Volume 87, Issue 2 - Industrielle Röntgen-Computertomographie / Gastherausgeber: Torsten Pechstein

Zusammenfassung Durch den großflächigen Einsatz der Computertomographie (CT) in unterschiedlichen Industriebereichen steigen auch die Anforderungen an die quantitative Bildanalyse. Subjektive Bildwahrnehmung muss durch objektive Algorithmen ersetzt werden. In diesem Artikel stellt die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), die seit den 1980er Jahren an der Entwicklung der industriellen CT beteiligt ist, anhand ausgewählter Beispiele den aktuellen Stand ihrer Analysemethoden an verschiedenen Anwendungsbeispielen der CT vor.

Zusammenfassung Die industrielle Computertomographie mittels Röntgenstrahlen (CT) wird oft als Referenz in der zerstörungsfreien Materialprüfung herangezogen wegen ihrer realitätsnahen dreidimensionalen Abbildungseigenschaften eines Prüfkörpers. Immer öfter wird die CT für Aufgaben der dimensionellen Meßtechnik herangezogen. Daher ist es wichtig zu hinterfragen, bis zu welchem Grad das Vertrauen in diese Technik gerechtfertigt ist. In diesem Artikel werde ich 10 relevante Modellannahmen einführen und diese mit den für CT typischen Abbildungsartefakten in Verbindung bringen. Diese Artefakte beeinflußen die Genauigkeit der Abbildung und somit auch die davon abgeleiteten Meßgrößen sowie die bestmögliche Detailauflösung im Sinne einer Strukturauflösung. Abschließend führe ich in den Stand der aktuellen Normung ein, um zu zeigen inwieweit es heute möglich ist, CT-Systeme vergleichend zu charakterisieren und somit auf die Eignung für eine spezielle Applikation rückschließen zu können.

Zusammenfassung Metallartefakte stellen eine große Herausforderung für das Messen mit Röntgen-Computertomographie dar. Dieser Beitrag stellt die Methode der multipositionalen Datenfusion zur Reduktion von Metallartefakten vor. Dazu werden mehrere Scans desselben Objekts bei unterschiedlicher Objekt-positionierung durchgeführt, aufeinander registriert und zur Fusion gemeinsam unter Betrachtung eines lokalen Gütemaßes rekonstruiert. In praxisnahen Experimenten wird der Mehrwert der Methode gezeigt. Insbesondere wird dargestellt, wie mit wenig Aufwand und ohne Vorwissen Kunststoffstrukturen trotz starker Metallartefakte sichtbar gemacht werden können, womit das Verfahren ein Alleinstellungsmerkmal gegenüber den existierenden Metallartefaktreduktionsverfahren aufweist.

X-ray computed tomography (CT) enables dimensional measurements of numerous measurands with a single scan, including the measurement of inner structures. However, measurement artefacts complicate the applicability of the technology in some cases. This paper presents a methodology to assess the surface point quality of computed tomography measurements without the requirement of a CAD model. Measurement artefacts lowering the surface point quality can therefore automatically be detected. The correlation of quality values with the random measurement error is demonstrated. The presented method can in principle be used to weight single fit points to reduce the measurement uncertainty of CT measurements.

Zusammenfassung Der Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse gehören zu den meist beanspruchten Gussbauteilen im Verbrennungsmotor. Die hohe Funktionsintegration und der gleichzeitige Wandel der Automobilindustrie zum Leichtbau führen zu geometrisch hochkomplexen sowie mechanisch und thermisch stark belasteten Gussbauteilen. Die Inline-Computertomographie (CT) wird eingesetzt, um die geforderte Auslieferqualität jedes Bauteils im Takt der Fertigungslinie zu garantieren. Die Herausforderung bei der Prüfung besteht in der geringen zur Verfügung stehenden Prüfzeit. Der Takt der Fertigungsstraße, welcher teilweise weniger als eine Minute beträgt, gibt den Zeitrahmen für die Prüfung vor. Eine weitere zu bewältigende Aufgabe entsteht durch den Herstellungsprozess der Bauteile. Der eingesetzte Kokillenguss führt zu individuellen Abweichungen jedes Bauteiles von der Idealgeometrie, was den einfachen Vergleich zur Sollgeometrie unmöglich macht. Durch den Einsatz der CT-Prüfung können diese Abweichungen aufgezeigt, analysiert und bewertet werden. Die umfangreiche Analyse der Zylinderköpfe und Kurbelgehäuse in Kombination mit einem fehlenden Standard für die CT-spezifische Defektauswertung führen zu einem enorm hohen manuellen Aufwand. Der Einfluss des jeweiligen Mitarbeiters prägt dabei ein stark subjektiv beeinflusstes Prüfergebnis für jedes Bauteil. Die im Folgenden beschriebenen Weiterentwicklungen beziehen sich auf die automatische Analyse und Bewertung durch ein Inline-CT für Zylinderköpfe. Im Ergebnis kann eine effiziente Qualitätssicherung bei gleichzeitiger Reduktion des menschlichen Einflusses bei der Bauteilbewertung erreicht werden.

Zusammenfassung Die Röntgeninspektionstechnik ist aus der Werkstoffanalytik und der physikalischen Fehlersuche nicht mehr wegzudenken. Besonders interessant für die Zuverlässigkeitsforschung auf dem Gebiet der elektronischen Aufbau- und Verbindungstechnik ist die Beobachtung des mechanischen Verhaltens von Baugruppe und Bauelement unter thermischer Belastung. Viele Erkenntnisse dazu konnten durch Thermoiré-Messungen Thermoiré-Messung = Messung der Topologie einer Probenoberfläche durch Anwendung des Schattenmoiré-Verfahrens (siehe Abschnitt 2). erzielt werden (H. Wohlrabe, K.-J. Wolter: „Changes of the coplanarity of SMT-Components during Soldering and their Measurement,“ 3rd Electronics System Integration Technology Conference ESTC, Berlin, Germany, September 13–16, 2010; Y. Wang, P. Hassell: „Measurement of Thermal Deformation of BGA Using Phase-shifting Shadow Moiré,“ submitted to Post Conference Proceedings, SEM 97’ Spring Conference, Bellevue, WA, June 2–4, 1997. DOI:10.1109/EPTC.1997.723923). Für verdeckte Strukturen, wie die Anschlüsse von BGAs, ist diese Methode ohne Präparation und Zerstörung der Originalgeometrie nicht einsetzbar. Vergleichbare Ergebnisse verspricht hier die Beobachtung der Vorgänge mittels Röntgenstrahlung in einer beheizbaren In-situ-Kammer, an deren Entwicklung und Weiterentwicklung seit einigen Jahren am IAVT/ZmP IAVT = Institut für Aufbau- und Verbindungstechnik der TU Dresden; ZmP = Zentrum für mikrotechnische Produktion der TU Dresden. geforscht wird. Besonderes Augenmerk muss dabei auf die Algorithmen zur Bildverarbeitung und geometrischen Entzerrung gelegt werden.