebnisse erhalten bleiben. Die existierenden Verfahren, die der Beschleunigung der Messung dienen, liefern Ergebnisse mit eingeschränkter Genauigkeit oder sind im Hinblick auf die Messabweichungen noch nicht hinreichend untersucht. Als Alternative hat die PTB in Kooperation mit dem CT-Anlagenhersteller YXLON International GmbH ein neues Messverfahren entwickelt, bei dem die Messungen in wenigen Röntgenprojektionen durchgeführt werden, sodass keine tomographische Rekonstruktion erforderlich ist. Mit dem Verfahren werden nur die Dimensionen am Werkstück erfasst, welche für die gestellte Messaufgabe relevant sind. Somit können sowohl die Messzeit signifikant reduziert als auch die durch die Fehler in der Rekonstruktion auftretenden Messabweichungen minimiert werden.

Das Verfahren basiert auf einem Vergleich zwischen der Simulation der Durchstrahlung eines CAD-Modells des Bauteils und der realen Projektionsaufnahme. Die dabei ermittelten Unterschiede entstehen durch die gesuchten Abweichungen der Bauteilgeometrie, aber auch durch Abweichungen der Anlagengeometrie und der Bauteillage. Daher beinhaltet das Verfahren mehrere Schritte.

Um die Abweichungen der Anlagengeometrie zu minimieren, wurde eine Positionierungshilfe mit Referenzmarkern entwickelt, kalibriert und erprobt. In einem weiteren Schritt wird die aktuelle Ausrichtung des Bauteils bestimmt und für nachfolgende Simulationen verwendet. Das Vorwissen über die Lage der Messpunkte dient schließlich dazu, die Unterschiede zwischen der realen Aufnahme und der Simulation auf die Geometrieabweichungen des gemessenen Bauteils zurückzuführen.

Das Verfahren wurde bisher anhand synthetischer Projektionsdaten evaluiert, die ein industrielles Bauteil mit bekannten Geometrieabweichungen abbilden. Erste Messungen eines Bohrungsdurchmessers zeigen, dass bereits mit wenigen Projektionen Ergebnisse erreicht werden können, deren Messabweichungen mit Messabweichungen einer zeitaufwändigeren konventionellen CT-Aufnahme mit der zehnfachen Anzahl von Projektionen vergleichbar sind. Aktuell wird untersucht, ob die Messabweichungen durch eine optimierte Wahl der Durchstrahlungsrichtungen weiter verringert werden können.

Im nächsten Schritt erfolgt die Anwendung des Verfahrens auf Projektionsaufnahmen einer realen CT-Anlage. Anschließend ist die Erfassung weiterer Messgrößen geplant.

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