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Task-specific interim checks of industrial CT measurements

06.12.2017

Die Computertomographie (CT) wird, neben ihrer Verwendung in der medizinischen Diagnostik, seit einiger Zeit auch verstärkt im industriellen Umfeld für Materialuntersuchungen und Koordinatenmessungen eingesetzt. Um sicherzustellen, dass die dabei ermittelten Messwerte korrekt sind, ist es wichtig, CT-Anlagen messtechnisch geeignet zu überwachen. Die aktuell benutzten Überwachungsverfahren sind aber meist nicht hinreichend auf die durchgeführten Messaufgaben abgestimmt. Zudem findet in der Regel keine vollständige Überwachung jeder Einzelmessung statt.

Im KMU-innovativ Verbundprojekt CT-ÜW wurde daher erstmals eine automatisierte aufgaben-spezifische Überwachung für industrielle CT-Messungen entwickelt und implementiert. Diese verbesserte Überwachung verwendet Information aus Stichprobenmessungen realer Werkstücke als Basis. Damit wird eine fundierte Überwachung auch für solche Messaufgaben ermöglicht, für die keine kalibrierten Prüfkörper existieren. In der Trainingsphase werden dazu aus den CT-Messungen der Stichprobe die typischen Verteilungen von realen Messergebnissen sowie von speziellen aufgabenspezifischen Kenngrößen extrahiert. Aus den so beobachteten Verteilungen werden dann in einem zweiten Schritt relevante abgeleitete Kenngrößen berechnet. Die aufgabenspezifischen Kenngrößen, die für jede CT-Messung die relevanten lokalen und regionalen Eigenschaften des Datensatzes charakterisieren, ermöglichen es, während der folgenden messbegleitenden Überwachung nicht nur verschiedene Messergebnisse mit fest vorgegebenen Toleranzen zu vergleichen, sondern zusätzlich auch die Anwendbarkeit der Analysen zu überprüfen und so die Zuverlässigkeit der Ergebnisse zu bewerten.

Die Überwachung erfolgt schließlich, indem die Messergebnisse und die aufgabenspezifischen Kenngrößen durchgängig während des normalen Anlagenbetriebs bestimmt und ihre Übereinstimmung bzw. Verträglichkeit mit den gespeicherten abgeleiteten Kenngrößen beurteilt werden. Abbildung 1 zeigt am Beispiel einer Serie von 340 industriellen CT Messungen eines Aluminium-Gussbauteils, dass eine derartig automatisierte Überwachung erfolgreich und ausreichend sensitiv messtechnische Probleme erkennen kann.

Die Projektergebnisse sollen in die Softwareprodukte der Volume Graphics GmbH, Heidelberg, einfließen und dann von Industriepartnern evaluiert werden. Das Verbundprojekt CT-ÜW wird vom BMBF gefördert (Förderkennzeichen 01IS15039B) und endet am 31.12.2017.


Überwachung der Oberflächenqualitätswerte

Abb. 1: Ergebnis der Überwachung der Oberflächenqualitätswerte von 340 CT-Messungen eines Aluminium-Gussbauteils eines Industriepartners. Dargestellt ist ein spezielles, dimensionsloses Unterschiedsmaß (earth mover’s distance, EMD) zwischen der Verteilung der Oberflächenqualitätswerte jeder Messung (Nr. 10770 bis 22806, zeitlich sortiert) und der Referenzverteilung der Trainingsphase. Im Laufe der dargestellten Überwachungsphase wurde die Röntgenröhre der CT Anlage gewechselt, woraufhin nach einigen unauffälligen Messungen stärker werdende Messfehler (sogenannte „Artefakte“) in den CT-Daten erschienen, die nach einer Detektorreparatur wieder verschwanden.