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New multi-material acceptance testing for specification of CT systems

06.12.2017

Ziel des INTERAQCT Projekts (FP7-PEOPLE-2013-ITN, grant No.: 607817), das im Marie Curie Programm der EU gefördert wurde, war die Steigerung der Zuverlässigkeit von Messergebnissen industrieller Computertomographie (CT). Das Konsortium bestand aus 6 akademischen Instituten, 3 Industriepartnern und 2 nationalen Metrologieinstituten sowie 7 assoziierten Partnern (siehe http:\\www.interaqct.eu). Der PTB-Projektteil endete im Februar 2017.

Innerhalb des INTERAQCT-Projekts erstellte die PTB neue Annahmeverfahren zur Spezifizierung der Leistungsfähigkeit von CT Systemen bei der dimensionellen Messung von Multimaterial-Objekten. Diese Entwicklungsarbeiten basierten auf Tests nach den allgemein anerkannten Normen- und Richtlinienreihen ISO 10360, VDI/VDE 2617 und VDI/VDE 2630, die für die CT Prüfungen an Monomaterial-Objekten beschreiben. Die PTB erarbeitete erweiterte bzw. angepasste Testprinzipien und -prozeduren sowie Multi-Material Spezifikationen und entwickelte dazu neuartige Multi-Material-Prüfkörper. Die Ergebnisse wurden anschließend verifiziert und validiert.

Dazu wurden Längen- und Formmessungen an unterschiedlichen Prüfkörpern durchgeführt, die aus mindestens zwei Materialien kombiniert worden sind. Für die Bestimmung der Multi-Material Längenmessabweichung wurden beispielsweise in der PTB Multi-Material Lochwürfel aus drei verschiedenen Materialien realisiert und kombiniert (Abb. 1-a). Dabei wurden Materialien mit stark unterschiedlicher Röntgenschwächung (Al &Ti) bzw. ähnlicher Röntgenschwächung (Al & Cesic (eine kohlenfaserverstärkte Siliciumcarbid-Verbundkeramik)) kombiniert. Mit diesem Prüfkörpertyp können verschiedenartige Längenmessungen für unterschiedliche Materialverhältnisse durchgeführt werden (z.B. bidirektionale Längenmessungen in einem Schnitt mit 20 % Al und 80 % Ti, siehe Nut G6 auf Abb. 1-b).

Die metrologische Rückführung der CT-Messungen erfolgte durch taktile Kalibrierung der Prüfkörper. Für die Auswertung der Messungen von Prüfkörpern mit stark unterschiedlicher Röntgenschwächung sind erweiterte Prozeduren zur Oberflächenfindung erstellt worden. Dabei werden die einzelnen Materialbereiche separat ausgewertet und anschließend die Ergebnisse kombiniert. Die Messergebnisse mit dieser Auswertestrategie zeigen, dass bei Materialkombinationen mit einem deutlichen Unterschied der Schwächung der Röntgenstrahlung erhöhte Messabweichungen mit einem Anstieg der stärker absorbierenden Materialkomponente korrelieren (Ergebnis auf Höhe der Nuten G2 [20 % Ti und 80 % Al] bis G6 [80 % Ti und 20 % Al]; siehe Abb. 1-c).

Multimaterial-Lochwürfel in 3D   im Querschnitt  Messergebnisse

Abb. 1: (links) Beispiel eines von mehreren in der PTB gefertigten Multimaterial-Lochwürfeln (hier Al&Ti Würfel);
(Mitte) zentraler Schnitt durch den Würfel, es werden verschiedene Materialverhältnisse auf verschiedenen Höhen (Nuten G1 bis G12) realisiert; Messebene auf Höhe der Nut G6 ist mit roter Linie markiert;
(rechts) Messergebnis der bidirektionalen Multi-Material Längenmessabweichung einer industriellen CT-Anlage bestimmt mit Al&Ti Lochwürfel (54 Längenmessungen je Nut)


Durch Messungen auf unterschiedlichen CT-Anlagen im INTERAQCT Projekt konnte die Eignung des Testkonzepts verifiziert werden.