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Dieses Buch wurde mit fachlicher Unterstiitzung der Werth Messtechnik GmbH erarbeitet.

Ein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. rer. biol. hum. habil. Marc KachelrieB, Erlangen, fiir die fachliche Beratung.

© 2011 Alle Rechte bei Stiddeutscher Verlag onpact GmbH, 81677 Mlinchen www.sv-onpact.de Abbildungen: Werth Messtechnik GmbH, GieBen Satz: HJR, Landsberg am Lech Druck und Bindung: Sellier Druck GmbH, 85354 Freising Printed in Germany 236009 ISBN 978-3-86236-009-3

lnhalt

Vom klinischen CT zum industriellen Messgerat

Rontgentomografie fiir industrielle Messgerate

Grundprinzip der Rontgentomografie (6) - Yorn Durchstrahlungsbild

zum MaB (8) - Rastertomografie (15)

Geratetechnik und Bauformen

Rontgenstrahlungsquelle (19) - Drehachse (24) - Rontgensensor (25)

Linearachsen (29) - StrahlenschutzmaBnahmen (34)

4

6

19

Tomografieren in der industriellen Anwendung 35

Einstellen und Tomografieren (36) - Ermitteln von MaBen (42)

3D-Soll-lst-Vergleich ( 4 7) - Messen und Vergleichen in Schnitten ( 51)

Multisensormessungen (54) - Autokorrektur (57) - Priifen der

Materialstruktur (61)

Physikalische Besonderheiten 64

Strahlaufhartung (64) - Streustrahlung (67) - Kegelstrahlgeometrie (69)

Auflosung (71) - Rauschen (73) - Einfliisse der Geratekomponenten

auf das Messergebnis (75)

Spezielle Messmethoden

Ausschnittstomografie (78) - Mehrenergietomografie (79)

Helix-Tomografie (81)

Spezifikation und Messunsicherheit

Spezifikation und Annahmepriifung (83) - Einfluss von Material

und Werksttickgeometrie (89) - Messunsicherheit (90)

Ausblick

Literatur

Der Partner dieses Buches

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1970er-Jahre: erste CT-Gerate fiir die Medizin

1990er-Jahre: Inspizieren mit Rontgentomografie

Vom klinischen CT zum industriellen Messgerat

Die auch als Computertomografie (CT) bezeichnete Rontgentomografie ermoglicht es, raumlich ausgedehnte Objekte einschlieBlich ihrer innen liegenden Strukturen messtechnisch vollstandig zu erfassen. Die mathematischen Grundlagen dieses Verfahrens legte der osterreichische Mathematiker Johann Radon (1887-1956) bereits Anfang des 20. Jahrhunderts mit der nach ihm benannten Radontransformation. Die Nutzung der Rontgentechnik in Form von Filmaufnahmen der zweidimensionalen Durchstrahlungsbilder hat sich in der Medizin schon lange bewahrt. Wesentliche Beitrage zur Entwicklung von 3D-Tomografiegeraten fiir die Medizin leisteten die Nobelpreistrager Allan McLeod Cormac und Newbold Hounsfield. Erste kommerzielle Gerate wurden schon in den 1970er-Jahren angeboten. Diese Technik ist heute in der medizinischen Praxis unverzichtbar [ 1]. Mit Beginn der 1990er-Jahre wurde die Rontgentomografie zunehmend auch zum Inspizieren technischer Objekte eingesetzt. So wurden z. B. Werksti.icke auf Lunker, andere Einschli.isse und fehlende Merkmale gepriift. Erstmalig war es moglich, innere Strukturen der Werksti.icke zerstorungsfrei zu untersuchen. Im Lauf der Zeit wurden fi.ir diese neuen Anwendungen spezielle Gerate entwickelt. Mit derartigen Geraten wurden auch erste Versuche unternommen, Werksti.ickmaBe mit Rontgentomografie zu ermitteln. Die erzielbare Genauigkeit im Bereich einiger Hundertstelmillimeter war allerdings noch recht gering, sodass

Vom klinischen CT zum industriellen Messgerat 5

eine breite Anwendung fiir messtechnische Zwecke nicht moglich war. Insbesondere war die Abweichung der ermittelten MaBe zum richtigen Wert noch recht groB. Das Problem der Genauigkeit wurde erst <lurch einen grundsatzlich neuen Ansatz und die Verwendung von Technologien aus der Koordinatenmesstechnik i.iberwunden. So konnte im Fri.ihjahr 2005 erstmals ein Rontgentomografiegerat fiir industrielle Anwendungen mit ausreichender Genauigkeit der Offentlichkeit vorgestellt werden (Abb. 1). Diese neue Klasse von Koordinatenmessgeraten ermoglicht es, auch komplexe Bauteile mit mehreren Hundert MaBen und innen liegenden Strukturen in relativ kurzer Zeit von unter 20 Minuten komplett zu messen. Die erzielbaren Genauigkeiten liegen zwischen einigen Mikrometern fiir Standardanwendungen und Bruchteilen eines Mikrometers fiir Prazisionsmessungen. Der Einsatz solcher Messgerate fi.ihrt zu einer erheblichen Beschleunigung von Prozessketten und zur Erhohung der Wirtschaftlichkeit beim Anwender.

Abb.1:

Werth TomoScope® 200: das erste Koordinatenmessgeriit mit Rontgentomografie -optional mit Multisensorik

2005: erstes Koordinatenmessgerat mit Rontgentomografie

6

Das Werkstiick wird gedreht

Abschwachung des Rontgenstrahls reprasentiert die durchstrahlte Werkstiicktange

Rontgentomografie fiir industrielle Messgerate Die Anwendung der Rontgentomografie in der industriellen Messtechnik unterscheidet sich grundlegend von der medizinischen CT. Um aus verschiedenen Richtungen Durchstrahlungsbilder aufnehmen zu konnen, wird bei �inem medizinischen CT-Gerat die Rontgenemheit (Strahlungsquelle und Sensor) um den ruhenden Patienten gedreht. In der industriellen Rontgentomografie hingegen ist in der Regel die Rontgeneinheit stationar und im Strahlengang wird das Werkstiick gedreht. Die in;i industriellen Bereich zu untersuchenden Objekte konnen Materialbestandteile aufweisen, die von der medizinischen Anwendung abweichende Strahlungsparameter erfordem. Auch unterscheiden sich die Anforderungen an die Auflosung und Genauigkeit. In der Regel stellt die Strahlenbelastung des Untersuchungsobjekts in der industriellen Anwendung kein P�oblem dar. So kann mit hoheren Strahlungsmtensitaten gearbeitet werden als in der Medizin.

Grundprinzip der Rontgentomografie

Fur die Rontgentomografie wird die Fahigkeit der Rontgenstrahlung genutzt, Objekte

.zu

durchdringen. Mit einer Rontgenrohre wird eine nahezu punktformige Strahlungsquelle realisiert. Die Rontgenstrahlung gelangt durch das Messobjekt auf den Rontgensensor. Auf dem Weg durch das Objekt wird ein Teil der Strahlung absorbiert. Je Ianger der Durchst�ahlungsbereich im Objekt ist, desto wemger

Grundprinzip der Rontgentomografie 7

Strahlung tritt hinter dem Objekt wieder aus. Dariiber hinaus hangt die Absorption auch von der Materialart ab. Dieser Vorgang ahnelt der Erzeugung des Schattenbildes eines teilweis

.e

transparenten Objekts durch Beleuc�tung 1?-it einer punktformigen Lichtquelle. Die Helhgkeitswerte des Bildes entsprechen der Transparenz der durchstrahlten Bereiche und han-gen somit von deren optischer Dichte ab. . Durch den kegelformigen ( oder altematlv pyramidenformigen) Rontgenstrahl �ntstehen zweidimensionale Durchstrahlungsb1lder des Objekts. Der Rontgentomografiesenso� erfas�t diese Bilder analog dem Bildsensor emer Digitalkamera und stellt sie in digitaler Form fiir die weitere Auswertung zur Verfiigung. Um ein Objekt zu tomografieren, werden schrittweise nacheinander einige Hundert bis wenige Tausend solcher zweidimensionalen Durchstrahlungsbilder in verschiedenen Drehlagen des Messobjekts aufgenommen (Abb. 2). In der so erzeugten digitalen Bildfolge ist die dreidimensionale Information iiber das Messobjekt enthalten. Mit geeigneten mathematischen Verfahren Iasst sich daraus ein Volumenmodell berechnen, das die Geometrie des Werkstiicks vollstandig beschreibt. Aufgrund der Strahlform wird dieses Verfahren als Kegelstrahltomografie bezeichnet.

Kegelstrahltomografie erfasst Objekte dreidimensional

Abb. 2:

Prinzip der Rontgentomografie

8 Rontgentomografie fiir industrielle Messgerate

Abb. 3: Einstellung der Vergroj3erung durch Abstandsiinderung zwischen Objekt und Rontgenkomponenten: a) niedrige Vergroj3e

rung b) hohe Vergroj3e

rung

VergroBerung und Auflosung werden an die Messaufgabe angepasst

a)

b)

Durch Verschieben der Drehachse bzw. des Messobjekts relativ zur Rontgeneinheit (Quelle und Sensor) kann die VergroBerung bei der Erfassung eines Messobjekts eingestellt werden (Abb. 3). Auf diesem Wege konnen kleine Objekte oder Objektausschnitte mit hoher VergroBerung gemessen und groBere Objekte vollstandig erfasst werden. Die Wahl der VergroBerung wirkt sich insbesondere auch auf die erzielte Auflosung beim Erfassen des Werkstticks aus. Zunachst drtickt sich diese in der GroBe der erzielten Bildpunkte in Objektkoordinaten (PixelgroBe) aus. Zusatzlich wird die Auflosung <lurch die GroBe des Brennflecks (Unscharfe), die Qualitat der Drehachse und andere Eigenschaften der Geratekomponenten beeinflusst (s. S. 75 ff.). Die geometrischen Parameter der jeweiligen VergroBerung wie die Anordnung von Rontgenquelle, Sensor und Drehachse werden <lurch geeignete Einmessverfahren bestimmt und dann bei der weiteren Auswertung berticksichtigt.

Vom Durchstrahlungsbild zum MaB

Aus den zweidimensionalen Durchstrahlungsbildern lassen sich Volumendaten berechnen. Analog zu den Pixeln (Picture Element: Bild-

Vom Durchstrahlungsbild zum MaB 9

punkt), die bei 2D-Bildverarbeitungssensoren die lokale Lichtintensitat des Bildes in einem aquidistanten Raster in der Ebene darstellen, werden beim Rontgentomografen die Voxel (Volumetric Pixel: Volumenbildpunkt) zur Beschreibung der lokalen Strahlungsabsorptionen in einem aquidistanten Raster im Raum genutzt. Dunkle Voxel reprasentieren Bereiche mit niedriger Absorption (z. B. Luft), helle Voxel Bereiche mit hoher Absorption (z. B. Metall). Analog zur Negativdarstellung der Lichtintensitat in der Schwarz-WeiB-Fotografie erscheinen die Absorptionswerte Schicht ftir Schicht »umgekehrt«. Die Voxeldaten werden meist nach dem Verfahren der gefilterten Rtickprojektion aus den 2D-Durchstrahl ungs bildem (Proj ektionsdaten) berechnet (Abb. 4). Die Bildrekonstruktion erfolgt im Wesentlichen in drei Schritten:

• Datenvorverarbeitung • Filterung • Rtickprojektion.

Die Vorverarbeitung beinhaltet eine Normierung der Projektionsbilder, gefolgt von einer Logarithmierung und somit Linearisierung der Kennlinie. Hierdurch wird das exponentielle Abschwachungsverhalten der Strahlung bei der Materialdurchdringung (in jedem Volumenelement wird die ankommende, bereits <lurch vor-

a) b)

Aus 2D wird 3D: vom Pixel zum Voxel

Datenvorverarbeitung

Abb. 4: Vom Pixel zum Voxel: Aus dem 2D-Bilderstapel (a) entsteht die dreidimensionale Darstellung des Volumens durch Voxel (b ).


Filterung

Abb. 5: Die Durchstrahlungsbilder (a) werden durch Normieren, Logarithmieren und Linearisieren in das Bild der Schwdchungskoeffizienten (b) umgewandelt und anschliej3end zur Kantenanhebung gefiltert ( c ).

a)

herige Volumenelemente geschwachte Strahlung emeut abgeschwacht) <lurch ein lineares Modell ersetzt. Die Grauwerte in den Projektionsbildem entsprechen nicht mehr den gemessenen Intensitaten, sondem der Summe der Schwachungs- oder Dichtewerte des Objekts entlang des jeweiligen Rontgenstrahls. Man spricht bei dieser Summe auch vom so genannten Linienintegral. Praktisch bedeutet dies, <lass jeder Pixelwert im Rontgensensor nun genau die Summe der Voxelwerte entlang des Strahls <lurch das (noch zu berechnende) Volumen darstellt. Um aus diesen vorverarbeiteten Projektionsdaten das Volumen zu errechnen, wird die Bildung dieser Summenwerte mathematisch umgekehrt. Dazu ist eine Filterung der Projektionsdaten erforderlich. Die Filterung wird als Faltung jeder Sensorzeile mit einer die Intensitat der Kanten anhebenden Filterfunktion realisiert. Man kann sich dies so vorstellen wie die Scharfung eines Digitalfotos mit einer Bildbearbeitungssoftware. Im Gegensatz zur Fotografie, bei der eine solche Scharfung aus rein asthetischen Grunden vorgenommen wird, ist der Faltungsschritt bei der Tomografie mathematisch notwendig. Abbildung 5 veranschaulicht die zwei Schritte Vorverarbeitung und Filterung. N ach der Filterung werden die nun vorhandenen Projektionsbilder rtickprojiziert. Anschaulich kann man sich die Rtickprojektion der 2D-

b) c)

Vom Durchstrahlungsbild zum Ma6 11

Durchstrahlungsbilder so vorstellen, <lass der Vorgang der Erzeugung der Projektionsbilder mit dem Messgerat <lurch die Software rechnerisch umgekehrt wird. Die Rtickprojektion erfolgt ftir alle entstandenen Durchstrahlungsbilder in Richtung des Orts des Brennflecks unter Berticksichtigung der geometrischen Anordnung der relevanten Geratekomponenten und der jeweiligen Drehstellung. Durch Uberlagerung entsteht so ein virtuelles Messobjektvolumen. Hierzu wird jeder Projektionswert aus den verschiedenen Drehstellungen auf die entlang des Strahls liegenden Voxel aufaddiert. Dies erfolgt in der gleichen Richtung und damit entlang der gleichen Linien, wie sie ursprtinglich gemessen wurden. Die Bildrekonstruktion ist abgeschlossen, wenn alle gemessenen Projektionsbilder rtickprojiziert sind (Abb. 6).

a) b) � �)

Riickprojektion

Abb. 6: Berechnung von Volumendaten durch Ruckprojektion von gefilterten Durchstrahlungsbildern: a) Objekt b) Rontgenstrahlen

gang in der Schnittebene

c) Prinzip der schrittweisen Ruckprojektion und Uberlagerung

d) Rekonstruktionsergebnis bei einer unterschiedlichen Anzahl von Ruckprojektionen am realen Werkstuck

00 +goo 0° + goo + mo0 0° + goo + mo0 + 240°

d)

1 Projektion 2 Projektionen 4 Projektionen 8 Projektionen alle Projektionen


Exaktes Bestimmen der Materialiibergange ...

... durch Subvoxeling

Abb. 7: Grundprinzip der Ermittlung von Oberfliichenkoordinaten aus der Amplitudeninformation der Voxel durch lineare Interpolation: Der exakte Kantenort 0 wird am Schnittpunkt des lokalen Schwellwerts S (bezogen auf Amax und Am;n) bestimmt.

Die so ermittelten Volumeninformationen konnen bereits zur visuellen Inspektion z. B. auf Lunker, Einschltisse oder andere Eigenschaften innen liegender Geometrien herangezogen werden. Um aus diesen Daten MaBe zu ermitteln, ist es erforderlich, die exakte Lage von Materialtibergangen (z. B. von Metall zu Luft) zu bestimmen. Hierzu werden an jedem interessierenden Ubergangspunkt aus den in der Umgebung befindlichen Amplituden der Voxel die Raumkoordinaten eines Oberflachenpunkts berechnet. Durch die Einbeziehung der Amplitudeninformation wird die erreichbare Auflbsung der Kantenortsbestimmung deutlich hoher, als sie <lurch den Mittenabstand des Voxelrasters gegeben ist. Dieses Vorgehen wird in Anlehnung an das Subpixeling bei der 2D-Bildverarbeitung [2] als Subvoxeling bezeichnet. Das Subvoxeling kann nach verschiedenen Methoden erfolgen. Beispielsweise werden <lurch lineare Interpolation der Voxelamplituden und Anwendung eines lokal bestimmten Schwellwerts die Kantenorte berechnet (Abb. 7). Altemativ konnen die Kantenorte iiber das lokale Maximum am diff erenzierten Volumen oder mit integralen Verfahren ermit-

j Voxelamplitude

0 Ort --+

Vom Durchstrahlungsbild zum Ma6 13

telt werden. Diese Methoden haben wesentlichen Einfluss auf die Genauigkeit des Gesamtsystems. Es bietet sich an, diese Berechnungsvorgange fiir jedes vorhandene Volumenelement an den Materialgrenzen durchzufiihren. Dadurch ergeben sich so viele Messpunkte, wie Voxel im Ubergangsbereich existieren. So wird das gesamte gemessene Objekt mit der maximal verfiigbaren Punktdichte erfasst. Um die weitere Verarbeitung dieser Punkte zu erleichtem, wird die Oberflache des Objekts im STL-Format, d. h. <lurch Dreiecksfacetten beschrieben (Abb. 8).

Benotigt man bei einer spateren weiteren Auswertung die N achbam zu einem Messpunkt, sind diese <lurch die Dreieckszuordnung direkt bekannt und miissen nicht erst mit zeitaufwendigen Algorithmen gesucht werden. Wenn nicht die gesamte Objektinformation interessiert, kann man sich auch auf die Auswertung einzelner Oberflachenpunkte beschranken und so z. B. die Funktion eines taktilen Koordinatenmessgerats simulieren. Dabei gehen allerdings viele Informationen iiber das Werkstiick verloren.

Objektbeschreibung im STLFormat

Abb. 8: Mit Rontgentomografie gemessenes Werkstiick - Messpunkte im STL-Format dargestellt: a) Ubersicht b) Ausschnitt mit

erkennbaren Dreiecksf acetten


Von den Messpunkten zum MaB

Abb. 9:

Maj3bestimmung - die Messpunktewolke und das transparent dargestellte CAD-Modell sind uberlagert:

a) Vier Patches werden selektiert.

b) Eine erste Ebene wird berechnet.

c) Vier weitere Patches werden selektiert.

d) Eine zweite Ebene wird berechnet, die Ebenen werden zu einer Distanz verknupft.

Um aus den so erzeugten Messpunkten MaBe bestimmen zu konnen, werden - wie in der Koordinatenmesstechnik i.iblich - Punktegruppen zu Geometrieelementen wie Geraden, Kreisen, Zylindem oder Ebenen zusammengefasst. Um die Punkte zu selektieren, wird das gemessene Objekt zunachst mit dem zugehorigen CAD-Modell zur Uberdeckung gebracht. Dies erfolgt in der Regel automatisch

<lurch geeignete Algorithmen. Danach werden die interessierenden Bereiche <lurch Anklicken der zugehorigen CAD-Patches ausgewahlt. Die Messpunktauswahl geschieht dann <lurch die Software automatisch. Aus den so ermittelten Geometrieelementen werden die IstmaBe <lurch Verkni.ipfung berechnet (z. B. der Abstand zweier Ebenen oder Kreismittelpunkte) und mit den Sollwerten verglichen (Abb. 9).

Rastertomografie 15

Rastertomografie

Die oben beschriebene Vorgehensweise, bei der das gesamte Messobjekt in einem Bild erfasst wird, kann in Anlehnung an die Bildverarbeitung [2] auch als Tomografie »im Bild« bezeichnet werden. Kann hingegen nicht das gesamte Messobjekt in einem Bild erfasst werden, weil das Sehfeld des Rontgensensors in der Objektebene aufgrund der gewahlten VergroBerung stets oder in bestimmten Drehlagen kleiner ist als das Messobjekt, kann die Rastertomografie eingesetzt werden. Diese Vorgehensweise kann als Tomografie »am Bild« bezeichnet werden. Bei der Rastertomografie werden nacheinander mehrere Abschnitte des Messobjekts erfasst und die zugehorigen Bilderstapel gespeichert. Bei der Auswertung werden die entsprechenden Pixel- bzw. Voxelinformationen fi.ir das gesamte Objekt zusammengefi.igt (Abb. 10).

� 0 0

I 0 0

0 0

0 a)

t 0

0

b) c)

Standardverfahren: Tomografie »im Bild«

Rastertomografie: Tomografie »am Bild«

Abb. 10:

Rastertomografie zur Erweiterung des Messbereichs: a) Das Werkstuck

reicht uber die Flache des Rant-gensensors hinaus.

b) Durch Verschieben des Werkstucks relativ zum Sensor werden nachein-ander verschie-dene Bereiche des Werkstiicks erfasst.

c) Die so entstande-nen Teilbilder wer-den prdzise zum Gesamtbild zu-sammengefugt.


Erweiterung des Messbereichs durch Rastern

Steigerung der Auflosung durch Ras tern

Abb. 11: Binning: Zusammenfassung mehrerer Pixel zur Datenreduktion

Das Erfassen mehrerer Teilbilder des Messobjekts kann geratetechnisch <lurch Verschieben der Rontgeneinheit oder <lurch Verschieben des Messtisches mit der Drehachse und dem Messobjekt realisiert werden. Beim Messen von Objekten, die ausgedehnter sind als die Sensorflache, ist es notwendig, <lass das Messgerat iiber Verfahrachsen mit entsprechend langen Positionierwegen verfiigt. Auf diese Weise kann der Gesamtmessbereich auf ein Mehrfaches der Sensorflache vergroBert werden. Durch das Aufnehmen mehrerer Teilbilder wird die Auflosung des Gesamtbildes entsprechend erhOht. Dies kann zu einer erheblichen VergroBerung der anfallenden Datenmenge fiihren. Wenn die Rastertomografie nur zur Messbereichserweiterung fiir das Messen groBer Teile eingesetzt wird, ist diese hohe AuflOsung nicht immer erforderlich. In diesem Fall kann <lurch Binning eine Datenreduzierung herbeigefiihrt werden. Hierzu werden mehrere Pixel jeweils zu einem virtuellen Pixel mit einem groBeren Mittenabstand bzw. einer groBeren Flache zusammengefasst (Abb. 11). Eine weitere Anwendungsmoglichkeit des Rastems besteht, wenn die Auflosung des Sensors nicht ausreicht, um kleine Details groBerer Werkstiicke bei der Messung in einem Schritt ausreichend gut messen zu konnen

2-fac h Binning

• -D 4-fac h Binning

Rastertomografie 17

(Abb. 12). Zur Steigerung der Auflosung in diesen Fallen wird die VergroBerung auf das fiir eine ausreichende Auflosung notwendige MaB erhoht und das gewiinschte Messvolumen <lurch Rastem erfasst. Abbildung 13 zeigt ein

I

c:;

b) d)

Abb. 12: Beispiel eines Messergebnisses mit guter (a) und unzureichender Auflosung (b)

Abb. 13: Rastertomografie zur ErhOhung der AufZOsung: a) Das Werkstiick

nimmt die gesamte Flache des Rontgensensors ein.

b) Die erzielte AufZOsung geniigt nicht, um Details zu messen.

c) Durch schrittweises Verschieben des Werkstiicks entlang der Drehachse (Pfeil) bei hoher eingestellter VergrojJerung erfolgt eine Aufteilung in Teilbilder. Diese werden spater wieder zusammengefiigt.

d) Die Teilbilder und damit auch das zusammengefiigte Volumen sind entsprechend der hoheren VergrojJerung aufgelOst.


Messbarkeit kleiner Strukturen durch Ras tern

Abb. 14: Rastertomografie senkrecht zur Drehachse

Beispiel fiir das Rastern entlang der Drehachse, das allerdings nur zur Messung von relativ schlanken Objekten wie Steckerleisten einsetzbar ist. Ohne Rastertomografie wird z. B. mit 800 Voxeln pro 200 mm Bauteillange eine VoxelgroBe von 0,25 mm erreicht. Zur Berechnung eines Merkmals (z. B. eines Radius) benotigt man generell mehrere Messpunkte und somit mehrere Voxel. Fur das gewahlte Beispiel ergeben sich kleinste sinnvoll messbare Strukturen von ea. 1 mm bis 3 mm GroBe. Mit z. B. fiinffaehem Rastern werden ea. 4800 Voxel pro 200 mm Bauteillange und eine VoxelgroBe von 0,04 mm erreicht. So konnen kleinste Strukturen von ea. 0,15 mm bis 0,5 mm GroBe gemessen werden.

Sind die Messobjekte hingegen beispielsweise scheibenformig, muss senkrecht zur Drehachse gerastert werden (Abb. 14). Bei kompakten Messobjekten kann das Verfahren auch kombiniert in beiden Richtungen angewendet werden.

Geratetechnik und

Bauformen

Bei der teehnischen Realisierung von Koordinatenmessgeraten mit Rontgentomografie sind die konkreten Anforderungen der Messaufgabe zu berucksichtigen. Eine wiehtige Rolle spielen die maximale MessobjektgroBe und die erforderliche Genauigkeit. Abhangig von Material und GroBe des Messobjekts sind die geeignete Rontgentechnik und Geratemechanik auszuwahlen. AuBerdem muss entschieden werden, ob das Messgerat als Einzweckgerat fiir eine Teilegruppe oder als flexibles Messgerat fiir vielfaltigste Messauf gaben eingesetzt werden soll. In diesem Zusammenhang stellt sieh auch die Frage, oh eine Ausstattung mit Multisensorik sinnvoll erscheint oder nicht.

Rontgenstrahlungsquelle

Die zur Erzeugung der Rontgenstrahlung eingesetzten Rontgenrohren stellen eine Kernkomponente von Rontgentomografiegeraten dar (Abb. 15). Sie arbeiten nach dem Prinzip der Elektronenstrahlrohren: In einem Vakuum werden durch Gluhemission freie Elektronen generiert und dureh eine elektrisehe Spannung zwischen zwei Elektroden aus Metall besehleunigt, sodass sich ein Elektronenstrahl bildet. In der Rontgenrohre trifft dieser Elektronenstrahl auf ein Target aus Metall. Bei ausreichend hoher Beschleunigungsspannung und damit ausreichender kinetischer Energie der Elektronen entsteht Rontgenstrahlung, d. h. hochfrequente elektromagnetische Strahlung. Das Frequenzspektrum der erzeugten Rontgenstrahlung hangt von der Spannung zwi-

Geratekonfiguration der Messaufgabe angepasst

19

Funktionsweise einer Rontgenrohre

I

l '-

20 Geratetechnik und Bauformen

Abb. 15: Die Kernkomponenten fiir die Tomografie: a) 225-kV-Mikro

fokus-Rontgenrohre b) hochgenauer, luft

gelagerter Drehtisch

c) Rontgensensor mit 2000 x 2000 Bildpunkten

Die Kathodenspannung beeinflusst das Strahlungsspektrum

schen der Kathode und Anode der Rontgenrohre (Kathodenspannung) und vom Targetmaterial ab. Die Strahlung einer Rontgenrohre kann man als einen Strom von Photonen unterschiedlicher Frequenzen betrachten. Weil die Energie eines Photons proportional zu seiner Frequenz ist, wird i.iber die Wahl der elektrischen Spannung an der Rontgenrohre mit der Frequenz auch die Energie der Photonen beeinflusst. Dies ist wichtig fi.ir die Auswahl der Rontgenrohre, denn bestimmte Materialien lassen sich nur mit relativ geringen Strahlungsenergien optimal messen. Andere Werkstoffe konnen hingegen nur von energiereicherer Strahlung und somit hoherer Kathodenspannung durchdrungen werden. In der Praxis liegt die Spannung je nach Rohrentyp zwischen 90 kV und 450 kV. Um i.ibliche Kunststoffteile zu messen, geni.igen Spannungen von 90 kV bis 130 kV. Soll en auch Teile gemessen werden,

Rontgenstrahlungsquelle 21

die Metall enthalten, sind hohere Spannungen sinnvoll. Energiereichere Rontgenstrahlung als mit Rontgenrohren kann mit Synchrotronstrahlern erzeugt werden. Diese werden aufgrund der hohen Kosten zurzeit nur im wissenschaftlichen Bereich eingesetzt. Mit hochfrequenter Synchrotronstrahlung konnen auch sehr groBe Objekte aus Metall, wie z. B. komplette MotorblOcke, durchstrahlt und tomografiert werden. Grundsatzlich werden die Targets von Rontgenrohren in Reflexionstargets und Transmissionstargets unterschieden (Abb. 16). Der Unterschied beim Einsatz von Reflexions- oder Transmissionstargets zeigt sich in der verfi.igbaren Strahlungsleistung und damit Messzeit und der erreichbaren minimalen BrennfleckgroBe.

Kath ode

+

Anode

Beim Reflexionstarget (haufig Direktstrahler genannt) wird die Rontgenstrahlung vom Target reflektiert. Durch diesen Aufbau konnen groBere W armemengen abgefi.ihrt werden; dies Hisst eine hOhere Leistung und damit ki.ir-

Das Target bestimmt das Einsatzspektrum

Abb. 16: Prinzip der Rontgenstrahlerzeugung: Die Gliihkathode emittiert Elektronen im Vakuum. Diese werden durch das elektrische Feld zwischen Kathode und Anode beschleunigt. Beim Aufschlagen auf das Target erfolgt eine Umwandlung der Elektronenstrahlung in Rontgenstrahlung. a) Reflexionstarget b) Transmissions

target

Reflexionstargets fiir kurze Messzeiten


Transmissionstargets fur hohe Auflosung

Offene und geschlossene Rohrenbauweise

zere Messzeiten zu. Durch eine vorzugsweise rechteckformige Blende wird der erzeugte Rontgenstrahlkegel pyramidenformig begrenzt und der GroBe des Sensors angepasst. Die bei Rontgenrohren mit Reflexionstarget erreichbaren minimalen BrennfleckgroBen betragen wenige Mikrometer. Dies reicht fiir iibliche Messaufgaben vollkommen aus, da eine AuflOsung von Strukturen unter 5 µm eher selten gefordert wird. Durch Subvoxeling lassen sich trotzdem Messabweichungen von nur einigen Zehntelmikrometem realisieren. Transmissionstargets werden von der Rontgenstrahlung durchstrahlt und sind deshalb dunner als Reflexionstargets; die Rontgenstrahlung breitet sich in Richtung des Elektronenstrahls aus. Rontgenrohren mit Transmissionstarget haben den Vorteil, dass aufgrund des diinnen Targets ein kleinerer Strahldurchmesser (Brennfleck) und damit eine hohere Auflosung erzielt werden kann. Die minimale GroBe des Brennflecks nimmt wie beim Reflexionstarget allerdings auch hier direkt mit der eingestellten Leistung zu. Ein kleiner Brennfleck kann nur bei geringen Leistungen erreicht werden. Dies schrankt den praktischen Einsatz stark ein. Sinnvoll ist er nur bei Mikromessobjekten mit sehr hohen Anforderungen an die Auflosung. Sind die Messobjekte in Strahlrichtung groBer als einige wenige Millimeter, ist entweder eine sehr lange Messzeit in Kauf zu nehmen, oder die Rontgenrohre muss mit hOherer Leistung betrieben werden. In letzterem Fall wird der Brennfleck physikalisch bedingt groBer. AuBerdem wird bei hoheren Leistungen bewusst defokussiert, um die Leistungsdichte auf dem Target zu begrenzen und dessen ZerstOrung zu vermeiden. Rontgenrohren gibt es sowohl in offener als auch in geschlossener Bauweise. Bei einer geschlossenen Rontgenrohre wird das Vakuum

Rontgenstrahlungsquelle 23

einmalig beim Hersteller erzeugt und durch hermetisches VerschlieBen des Vakuumbehalters iiber einen sehr langen Zeitraum aufrechterhalten. Der Einsatz geschlossener Rontgenrohren ist bei Spannungen bis ea. 150 kV sinnvoll. In diesem Fall konnen die Rohren ohne Wartung iiber eine Lebensdauer von mehreren J ahren genutzt werden. N ach Ablauf der Lebensdauer ist ein Austausch der kompletten Rontgenrohre erforderlich. Rontgenrohren mit BrennfleckgroBen im Mikrometerbereich, die mit Spannungen iiber 150 kV betrieben werden, sind iiblicherweise als offene Systeme ausgefiihrt, weil der VerschleiB an den Elektroden hOher und deshalb eine regelmaBige Wartung notwendig ist. Bei einer offenen Rontgenrohre wird das Vakuum im Betrieb durch eine separate Vakuumpumpe erzeugt. Dadurch ist es moglich, die Rontgenrohre im Servicefall zu offnen und zu warten und danach das Vakuum emeut durch den dauerhaften Betrieb einer Vakuumpumpe herzustellen. Unter Beriicksichtigung der Wartungskosten offener Systeme und der Austauschkosten geschlossener Systeme sind die Kosten fiir den Betrieb beider Bauweisen ahnlich. Im Detail ist der Aufbau einer Rontgenrohre sehr komplex. Neben den genannten Elektroden und dem Target verfiigt sie auch iiber zahlreiche Komponenten zur Strahlfokussierung, Elektrodenheizung und fiir weitere Funktionen (Abb. 17). Wegen der erforderlichen Messgenauigkeit spielt die Temperatur beim Einsatz von Rontgenrohren in Koordinatenmessgeraten eine herausragende Rolle [3]. Da Rontgenrohren im Allgemeinen einen geringen Wirkungsgrad aufweisen, entsteht eine relativ groBe Verlustleistung. Diese wird iiber geeignete Fliissigkeitskiihlsysteme mit W armetauschem aus dem Messgerat herausgefiihrt.

Wartungvon Rontgenrohren

Die Warme wird abgefiihrt

I

I:


Abb. 17: Prinzipielle Darstel-lung einer 225-kV-Mikrofokus-Rontgen-rohre in ojfener Bau-weise: a) Reflexionstarget b) Wasserkuhlung c) Zentrierblende d) Shuttertarget e) Anode f) Gitter g) Isolator h) Nutzstrahlkegel i) Fokusspule

j) Zentrier- und Ablenkspulen

k) Filament (Kathode)

l) Vakuumpumpe m) Hochspannungs-

kabelbuchse (Quelle: ViscomAG, Hannover)

Das Messobjekt wird gedreht

a) h)

b)

c)

i)

d)

f)

g) I)

Drehachse

Prinzipiell macht es keinen Unterschied, ob die Rontgenquelle mit dem Sensor um das Messobjekt oder das Messobjekt im Strahlengang gedreht wird. Fur die Anwendung in der Messtechnik wird jedoch die Geratebauweise mit unbewegter Rontgeneinheit und einer Drehachse fiir das Werkstiick bevorzugt, weil derartige Gerate auch bei hoher Prazision mit

vertretbarem Aufwand hergestellt werden konnen. AuBerdem sind in dieser Bauweise bewahrte Komponenten aus der Koordinatenmesstechnik einsetzbar. Die Eigenschaften der Drehachse hinsichtlich Rundlauf, Planlauf und Teilungsgenauigkeit wirken sich direkt auf das Messergebnis aus. So fiihrt z. B. eine Winkelmessabweichung von einer Bogensekunde auf einem Radius von 200 mm zu einer tangentialen Messabweichung von ea. 1 µm. Hieraus ist nicht direkt auf die erzielbare Messunsicherheit beim Tomografieren zu schlieBen, denn es kommen noch weitere Einflussfaktoren, wie die Radialabweichung, die Axialabweichung und das Taumeln der Drehachse, sowie die Auswirkungen der anderen Geratekomponenten hinzu. Das bedeutet, dass insbesondere bei Messgeraten mit groBem Durchmesser des Messbereichs sehr genaue Drehachsen eingesetzt werden miissen. Bei kleineren Durchmessern sind die Anforderungen etwas geringer. Die Drehachse muss auch geeignet sein, die geforderte Genauigkeit bei Belastung mit dem Gewicht von Werkstiick und Aufnahmevorrichtung zu gewahrleisten.

Rontgensensor

Rontgensensoren sind sowohl als Zeilensenso

ren als auch als Flachensensoren verfiigbar (Abb. 18). Unter rein geometrischen Gesichtspunkten ware die Verwendung von Zeilensensoren am giinstigsten. Durch synchrones Verstellen von Strahlungsquelle und Zeilensensor relativ zum Messobjekt in Richtung der Drehachse kann erreicht werden, class die jeweils erfasste Schnittebene durch das Objekt stets senkrecht zur Drehachse steht. Der N achteil besteht darin, dass jede Schnittebene in allen Drehstellungen einzeln aufgenommen werden

Rontgensensor 25

Grofier Einfluss der Drehachse auf die Genauigkeit

Flachensensoren sind besser geeignet


Abb. 18: Tomografie mit Zeilensensor (a) und Fldchensensor(b)

Kleiner Kegelwinkel reduziert die Messabweichungen

muss. Im Vergleich zu einem Flachensensor mit z. B. I OOO Zeilen erfordert dies bei sonst gleichen Betriebsparametern die 1000-fache Messzeit. Die Energie der Rontgenquelle wird zudem erheblich schlechter ausgenutzt, da immer nur ein zeilenformiger Ausschnitt des Strahlkegels verwendet wird. Aus diesem Grund werden iiblicherweise Flachensensoren eingesetzt, die entsprechend der Zeilenanzahl des Sensors gleichzeitig mehrere Schnittebenen des Messobjekts erfassen. Der Nachteil dieser Kegelstrahltomografie mit kreisformiger Bewegung besteht allerdings darin, dass die erfassten Schnittebenen des Objekts bis auf die mittlere nicht senkrecht zur Drehachse liegen. Dies fiihrt bei der mathematischen Rekonstruktion der Volumendaten aus den 2D-Durchstrahlungsbildern zu prinzipbedingten Messabweichungen, die je nach Genauigkeitsanforderungen zu korrigieren sind. Je kleiner der Kegelwinkel, desto geringer sind diese Messabweichungen. Deshalb ist es sinnvoll, hochgenaue Gerate mit einem groBen Abstand zwischen Rontgenquelle und Sensor

auszustatten. Dies verringert allerdings den Wirkungsgrad der Rontgenrohre, da der Nutzstrahlkegel kleiner wird. Abhangig von der anzustrebenden Genauigkeit muss der Geratehersteller den optimalen Kompromiss finden (Abb. 19).

In industriellen Rontgentomografiegeraten werden iiblicherweise Flachensensoren mit einem Szintillator eingesetzt (Abb. 20). Der Szintillator hat die Auf gabe, die auf den Sensor auftreffende Rontgenstrahlung in Licht umzuwandeln. Dies geschieht dadurch, dass energiereiche Photonen der Rontgenstrahlung beim Durchdringen des Szintillators Teilchen des Szintillatormaterials anregen, die im sichtbaren Frequenzbereich strahlen. Es ist so moglich, fiir die eigentliche Bildaufnahme iibliche fotoempfindliche Elemente auf der Basis von Silizium zu verwenden. Die Empfindlichkeit der einzelnen Pixel eines Flachensensors ist nicht vollig gleich. Dieser Unterschied wird in der Praxis <lurch Einmessen des Sensors im Hellen und Dunklen und

Rontgensensor 27

Abb. 19: Werth TomoScope HV 500: Koordinatenmessgerdt mit Rontgentomografie far hOchste Anforderungen durch kleinen Kegelstrahlwinkel

(Distanz Brennfleck zu Sensor ea. 2,5 m); Messbereich: Ldnge bis 800 mm, Durchmesser bis 700 mm; Ldngenmessabweichung MP EE: (4,5 + UlOO) µm, L in mm


Abb. 20: Matrixformiger Rontgensensor mit Szintillator: Das Rontgenbild wird vom Szintillator (a) in ein Bild im sichtbaren Spektrum umgewandelt. Durch das Fotoempfiingerarray (b) eifolgt die Umwandlung in elektrische Signale.

PixelgroBe und AbbildungsmaBstab beeinflussen die Auflosung ·

anschlieBende automatische Softwarekorrektur eliminiert. Ubliche Flachensensoren (s. Abb. 15, S. 20) verfiigen iiber 1000 X 1000 bis 2000 X 2000 Bildpunkte. Die Abmessungen der einzelnen Pixel liegen zwischen 50 µm und 400 µm. Die GroBe.des Sensors bestimmt das groBtmogliche Objekt, das in einer niedrigen VergroBerung im Bild, d. h. ohne Rastertomografie, gemessen werden kann. Bei gleichem Kegelwinkel erfordert ein groBer Flachensensor eine groBere BaugroBe des Messgerats als ein kleiner. GroBe Sensoren sind deshalb nur dann sinnvoll, wenn ein groBer Messbereich gewiinscht ist. Der AbbildungsmaBstab zwischen der Sensorund der Objektebene (nicht ganz zutreffend auch als VergroBerung bezeichnet) ist bei groBen Sensoren mit groBen Pixeln prinzipiell groBer, da bei gleichem Kegelwinkel ein groBerer Abstand zur Abbildung des Objekts benotigt wird. Dies ist jedoch nur ein scheinbarer Vorteil. Der AbbildungsmaBstab ist immer im Zusammenhang mit der PixelgroBe des Sensors zu betrachten. Entscheidend for die Auflosung und die Messunsicherheit ist die GroBe der Voxel in der Objektebene. Bei gleicher Pixelzahl kann mit einem kleinen Sensor auf geringerem Bauraum die gleiche Auflo-

sung in der Objektebene erzielt werden wie bei einem groBen Sensor mit groBerem Bauraum (Abb. 2 1). Die Auflosung Hisst sich z. B. durch mehr Pixel im Sensor oder durch Rastem steigem.

Linearachsen

Wenn Messgerate nicht speziell fiir ein Werkstiick hergestellt werden, sondem eine gewisse Flexibilitat aufweisen sollen, sind zusatzlich zur Drehachse Linearachsen erforderlich. Diese dienen unter anderem zum Einstellen des AbbildungsmaBstabs, zur Werkstiickpositionierung und zum Rastem. Im einfachsten Fall ist nur eine Linearachse zum Verschieben der Drehachse entlang des Rontgenstrahlengangs vorhanden. Hierdurch konnen der AbbildungsmaBstab und somit die VergroBerung beim Messen eingestellt werden (Abb. 22a). Mit dieser Anordnung kann nur »im Bild« tomografiert werden, d. h., die GroBe der zu messenden Bauteile ist direkt <lurch die SensorgroBe begrenzt. Auch ist es nicht moglich, in hoherer Auflosung Detailbereiche mit vertretbarem Aufwand zu messen. Um dem Anwender die Moglichkeit zu geben, das Werkstiick optimal im Rontgenstrah-

Linearachsen 29

Abb. 21: Vergroj3erung und Messbereich bei unterschiedlichen Sensorgroj3en - die Auflosung ist hiervon unabhiingig: a) groj3er Sensor b) kleiner Sensor

Flexibel durch Verstellmoglichkeiten

I 11

I

I

I

I


Abb. 22: Linearachsen in Rontgenmessgeraten: a) Vergroj3erung ein

stellen durch Verstellen der z-Position der Drehachse

b) Werkstuck positionieren und rastertomografieren durch Verstellen der Rontgenquelle und des Sensors in x-Richtung undl oder Verstellen der Drehachse in y-Richtung

c) Abstand zwischen Rontgenquelle und Rontgensensor in z-Richtung verstellen zur Einstellung des Kegelwinkels

d) Multisensorintegration

a)

b)

c)

d)

lengang zu positionieren, ist eine Verstellmoglichkeit zwischen Drehachse und Rontgeneinheit in Drehachsenrichtung notwendig. Diese kann durch Verstellen von Quelle und Sensor oder auch durch Verstellen der Drehachse realisiert (Abb. 22b) und in dafiir geeigneten Geraten auch fiir die Rastertomografie und die Helix-Tomografie (s. S. 81 f.) genutzt werden. Weil die Qualitat der Linearachsen bei diesen Messverfahren direkt in das Messergebnis eingeht, verfiigen sie tiber die hohe Genauigkeit von Koordinatenmessgerateachsen. Durch eine zusatzliche Verstellmoglichkeit des Sensors oder der Quelle in Richtung des Strahlengangs ist es moglich, den Abstand der Quelle zum Sensor zu verandem (Abb. 22c). Bei ktirzerem Abstand ist der Kegelwinkel groBer. Weil ein groBerer Teil der von der Rontgenrohre erzeugten Strahlungsleistung zum Tomografieren genutzt werden kann, sind die Messzeiten bei gleicher Bildhelligkeit ktirzer. Eine Verktirzung des Abstands zwischen Quelle und Sensor um den Faktor zwei bewirkt z. B. eine Verktirzung der Messzeit um den Faktor vier. Dies ist beim Messen von Werkstticken aus dichten Materialien wie Metallen hilfreich. Um die VergroBerung beim Andem des Abstands zwischen Quelle und Sensor konstant zu halten, muss die Drehachse in Richtung des Flachensensors entsprechend nachgestellt werden. Durch den vergroBerten Kegelwinkel konnen groBere Messabweichungen im oberen und unteren Bereich des Werkstticks entstehen. Dies lasst sich durch spezielle Tomografietechniken wie die Helix-Tomografie (s. S. 81 f.) vermeiden. Abbildung 23 zeigt eine alternative Geratebauweise, mit der die beschriebenen Funktionen ebenfalls realisiert werden konnen.

Linearachsen 31

Verkiirzung der Messzeit


Abb. 23:

Gerateprinzip in einer alternativen Bauweise mit in x-Richtung verstellbarer Drehachse: a) taktiler oder opti-

scher Sensor b) Rontgensensor c) Rontgenquelle d) Drehachse

Abb. 24:

Koordinatenmessgeriit mit Rontgensensor und separater Messachse mit Dreh-/Schwenkkopf zur Aufnahme verschiedener optischer und taktiler Sensoren - dargestellt ist die Messung einer Diesel-Einspritzduse mit einem Werth Fasertaster.

Fiir die Integration der Multisensorik lassen sich weitere Sensoren an der Linearachse fiir die Rontgensensorik anbringen. Fiir den Anwender ist es jedoch von Vorteil, wenn die zusatzlichen Sensoren eines Multisensorgerats an unabhangigen Achsen montiert sind. Hierdurch lassen sie sich auf3erhalb des Arbeitsbereichs positionieren, wenn tomografiert werden soll, und die Bedienung wird wesentlich erleichtert (Abb. 22d). Es ist sinnvoll, die Multisensorachse mit einem Schwenkgelenk

oder einem Drehschwenkgelenk mit Sensorwechselschnittstelle auszustatten. An dieser Schnittstelle konnen dann verschiedene Sensoren aus der Palette von Multisensor-Koordinatenmessgeraten eingesetzt werden. Abbildung 24 zeigt ein solches Schwenkgelenk mit einem Bildverarbeitungsmesskopf. Dieser Messkopf kann iiber eine weitere Schnittstelle wahlweise mit einem Werth Fasertaster oder verschiedenen Beleuchtungseinheiten bestiickt werden. Das Messgerat kann dann zur Autokorrektur (s. S. 57 ff.) oder auch wie ein herkommliches Koordinatenmessgerat mit Drehachse eingesetzt werden. Bei Messgeraten mit einer Genauigkeit von einigen wenigen Mikrometem konnen die Linearachsen mit mechanischen Lagem ausgefiihrt werden (Abb. 25). Fiir hohere Genauigkeitsanforderungen im unteren Mikrometerund Submikrometerbereich wird Luftlagertechnik eingesetzt. Wie in der Koordinatenmesstechnik iiblich, werden Linearachsen bei Bedarf <lurch entsprechende Geometriekor-

Linearachsen 33

Unabhangige Achsen fiir die Multisensorik

Abb. 25:

TomoScope 200:

M ultisenso r-Rontgentomo g rafiemessgeriit mit vertikal verstellbarer Drehachse; Rohrenspannung: 90 kV bis 190 kV,· Messbereich: Lange bis 200 mm, Durchmesser bis JOO mm

I ' • I !


Bauart Vollschutzgerat nach Rontgenverordnung

Schutzraume fiir Gerate mit barter Rontgenstrahlung

rektur in allen Freiheitsgraden korrigiert. Hierdurch lassen sich erheblich hohere Genauigkeiten erzielen, insbesondere beim Einsatz von Multisensorik.

Strahlenschutzmafinahmen

Beim Messen mit Rontgenstrahlung ist die gesundheitsschadliche Wirkung dieser Strahlung zu beachten. Koordinatenmessgerate mit Rontgentomografie, deren Bauart den Vorgaben fiir Vollschutzgerate nach Rontgenverordnung entspricht, verfiigen iiber eine Bleiabschirmung in der Verkleidung des Gerats. Die Abbildung auf Seite 1 zeigt ein derart verkleidetes Gerat, das mit 225 kV Kathodenspannung betrieben wird (Werth TomoScope HV Compact). Die Abschirmung der Rontgenstrahlung erfolgt <lurch in die Verkleidungsplatten integrierte Bleischichten, das Beobachtungsglas ist <lurch Bleieinlagerungen ebenfalls strahlungssicher (s. a. Abb. 19, S. 27 und Abb. 25, S. 33). Hierdurch wird erreicht, <lass nur geringste Mengen der Rontgenstrahlung das Gerat verlassen konnen. Die Strahlenbelastung fiir den Bediener liegt in der GroBenordnung der natiirlichen Strahlenbelastung auf oder nahe Meereshohe. Um diesel be Strahlungsdosis aufzunehmen wie ein Passagier auf einem Langstreckenflug, miisste der Bediener monatelang mit dem Gerat arbeiten. MaBnahmen, die ein unbeabsichtigtes Offnen des Gerats bei eingeschalteter Rontgenquelle verhindem, und andere Sicherheitsschaltungen sorgen zusatzlich fiir einen sicheren Betrieb. Die beschriebene Bauweise hat sich fiir Messgerate bis 225 kV Rohrenspannung bewahrt. Mit hoherer Spannung betriebene Gerate, die sehr energiereiche Strahlung erzeugen, werden meist in speziellen Schutzraumen auf gestellt.

Tomografieren in der industriellen Anwendung

Die Anwender von Messgeraten mit Rontgentomografie erwarten die Losung verschiedenster Aufgabenstellungen. Von der einfachen Betrachtung innen liegender Strukturen von Werkstiicken bis hin zur vollautomatischen Messung samtlicher MaBe. Eine wichtige Forderung ist das schnelle Messen der Werkstiicke mit ausreichend geringer Messunsicherheit. Die Riickfiihrbarkeit der Messergebnisse ist hierbei von grundlegender Bedeutung. Das Programmieren der PriifabIaufe soll moglichst einfach sein, ob mit oder ohne Unterstiitzung <lurch CAD-Daten. Zu den Priifablaufen zahlen auch Moglichkeiten, die Messergebnisse mit CAD-Daten der Werkstiicke oder mit Meisterteilen zu vergleichen. Fiir eine effektive Korrektur von SpritzgieBwerkzeugen ist der Vergleich mit den CAD-Daten unabdingbar. Ein besonderer Vorteil der Rontgentomografie liegt auch darin, <lass selbst innen liegende oder schwer zugangliche Geometrien zerstOrungsfrei und hochgenau gemessen werden konnen. Die Anwender von Koordinatenmessgeraten mit Rontgentomografie erwarten auch, dass die an Rontgentomografie-Inspektionsgerate gestellten klassischen Priifauf gaben ebenfalls gelOst werden konnen. Hierzu gehOrt das Priifen der Materialstruktur, z. B. hinsichtlich Fasern und ungewollten Einschliissen wie Lunkern oder Blasen. Weitere Aufgaben bestehen in der Priifung und Messung von montierten Baugruppen und Verbundbauteilen ohne vorherige Demontage oder ZerstOrung.

Schnell und hochgenau messen

Materialinspektion

35

36 Tomografieren in der industriellen Anwendung

VergroBerung einstellen und einmessen

Anforderungen an die Werkstiickaufnahme

Einstellen und Tomografieren

Vor dem Tomografieren eines Werkstiicks ist am Messgerat der geeignete AbbildungsmaBstab (VergroBerung) zu wahlen. Dabei ist die angestrebte Detailauflosung zu beachten. Auch muss gewahrleistet sein, dass der gewunschte Bereich des Werkstiicks oder das gesamte Messobjekt vollstandig erfasst wird. Unter Umstanden ist die Rastertomografie einzusetzen. Haufig zu verwendende VergroBerungen sind werkseitig am Messgerat eingestellt und eingemessen. Dariiber hinaus kann der Anwender auf die spezielle Auf gabenstellung zugeschnittene VergroBerungen zusatzlich einmessen. Dazu sind die mechanischen Achsen des Koordinatenmessgerats mit dem Joystick so einzurichten, dass der gewiinschte Bildausschnitt am Messobjekt erfasst wird. AnschlieBend ist die VergroBerung unter Verwendung eines hierfiir vorgesehenen Normals mit einem automatisch arbeitenden Programm einzumessen. Dies kann durch Messung kalibrierter Geometriemerkmale des Normals selbst oder durch lineares Verschieben des Normals erfolgen, indem die Verschiebung eines Geometriemerkmals am Normal gemessen wird. Nach erfolgreichem Einmessen sollte die Qualitat des Einmesszustands durch Uberpriifung der Antastabweichung sichergestellt werden (s. Spezifikation und Messunsicherheit, S. 83 ff.). Zurn Tomografieren muss das Werkstiick in geeigneter Weise auf der Drehachse des Messtischs angeordnet werden. Die Werkstiickaufnahme sollte das Messergebnis moglichst wenig beeinflussen. Fur Messobjekte aus schweren Materialien wie Aluminium und Stahl eignen sich Werkstuckaufnahmen aus Kunststoff. Dieser ist fiir die Rontgenstrah-

Einstellen und Tomografieren 37

lung wesentlich transparenter als das zu messende Metall und deshalb in den Durchstrahlungsbildern kaum noch sichtbar. Besteht die Messauf gabe im Messen von Kunststoffteilen, insbesondere aus Kunststoffen mit wenigen Zuschlagstoff en, muss durch Einsatz geeigneter dunner Schaumstoffplatten ein ausreichender Abstand zwischen den zu tomografierenden Bereichen des Werkstiicks und der Werkstuckaufnahme geschaffen werden (Abb. 26). Die Lage des Werkstiicks relativ zur Drehachse darf sich wahrend des Tomografierens nicht verandern, da dies zu erheblichen Messabweichungen fiihren konnte. Die eher provisorische Aufnahme des Werkstiicks in Schaumstoff sollte deshalb moglichst vermie-

Eine stabile Werkstiickaufnahme ist wichtig

Abb. 26:

Aufnahmevorrichtung fur ein Werkstuck mit Kunststofftrage r und Schaumstoffzwischenplatte

I!

, I

, ; ,I 'i


Artefaktkorrektur erfordert gleiche Werkstiicklage

Abb. 27: Zusammenhang zwischen Rohrenspannung, Werkstiickgrofie und Werkstiickmaterial: Die maximal mogliche Durchstrahlungsldnge hdngt van der Materialzusammensetzung und der Geometrie des Objekts ab - die Angaben konnen nur als grobe Richtwerte dienen.

den werden. Dies gilt vor allem dann, wenn die angestrebte Messunsicherheit im Bereich weniger Mikrometer liegt. Um die verbleibenden Messabweichungen bei der Anwendung von Artefaktkorrekturverfahren zu minimieren, ist es oft notwendig, das Werkstiick stets in der gleichen Relativlage zum Rontgenstrahlengang wie bei der Korrekturermittlung anzuordnen. Nach der Positionierung des Werkstiicks sind am Messgerat einige Parameter fiir die durchzufiihrende Messung einzustellen. Mit der Wahl von Spannung und Strom der Rontgenrohre kann die Bildhelligkeit beeinflusst werden. Die Spannung verandert zugleich das Frequenzspektrum der Strahlung und ist deshalb abhangig vom Material des Messobjekts optimal einzustellen. Fi.ir verschiedene Materialien und Spannungswerte . ergeben sich unterschiedliche maximale Durchstrahlungslangen. Diese sind beim Einstellen der Parameter zu beri.icksichtigen (Abb. 27).

Rontgenspannung 130 kV 150 kV 190 kV 225 kV 450 kV

Stahl/Keramik bis 5 mm bis 8 mm bis 25 mm bis 40 mm bis 70 mm

Aluminium

Kunststoff

bis 30 mm bis 50 mm bis 90 mm bis 150 mm bis 250 mm

bis 90 mm bis 130 mm bis 200 mm bis 250 mm bis 450 mm

l I l l i Kunststoffstecker

Handyabdeckungen Kleine Zahn

implantate

Autokolben Elektromotoren Einspritzdusen

Motorblocke Armaturenbretter

Turbinenschaufeln

I BestUckte Stecker 11 Winkelschleifer I Pumpengehause Hohlbohrer T itanimplantate Zirkonoxidimplantate

��


lntensitat

100%

80%

60%

40%

20%

0%

I � /Filter 0,4 mm A�

I �

) 0 20 40 60 80 100

Das Strahlungsspektrum lasst sich auch durch den Einsatz von Filtem, z. B. aus Aluminium, Zinn oder Gold, am Austrittsfenster der Rontgenrohre optimieren (Abb. 28). Die Verwendung solcher Filter fiihrt jedoch zu geringeren Strahlungsintensitaten, die durch langere Messzeiten ausgeglichen werden mi.issen. Da die Messergebnisse durch die Filterung beeinflusst werden (z. B. unterschiedliche Artefaktauspragung - s. Physikalische Besonderheiten, S. 64 ff.), sollte die Filterauswahl programmgesteuert erfolgen. Das Durchstrahlungsbild ist moglichst hell einzustellen, um in schwer zu durchstrahlenden Bereichen des Werkstiicks ein giinstiges Signal-Rausch-Verhaltnis zu erzielen. Ein Uberstrahlen des Bildes, auch in Teilbereichen, muss jedoch unbedingt vermieden werden. Eine Ausnahme stellt die Mehrenergietomografie (s. S. 79 f.) dar. Bei der Wahl von Strom und Spannung ist auch darauf zu achten, dass die Leistung der Rontgenrohre nicht zu hoch wird, um entsprechend der eingestellten VergroBerung und damit der VoxelgroBe

Energie in keV

Abb. 28: Rontgenspektren bei Anwendung verschiedener Filter (Rohrenspannung JOO kV): Durch die Filterung werden niedeifrequente Anteile reduziert, die Gesamtintensitdt sinkt. (Quelle: Viscom AG, Hannover)

Helle Bilder fiir geringes Rausch en


Wahl des Kegelwinkels

Einstellen der Bildpunktanzahl ...

... und der Drehschrittanzahl

einen ausreichend kleinen Brennfleck zu erzielen. Bei Messgeraten, die die Moglichkeit bieten, den Kegelwinkel zu verstellen, kann der Anwender den Kegelwinkel optimal an die Messaufgabe anpassen. Fur hochgenaue Anwendungen ist ein kleiner Kegelwinkel mit entsprechend geringen Kegelstrahlartefakten (s. S. 69 ff.) sinnvoll. Hinge gen ist fiir schnelles Messen auf Kosten der Messunsicherheit ein geringerer Abstand zwischen Rontgenquelle und Sensor und somit ein groBer Kegelwinkel zu bevorzugen. Die Bildpunktanzahl des Rontgensensors ist durch Einstellung des Binning-Modus so abzustimmen, dass beim Messen des Objekts die angestrebte Auflosung erreicht wird. Die Sensorauflosung betragt typischerweise zwischen 500 X 500 und 2000 X.2000 Pixeln. Entsprechend hoch ist die Drehschrittanzahl zu wahlen, um die resultierende Auflosung nicht hierdurch zu begrenzen (s. a. Abb. 6, S. 11) . Die Drehschrittanzahl sollte zwischen 400 und 1600 pro 360° -U mdrehung lie gen. Uber eine Funktion zur Bildmittelung konnen pro Drehlage mehrere Messungen uberlagert und gemittelt werden. So kann das Rauschen auf Kosten der Messzeit reduziert und die Wiederholbarkeit der Messergebnisse verbessert werden. Die VergroBerung fiir das Tomografieren ist entsprechend der angestrebten AuflOsung und Messunsicherheit zu wahlen. Bei Bedarf kann die Rastertomografie eingesetzt werden. Wie oben beschrieben werden die Durchstrahlungsbilder wahrend des Tomografierens gespeichert. Parallel dazu erfolgt schrittweise die Rekonstruktion der 3D-Volumendaten. Nach Abschluss der Messung wird als Nachstes die Messpunktewolke berechnet und im STL-Format bereitgestellt. Sowohl die rekon-


struierten Volumendaten als auch die Messpunktewolke konnen dann zur weiteren Auswertung herangezogen oder fiir spatere Auswertungen archiviert werden. Letzteres ist insbesondere im Hinblick auf Forderungen im Rahmen der Produkthaftung von Interesse, da auch nachtraglich noch beliebige Auswertungen an den erfassten Daten vorgenommen werden konnen. Die Auswertung der tomografierten Messergebnisse beginnt meist mit einem Abgleich der CAD-Daten mit der Werkstiicklage (Werkstuckkoordinatensystem). Hierfur stehen verschiedene Verfahren zur Verfiigung. Eine Methode besteht darin, sowohl an den Messpunkten als auch am CAD-Modell in geeigneter Weise durch Anwahlen bzw. Messen von Geo-

metrieelementen wie Punkten, Geraden, Zylindern oder Ebenen jeweils ein Koordinatensystem aufzubauen und diese beiden Koordinatensysteme aufeinander abzugleichen. Im Ergebnis zeigt die Software die Uberlagerung der Messpunktewolke und des CAD-Modells. Als alternative Methode steht eine automatische Einpassfunktion zur Verfogung, die die Punktewolke nach der Methode der kleinsten Abweichungsquadrate in das CAD-Modell einpasst. AnschlieBend erfolgt auch bier ein Abgleich der Messpunktewolke mit dem CAD-Modell fiir die weitere Messdatenauswertung (Abb. 29).

Messpunkte und CAD-Daten werden iiberlagert

Abb. 29: Abgleich zwischen Messpunktewolke und CAD-Modell: a) CAD-Modell b) Messpunktewolke c) Ergebnis des

Abgleichs


Messzeit ...

... unabhangig von Anzahl der Merkmale

Ermitteln von Ma6en

Fur verschiedene Anwendungen ist die komplette maBliche Auswertung der Werksti.ickgeometrie erforderlich. Um z. B. die Qualitat eines Werkzeugs fi.ir Kunststoffspritzgussteile zu dokumentieren, muss ein Musterteil vollstandig gemessen werden (Erstbemusterung). Insbesondere bei Anwendungen in der Medizintechnik ist eine Revalidierung (Bestatigungspri.ifung) aller MaBe des Bauteils in bestimmten zeitlichen Abstanden oder z. B. bei Wechsel der Werkstoffcharge vorgeschrieben. Ahnliche Prozesse finden auch bei Leichtmetallgussverfahren und vielen anderen Fertigungsverfahren statt. Die Lo sung dies er Auf gaben mit klassischen taktilen oder Multisensorkoordinatenmessgeraten ist mit erhebli�hem Zeitaufwand verbunden. Bei derartigen Geraten hangt die Messzeit direkt von der Anzahl der Merkmale ab und wird dementsprechend bei groBer Anzahl von Merkmalen extrem lang. So ist es mit schnellen Koordinatenmessgeraten mit Bildverarbeitungssensorik beispielsweise moglich, einige zehn MaBe pro Sekunde zu messen; bei taktilen Geraten werden hingegen nur wenige MaBe pro Minute erreicht. Mit Multisensorkoordinatenmessgeraten ergeben sich aufgrund des gemischten Einsatzes verschiedener Sensoren dazwischen liegende Werte. Bei Koordinatenmessgeraten mit Rontgentomogra:fie ist die Messzeit im Wesentlichen unabhiingig yon der Anzahl der ausgewerteten Merkmale. Mit typischen Messzeiten im Bereich von 10 bis 60 Minuten bei der Tomografie »im Bild« liegen die wirtschaftlichen Vorteile dieser Gerate somit besonders beim Messen vieler MaBe (Abb. 30). Bei klassischen Koordinatenmessgeraten mi.issen alle ftir das Auswerten der gewi.inschten

Ermitteln von Ma6en 43

I Messzeit a)

�:: � d)

Anzahl Merkmale----+

Merkmale notwendigen Messpunkte vor oder spatestens wiihrend der Messung exakt definiert werden. Dies ist beim Tomografieren nicht notwendig. Weil bier grundsatzlich das gesamte Werksti.ick erfasst wird, konnen anhand der gespeicherten Daten sogar noch zu einem beliebigen spateren Zeitpunkt zusatzlich benotigte MaBe ermittelt werden. Bei Verwendung eines klassischen Koordinatenmessgerats mi.isste zu diesem Zweck das physikalische Werksti.ick eingelagert und neu gemessen werden. Risiken liegen hier unter anderem in der Langzeitstabilitat des Werksti.icks. Im Allgemeinen wird beim Messen mit klassischen Koordinatenmessgeraten eine deutlich geringere Messpunkteanzahl auf genommen als bei der Rontgentomogra:fie. Dies fi.ihrt zu einer schlechteren Beschreibung der Form der Geometrieelemente. So konnen insbesondere bei groBen Formabweichungen Messabweichungen bei der MaBbestimmung entstehen. Die Grundlage fi.ir das Bestimmen von MaBen mit der Rontgentomografie bildet immer das im vorherigen Unterkapitel beschriebene Tomogra:fieren des Werksti.icks, mit dem automatisch alle das Werkstiick beschreibenden Messpunkte berechnet werden. Um MaBe zu

Abb. 30: Messzeit in Abhangigkeit van der Merkmalanzahlprinzipielle Darstellung fur unterschiedliche Arten von Sensoren: a) Taster (3D) b) Multisensorik

(3D) c) Rontgentomo

grafie (3D) d) Bildverarbeitung

(2D)

N achtragliches Messen mit gespeicherten Daten

Tomografie erfasst mehr Messpunkte

: I i


Messen ohne CAD-Daten

Abb. 31:

Messen von innen liegenden MajJen durch virtuelles Aufschneiden des CADModells: a) innen liegender

Zylindermantel verdeckt

b) innen Zieg ender Zylindermantel und zugehOrige Punktewolke der CT-Messung durch Entfernung der verdeckenden Elemente sichtbar

bestimmen, muss der Anwender lediglich die gewlinschten Messpunkte auswahlen und zu MaBen verkniipfen. Zurn Messen von schwer zuganglichen, verdeckten oder innen liegenden MaBen kann der Anwender das CAD-Modell inklusive der Messpunktewolke <lurch entsprechende Softwarewerkzeuge virtuell aufschneiden. Die sonst nicht sichtbaren Bereiche werden dadurch frei zuganglich und konnen in gleicher Weise wie oben beschrieben gemessen werden (Abb. 31). Liegen keine CAD-Daten vor, kann die Auswahl der Messpunkte <lurch den Bediener in-

Ermitteln von Mallen 45

teraktiv erfolgen. Moglich ist sowohl das direkte Anwahlen mit der Maus als auch das automatische Zusammenfassen von Punktegruppen, z. B. mit Hilfe einer automatischen Zerlegung in Regelgeometrieelemente. Dazu werden z. B. ausgehend von einem Startpunkt so lange automatisch weitere Punkte rundum hinzugenommen bis sich die Formabweichung des gewahlten Elements (z. B. Zylinder) merklich vergroBert. Dies signalisiert, dass die Grenzen des Elements erreicht sind, und der Vorgang wird abgeschlossen. In ahnlicher Weise kann auch die ganze Punktewolke in bekannte Regelgeometrieelemente wie Ebenen und Zylinder zerlegt werden. Die so ermittelten Elemente konnen dann, wie in der Koordinatenmesstechnik allgemein iiblich, zu weiteren MaBen verkniipft werden. Effektiver ist es, die Messabfaufe unter Hinzuziehung von 3D-CAD-Daten festzulegen. Durch einfaches Anwahlen von CAD-Elementen erfolgt automatisch die Auswahl der notwendigen Messpunkte. Hierbei ist grundsatzlich zwischen zwei Verfahren zu unterscheiden. Beim ersten Verfahren werden ausgehend von der Anwahl von CAD-Patches unter Beriicksichtigung von vorgegebenen Randabstanden und AusschlieBungszonen (Zaune) alle Messpunkte des gemessenen Objekts selektiert, die diesem Patch geometrisch zuzuordnen sind. Dadurch erfolgt eine komplette Erfassung der Form des entsprechenden Elements mit der maximalen Punkteanzahl. Alternativ zur Selektion von CAD-Patches kann in Anlehnung an die Vorgehensweise beim taktilen Messen auch eine vorgegebene Punkteverteilung auf dem angewahlten CAD-Patch erfolgen. Es werden dann nur an diesen definierten Orten Messpunkte generiert und hieraus die Geometrieelemente berechnet. Der Vorteil dieser Methode liegt in der direkten Vergleich-

Messen mit CAD-Daten

'I

.1


Abb. 32: Vollstdndiges Messen versus punktweises Messen: a) Patchselektions

methode b) M esspunkteselek

tion nach Punkteverteilung smethode - Fehlmessung durch Unterabtastung

Auswertung online oder offline

a)

b)

barkeit der Ergebnisse zum punktweisen taktilen Messen. Man nimmt allerdings die Nachteile der geringen Punkteanzahl in Kauf. Dieses zweite Verfahren ist deshalb nur fiir Werkstticke mit geringer Formabweichung geeignet (Abb. 32). Die so erstellten Messablaufe konnen bei der wiederholten Messung gleicher Bauteile automatisch abgearbeitet werden. Ein Vorteil der Rontgentomografie besteht darin, dass das Auswerten der Messergebnisse zeitlich unabhiingig vom Messen des Werkstticks erfolgen kann - entweder am Messgeriitecomputer oder offline an einem separaten Arbeitsplatz. In letzterem Fall kann das Messgeriit wiihrend der Auswertung zum Messen des niichsten Werkstticks eingesetzt werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Rechenzeiten fiir die Auswertung das Messgeriit unzumutbar lange blockieren wtirden. Durch eine Offline-Auswertung kann somit die Gesamtmesszeit reduziert werden. Zur weiteren Optimierung der Gesamtmesszeit konnen die Messabliiufe iihnlich wie bei klas-

3D-Soll-Ist-Vergleich 47

sischen Koordinatenmessgeriiten zuvor offline erstellt werden. Hierzu werden die CAD-Daten herangezogen. Die tomografierten Messpunkte werden anhand des Modells <lurch mathematisch berechnete Messpunkte ersetzt. Die Programmierung kann dann in der gleichen Weise erfolgen wie an wirklich gemessenen Daten. Als Nebeneffekt kann die maBliche Richtigkeit des CAD-Modells geprtift werden. Insbesondere bei komplexen Messabliiufen mit sehr vielen MaBen ermoglicht es diese Vorgehensweise, die Messabliiufe schon vor dem Fertigstellen des Werkstticks zu erstellen. Die Erstbemusterung ist dann in sehr kurzer Zeit moglich. So sinkt z. B. der Zeitaufwand fiir die Erstbemusterung eines Mehrfachwerkzeugs zum SpritzgieBen selbst bei vielen Kavitiiten (Formnestern) von bisher mehreren Tagen bis Wochen auf wenige Stunden.

3D-Soll-Ist-Vergleich

Ein direkter Vergleich der Werksttick-Istgeometrie mit Sollgeometrien wie z. B. CAD-Daten oder zuvor gemessenen Meisterteilen hat besondere Bedeutung beim Messen von Freiformfliichen. Aber auch Formabweichungen an Regelgeometrieelementen oder Paarungsgeometrien wie Lochbilder und formschltissige Verbindungen konnen so effektiv erfasst und analysiert werden. Auch die Korrektur von SpritzgieBwerkzeugen oder beim MetallgieBen ist auf der Grundlage von Soll-IstVergleichen moglich. Sinnvollerweise werden fiir den Soll-Ist-Vergleich alle beim Tomografieren gewonnenen Messpunkte verwendet. In einem ersten Schritt ist es notwendig, die Orientierungen der gemessenen Punktewolke und der CAD-Daten aufeinander abzugleichen bzw. auszurichten. AnschlieBend berechnet die Software die Ab-

MessabHiuf e vorab offline erstellen

Ergebnis auf einen Blick


Abb. 33: Farbcodierte Abweichung sdarstellung: Kunststoffteil im Vergleich zu 3DCAD-Daten

Abweichung und Toleranz� einhaltung far big

stande der einzelnen Messpunkte zur CADOberflache. Diese Abstande werden dann mit den Toleranzen fiir den jeweiligen Bereich des Werkstiicks verglichen. Abhangig von der GroBe der Abweichung, dem Vorzeichen und einer Klassifizierung nach Toleranziiberschreitung bzw. Toleranzeinhaltung werden den einzelnen Messpunkten verschiedene Farben zugeordnet. Diese grafische Darstellung wird als farbcodierte Abweichungsdarstellung bezeichnet (Abb. 33). Der allgemeine Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Abweichungen der Istgeometrie von der Sollgeometrie auf einen Blick erkennbar sind. Die fiir die Auswertung herangezogenen Toleranzen konnen entweder global dem gesamten Bauteil oder einzelnen Geometrieelementen bzw. CAD-Patches zugeordnet und unterschiedlich definiert werden. Zusatzlich konnen die Toleranzzonen selbst zur Lageoptimierung

3D-Soll-Ist-Vergleich 49

herangezogen werden. Altemativ passt eine » ToleranzFit«-Funktion die Messpunktewolke so in die Toleranzzonen ein, class moglichst wenige Toleranziiberschreitungen vorliegen. Dieses Vorgehen entspricht der fiir einfache Geometrien iiblichen Anwendung von mechanischen Lehren und ist mit dieser Softwarefunktion auch fiir komplexe Werkstiickgeometrien anwendbar. Die Abweichungsdarstellung erfolgt wie oben beschrieben. In manchen Fallen liegt der fiir den Soll-IstVergleich notwendige CAD-Datensatz nicht vor, so z. B. beim Messen von Designvorlagen oder mechanisch optimierten Funktionsmustem. Statt des CAD-Modells werden dann Meisterteile verwendet. Diese werden hierzu vorab tomografiert und die Messpunkte dann als Solldatensatz zum Vergleich mit den Daten der zu priifenden Teile verwendet. Die Auswertung und Ergebnisanzeige geschieht auch in diesem Fall wie oben beschrieben. Der Vergleich der gemessenen Punktewolke mit CAD- oder Meisterteildaten kann auch direkt zur Korrektur beispielsweise von SpritzgieBwerkzeugen herangezogen werden. Hierzu wird in einem ersten Schritt die Berechnung der Soll-Ist-Abweichungen durchgefiihrt. AnschlieBend werden die Abweichungsdaten um den Solldatensatz gespiegelt (dies entspricht einem Vorzeichenwechsel der Abweichungen). Der so generierte Datensatz kann einer Korrektur oder auch Neuerstellung des Werkzeugs zugrunde liegen. Die Vorgehensweise ist in Abbildung 34 detailliert dargestellt. Den Ausgangspunkt bildet der 3D-CAD-Datensatz des herzustellenden Werkstiicks. Durch ein geeignetes Programmiersystem wird unter Beriicksichtigung von Technologieparametem des SpritzgieBprozesses, wie z. B. der Materialschrumpfung, ein Datensatz fiir das SpritzgieBwerkzeug erstellt. Dieser kann sowohl in

Soll-Ist-Vergleich mit Meisterteilen

Korrektur von Spritzgie6werkzeugen


CAD WerkstOck z. B. STEP

Programmiersystem Tebis, Delcam o. a.

STL Werkzeug

Korr. CAD

Korr. STL

WerkstOckkorrektur Position, Form

Postprozessor Siemens, Fanuc o. a.

G-Code

Werkzeugmaschine Frasen

Werkzeugmaschine Erodieren

SpritzgieBwerkzeug

Spritzen

l· Fertiges Teil

Abb. 34: Prinzipielle Schritte zur Werkzeugkorrektur

1-----------<••• Musterteil

CAD-Formaten als auch als triangulierte Darstellung (STL-Format) ausgegeben und gespeichert werden. AnschlieBend wird aus diesen Geometriedaten iiber einen Postprozessor ein lauffahiges CNC-Programm fiir eine Werkzeugmaschine erstellt, die dann direkt das SpritzgieBwerkzeug foist. Ein anderes Ver-

Messen und Vergleichen in Schnitten 51

fahren besteht im Frasen einer Erodierelektrode, mit der anschlieBend das eigentliche Werkzeug in einem Senkerodierverfahren hergestellt wird. Nach Fertigstellung des Werkzeugs wird zu <lessen Uberpriifung und Korrektur ein erstes Musterteil im Spritzgussverfahren hergestellt. Dieses wird mit Hilfe der Rontgentomografie gemessen. Aus dem Vergleich mit den CAD-Daten wird ein Abweichungsdatensatz erzeugt. Mit diesen Daten konnen entweder das Werkstiick-CAD-Modell geandert oder die Geometriedaten des Werkzeugs geeignet modifiziert werden. Letzteres kann z. B. direkt im STL-Format geschehen. In der Praxis erfolgen diese Prozesse nur fiir die Werkzeugteile, die aufgrund von Toleranzuberschreitungen wirklich korrigiert werden miissen. Mit den korrigierten Werkzeugdaten wird das Werkzeug anschlieBend entweder nachgearbeitet oder, im ungunstigsten Fall, neu erstellt. Die anschlieBend hergestellten Werkstiicke sind um die im beschriebenen Prozess erfassten Abweichungen korrigiert. In Ausnahmefallen kann eine zweite Korrekturschleife zur Steigerung der Genauigkeit notwendig sein. Wichtig fiir das oben beschriebene Vorgehen ist, dass alle anderen Technologieparameter wie Temperatur, Kunststoffmaterial und andere EinflussgroBen konstant gehalten werden.

Messen und Vergleichen in Schnitten

In der Praxis ist es ublich, ZeichnungsmaBe in 2D-Ansichten und Schnitten zu definieren. Diesem Sachverhalt muss auch bei der Auswertung von tomografisch erzeugten Messdaten Rechnung getragen werden. Hierfiir mussen die zur Auswertung vorgesehenen Daten in einem ersten Schritt aus den 3D-Datensatzen extrahiert werden. Dies wird dadurch rea-

Werkstiickabweichungen fiihren zur Korrektur des Werkzeugs

Erstellen von Schnittkonturen


Abb. 35: Erzeugung von Sollund Ist-Schnitten mit dem Win Werth-3DModul

Messen an Schnittkonturen

Soll-IstVergleich an Schnittkonturen

lisiert, dass z. B. Ebenen im Werkstiickkoordinatensystem definiert und sowohl mit den CAD-Solldaten als auch mit der Istpunktewolke geschnitten werden. Die Software extrahiert automatisch Konturen, die die Solldaten und die Istkonturen reprasentieren. Diese werden nun in einer 2D-Ansicht dargestellt und konnen fiir die weitere Auswertung herangezogen werden (Abb. 35). Zurn Auswerten der 2D-MaBe in derart erstellten Schnittkonturen (Abb. 36a) werden die gleichen Softwarefunktionen herangezogen, die auch zum Auswerten von mit einer Bildverarbeitung oder einem Taster gescannten Konturen verfiigbar sind. Einzelne Konturabschnitte konnen tiber das Setzen von Fenstem selektiert werden. Aus ihnen lassen sich Regelgeometrieelemente wie Geraden oder Kreise berechnen. Durch Verkntipfung werden anschlieBend die MaBe bestimmt. In Abbildung 36b bis d sind die Ergebnisse von Soll-Ist-Vergleichen an einem Schnitt dargestellt. Wie beim 3D-Verfahren wird die Abweichung zwischen Istpunkten und Sollkonturen

Messen und Vergleichen in Schnitten 53

ermittelt und farblich - hier in »Stacheldarstellung« - angezeigt. Je nach Einpassverfahren sind unterschiedliche Auswertungen moglich. Altemativ zu den oben beschriebenen Vorgehensweisen konnen bei bestimmten Werkstticken 2D-Messungen direkt im Rontgendurchstrahlungsbild durchgefiihrt werden. Hierfiir ist es notwendig, die lokale VergroBerung im Rontgenstrahlengang moglichst genau zu bestimmen. Geometrieelemente sind so mit den

7.956

0.527

0=[] � �

(")

cx;1 0.561

a) ci

Abb. 36: 2D-Auswerten mit Win Werth-Software: a) Messen von Maj3en im 2D-Schnitt

Messen am 2D-Durchstrahlungsbild

b) 3D-Einpassung der gesamten Punktewolke auf das CAD-Model! c) 2D-Einpassung des Messobjekts in einer Schnittebene nach Gauj3-Verfahren

(Minimierung Soll-Ist-Abweichung) d) 2D-Einpassung nach Toleranzfitverfahren (2D-Einpassung optimiert nach ge

ringster Toleranzuberschreitung bzw. -ausnutzung): die Bereiche mit engeren Toleranzzonen werden besser eingepasst, das Bauteil ist in Toleranz.

b )-d) Soll-Ist-Vergleich im 2D-Schnitt; bei b) und c) treten Toleranzuberschreitungen in enger tolerierten Zonen auf, da die Toleranzen beim Einpassen nicht berucksichtigt werden [2].

I , I

I I


Abb. 37: Direkte Messung im 2D-Durchstrahlung sbild nach Einmessen des Bezugssystems

Vielfiiltige Anwendungen

klassischen Verfahren der Werth Bildverarbeitung messbar und hinsichtlich der Toleranz klassifizierbar (Abb. 37).

Multisensormessungen

Durch die Kombination der Rontgensensorik mit taktilen oder optischen Sensoren in einem Koordinatenmessgerat ergeben sich neue Anwendungsmoglichkeiten. Fiir verschiedene Messaufgaben konnen neben dem Rontgensensor auch andere Sensoren in den Messablauf integriert werden. Dafiir kommen Bildverarbeitungs-, Laserabstands- oder auch taktile Sensoren infrage. Es ergeben sich verschiedene Anwendungsmoglichkeiten:

• Werkstiickkoordinatensysteme schnell einmessen einzelne FunktionsmaBe zusatzlich zu einer Ubersichtstomografie hochgenau messen

• Teilbereiche des Werkstiicks taktil oder optisch und andere tomografisch messen

• systematische Messabweichungen beim Tomografieren durch Vergleichsmessungen ermitteln

• Autokorrektur durchfiihren (s. S. 57 ff.) • das Koordinatenmessgerat ohne Tomografie

wie ein >>normales« Multisensor-Koordinatenmessgerat einsetzen.

Multisensormessungen 55

Der letzte Punkt ist insbesondere fiir kleinere Untemehmen von Vorteil, die sich nicht einen umfangreichen Geratepark anschaffen wollen. Die Verfahren zum kombinierten Messen werden hier etwas naher erlautert: In einem ersten Schritt werden die Bezugselemente mit einem taktilen oder optischen Sensor bestimmt. In einem nachsten Schritt konnen mit der Rontgensensorik eine oder mehrere interessierende Zonen am Werkstiick tomografiert werden. Die tomografierten Ergebnisse liegen dann in einem Werksti.ickkoordinatensystem vor und es konnen Merkmale aus beiden Messungen kombiniert ermittelt werden. Weil nicht das komplette Bauteil tomografiert werden m11:ss, nur um wenige Ausrichtelemente zu bestlmmen, kann erheblich Zeit gespart werden (Abb. 38). Eine ahnliche Vorgehensweise kann altemativ zur spater beschriebenen Mehrenergietomografie (s. S. 79 ff.) zum Messen in Kunststoff eingebetteter Metallteile wirtschaftlich eingesetzt werden. Mit der Rontgensensorik werden in diesem Fall nur die innen liegenden Metallkomponenten mit energiereicher Rontgenstrahlung gemessen. Da ein gleichzeitiges Messen des Kunststoffmantels nur unter Verwendung sehr starker Filterung und damit !anger Messzeiten

Kombiniert messen

Messen von in Kunststoff einge betteten Metallteilen

Abb. 38: Beispiel einer kombinierten taktilen und tomografischen Messung

I


Abb. 39: Kunststoffummanteltes Metallteil am Beispiel eines Steckverbinders: a) Ergebnisse der

optischen Messung der Kunststoffummante lung (gelb)

b) Messergebnisse der innen liegenden Metallteile

c) Messaujbau mit Rontgensensor, Laserliniensensor (LLP) und Werkstiick

·

Abb. 40: Werth MultisensorEinmesskugel: Einmessnormal fiir die Sensorposition von Rontgensensorik, optischer Sensorik und taktiler Sensorik

moglich ware, erfolgt die Messung der Kunststoffhiille z. B. optisch oder taktil (Abb. 39). Vor dem Messen mit :i;nehreren Sensoren an einem Koordinatenmessgerat erfolgt das Einmessen. Dabei wird ein Einmessnormal mit al-

len in Betracht kommenden Sensoren gemessen. Das Material dieses Normals muss optische Strahlung reflektieren, die_ Transmission von Rontgenstrahlung zulasser; und ohne Beschadigung mit mechanischen Tastsystemen angetastet werden konnen. Hierfiir gut geeignet ist die in Abbildung 40 gezeigte Einmesskugel, deren Mittelpunkt beim Einmessen mit jedem der for den Einsatz vorgesehenen Sensoren bestimmt wird, um die Lage der Sensoren im Koordinatensystem des Koordinatenmessgerats zu ermitteln. Die unterschiedlichen Positionen werden dann durch die Software automatisch beriicksichtigt. Im Ergebnis liegen alle gemessenen Merkmale in einem einheitlichen Koordinatensystem. Die IstmaBe des Einmessnormals mi.issen prinzipiell nicht bekannt sein, jedoch muss <lessen Form ausreichende Qualitat aufweisen, um die Abhangigkeit des eingemessenen Kugelmittelpunkts von den gewahlten Messpunkten zu minimieren.

Autokorrektur

Bei Objekten aus relativ leicht zu tomografierenden Materialien, nicht zu groBen AbmaBen und mittleren Genauigkeitsanforderungen werden mit der Rontgentomografie Messergebnisse mit ausreichender Genauigkeit erzielt. Ein zusatzlicher Einsatz von Korrekturverfahren auf Basis der Multisensorik ist in diesen Fallen nicht erforderlich. Fiir spezielle Auf gaben wie z.B. die Messung von Bauteilen mit engen Toleranzen im unteren Mikrometerbereich oder relativ groBen Durchstrahlungslangen bei schwereren Metallen gilt dies jedoch nicht. Wie in Physikalische Besonderheiten, S. 64 ff., naher erlautert wird, fiihrt die Durchdringung des Messobjekts durch die Rontgenstrahlung zu systematischen Messabweichungen, die sich als Artefakte bemerkbar machen. Hierfiir ist

Autokorrektur 57

Ein Einmessnormal fiir alle Sensoren

Alie Sensoren messen im gleichen Koordinatensystem

Artefakte sind systematische Messabweichungen


Multisensorik: Korrektur systematischer Messabweichungen

Abb. 41: Autokorrektur: a) Musterteil b) tomografiertes

Messergebnis mit M essabweichung (Artefakt) - Darstellung stark uberhOht

c) taktile oder optische Messung des Musterteils

d) Berechnung des. Abweichungsfelds (Darstellung nur in einer Ebene)

e) Korrektuifeld zur Verwendung far weitere Messungen

f) weitere Messung g) tomografiertes

Messergebnis mit Messabweichung und Korrektuifeld

h) korrigiertes Messergebnis

eine Reihe von physikalischen Effekten verantwortlich. Die GroBe dieser Messabweichungen hangt stark von der Materialzusammensetzung und der Geometrie des zu messenden Werkstiicks ab. Da diese nicht genau bekannt sind, konnen die daraus resultierenden Abweichungen <lurch analytische Verfahren nur teilweise korrigiert werden. Es verbleiben somit systematische Abweichungen, die die Messbarkeit von Merkmalen mit Toleranzen im unteren Mikrometerbereich einschranken. Der Einsatz von Multisensorik ermoglicht es, diese systematischen Restabweichungen <lurch zusatzliche Messungen am Werkstiick deutlich zu reduzieren. Hierzu werden die genau zu messenden Merkmale an einem Exemplar des Werkstiicks mit einem hochgenauen optischen oder taktilen Sensor gemessen. AnschlieBend werden die Abweichungen zu den tomografierten Ergebnissen ermittelt und ein Korrekturfeld berechnet. Dieses Korrekturfeld kann

d) n

<::= * tt + l + + l l ++ .. ++ ++ //

e)

c::::::>

g) h)

dann beim Messen weiterer Exemplare wieder verwendet werden, da die systematischen Abweichungsanteile in etwa gleich bleiben. Diese Korrektur wird als Autokorrektur bezeichnet (Abb. 41). Beim Messen von Einspritzkomponenten fiir Dieselmotoren (s. Abb. 24, S. 32) werden z. B. Durchmessertoleranzen von weniger als 5 µm gefordert. Um diese Toleranzen ausreichend sicher zu messen (Messprozesseignung), ist es erforderlich, Messabweichungen von maximal 0,5 µm zu gewahrleisten. Eine Voraussetzung fiir das Erreichen dieses Ziels liegt in einer ausreichend guten Reproduzierbarkeit der Messergebnisse. Bin Beispiel hierfiir ist der Verlauf der Durchmesserabweichung (Nominalwert ea. 180 µm)

Autokorrektur 59

Sichere Messung durch gute Reproduzierbarkeit

Abb. 42: Dieseleinspritzduse: a)farbcodierte Dar-

stellung der Formabweichung der Spritz/Ocher

b) Schnitte zur Durchmessermessung eines Spritzlochs


Abb. 43: Dieseleinspritzduse: Durchmessermessung an Schnitten in mehreren Positionen: a) Reproduzierbar

keit der Messergebnisse van fanf Messungen

b) Messabweichung zwischen tomografiertem Messergebnis (rot) und Kalibriermessung mit Werth Fasertaster (braun) sowie korrigiertes Tomografieergebnis (grun)

c) verbleibende Abweichung nach Anwendung der Autokorrektur auj die fanf Wiederholung smessungen

Kalibrierung mit Fasertaster

a) E 184

::i. 183-r----------------;

.� 182 j--::;�ES:::�===:::::::------�""""'""9 Q; 00 181+--llF-------�--�----l 00 E 180 T-7jj�------------;

..i:: 179-r---------------; � 6 178

177 ..-,-..,�-,--.-,�..-.--.�..-.--.-.-.-m-.-.-m-.-.-m-,-f 0 100 200 300 400 500 600

Position in µm

b) E 184 .---------------__,

::i. 183 +---------------l

.� 182 +-----.,-=----------"---'=l Q; 00 181-r------r------�---T-----i 00 E 180

..i:: 179 +--+-------"�.,--------,,.<------=! � 6 178

100 200 300 400 500 600

Position in µm

c) 1,0 ,-------------�

5. 0,8-IT-----------------1

.� 0,61'll't"'I------------+�.,,..--->,;--;

gi 0,4 �tt-----==-----.,,..-;b'-,f'-'�--\-i ::J -5 0,2 t-'r�'---==x"i�tO-+--,,��c..+----->,,� ·� 0,0 -t---T--�----'rt-'<�,..........,.....,,.<t-------\-i

� -0,2 -r----------'<--f---------i

100 200 300 400 500 600

Position in µm

eines Einspritzdiisenlochs (Abb. 42). Abbildung 43a zeigt die Reproduzierbarkeit des gemessenen Durchmesserverlaufs eines solchen Diisenlochs an Schnitten mit Abstanden von ea. 20 µm - fiinfmal gemessen. Die Ergebnisse der Reproduzierbarkeiten sind besser als 1 µm. Vergleicht man diese Messergebnisse mit Kalibriermessungen (Abb. 43b ), zeigen sich systematische Abweichungen. Die Kalibrierung des Werkstiicks kann z. B. mit einem geeigneten Mikrotaster wie dem Werth Fasertaster [2] durchgefiihrt werden. Die Kalibrier-

Prtif en der Materialstruktur 61

unsicherheit liegt im Bereich von 0,5 µm. Die aus dem Vergleich der Messergebnisse gewonnenen systematischen AbweichungsverHiufe konnen im Anschluss bei Wiederholmessungen zur Korrektur der Messergebnisse nach dem Autokorrekturverfahren herangezogen werden. Abbildung 43c zeigt das Ergebnis einer solchen Messung. Die Messabweichungen sind nun geringer als 1 µm. Um die tomografische Messung auf den interessierenden Bereich der Einspritzdiisen zu beschranken, ist es zweckmaBig, die Bestimmung des Bezugs schnell mit taktilen Messpunkten durchzufiihren.

Priif en der Materialstruktur Um Anwendern von Koordinatenmessgeraten mit Rontgentomografie die Moglichkeit der Materialinspektion zu bieten, wie von friiheren Tomografie-Messgeraten bekannt, wird auch eine entsprechende Auswahl an Softwarewerkzeugen zur Materialanalyse zur Verfiigung gestellt. Basis ist die direkte Auswertung der Volumendaten. Ein Umrechnen der Messergebnisse in Messpunkte ist fiir die Materialanalyse nicht notwendig. Diese Daten konnen al-

Messabweichungen kleiner ein Mikrometer

Betrachten der Volumendaten

Abb. 44: Darstellung van Volumendaten: a) 3D-Darstellung

aufgeschnitten b )-d) Schnitte in ver

schiedenen Ebenen und Ansichten


Materialdichte wird sichtbar

Abb. 45:

Lunkerdarstellung -LufteinschUisse werden automatisch gefunden und nach Groj3e farbcodiert dargestellt.

lerdings ni.itzlich sein, denn auf ihrer Grundlage kann eine Ausrichtung des Volumenmodells anhand von geometrischen Merkmalen des Messobjekts vorgenommen werden. Dies wiederum erleichtert es z. B., das Volumen in Schnitten zu betrachten. Die Volumendaten werden in Form von Grauwerten visualisiert, die die Dichte des Materials reprasentieren. Im Allgemeinen wird das Volumen mit zunehmender Dichte heller dargestellt (Abb. 44). Das Betrachten des Messobjekts ist in verschiedenen Ansichten gleichzeitig moglich. Mit Hilfe entsprechender Softwarewerkzeuge ist es auch moglich, das gesamte Volumen eines Messobjekts zu »durchfliegen«, um so einen Gesamteindruck der Struktur des Messobjekts zu erhalten. Solche Bildfolgen konnen zu Dokumentationszwecken auch als Film . abgespeichert werden (s. www.werth.de/CT-Film). Spezielle Softwarewerkzeuge dienen der automatischen Identifikation von Lunkern oder Einschliissen im Messobjekt. Diese konnen erkannt, nach der GroBe klassifiziert und entsprechend ihrer Klassenzuordnung gezahlt werden. So kann eine vollautomatische Auswertung mit Tolerierung durchgefiihrt werden. Auch konnen die identifizierten Storungen -

Priif en der Materialstruktur 63

entsprechend ihrer GroBe farbcodiert - grafisch dargestellt werden (Abb. 45). Ahnliche Softwarewerkzeuge existieren z. B. auch fiir die Risspriifung. Auch MaterialunregelmaBigkeiten durch Fasern konnen visuell iiberpriift werden (Abb. 46). Mit der gleichen Software, die fiir die Materialanalyse eingesetzt wird, konnen auch montierte Baugruppen betrachtet werden. So sind z. B. Montagefehler erkennbar oder die montierte Baugruppe ist in verschiedenen Funktionszustanden darstellbar. Es ist ebenfalls moglich, die montierte Baugruppe virtuell zu demontieren und die Einzelkomponenten, beispielsweise im Hinblick auf VerschleiB zu untersuchen, ohne die Baugruppe selbst real demontieren zu miissen (Abb. 47).

b)

Abb. 46:

Visualisierung der Verteilung und Anordnung van Glasfasern im Kunststaff: Um das Fliej3verhalten van Glasfasern analysieren zu konnen, bedaif es einer sehr hahen Auflosung.

Analyse montierter Baugruppen

Abb. 47:

Virtuelle Demantage van Baugruppen: a) mantierte Bau

gruppe b) demantierte Kam

panenten

64

Physikalische Eff ekte erzeugen Messabweichungen

Durchdringung des Werkstiicks ...

... »hartere« Strahlung

Physikalische Besonderheiten

Auf das Tomografieergebnis wirken sich diverse physikalische Effekte aus, deren Verstandnis fiir den Experten von Nutzen sein kann. Daher werden nachfolgend die wichtigsten Einfliisse auf das Messergebnis ausfiihrlicher beschrieben.

Strahlaufhartung

Die in einer Rontgenrohre entstehende Strahlung ist nicht monochromatisch. Ahnlich wie beim sichtbaren weiBen Licht einer Gliihlampe handelt es sich um ein kontinuierliches Strahlungsspektrum mit einer bestimmten Bandbreite (Bremsstrahlung), das je nach Rohrenspannung und Targetmaterial von einem Linienspektrum ( charakteristische Rontgenstrahlung) iiberlagert werden kann. Die maximale Energie und damit auch die Frequenzen dieses Spektrums sind proportional zur Rohrenspannung. Bei der Durchdringung des zu messenden Werkstiicks wird die Rontgenstrahlung <lurch Interaktion mit den Atomen des Werkstiicks teilweise absorbiert. Bei dem fiir kommerzielle Rontgentomografie-Messgerate iiblichen Frequenzbereich erfolgt die Abschwachung im Wesentlichen <lurch den fotoelektrischen Effekt und die Comptonstreuung. Diese Absorptionsprozesse fiihren dazu, dass den Photonen der Rontgenstrahlung <lurch Kollisionen mit Elektronen Energie vollstandig oder teilweise entzogen wird. Die Anteile des Strahlungsspektrums mit geringerer Energie (niederfrequente Strahlung) werden starker absorbiert als die energierei-

Strahlaufhartung 65

Detektor WerkstUck Rontgenquelle

, ........................... . a)

_____ ._ ............. c)

b)

. ......................... .___I ______ ---.

_____ ._ ..... 1 ........ c)

chere hochfrequente Strahlung. Dies fiihrt dazu, dass sich das Frequenzspektrum wahrend der Durchstrahlung in Richtung hOherer Frequenzen und somit hoheren Energien verschiebt (Abb. 48). Umgangssprachlich sagt man dazu, dass die Strahlung »harter« wird. Daher wird dieser Effekt auch als Strahlaufhartung bezeichnet. Die Strahlaufhartung wird bei dem mathematischen Prinzip der Rontgentomografie nicht beriicksichtigt. Dadurch entstehende Messabweichungen werden als Strahlaufhartungsartefakte bezeichnet. Ihre GroBe hangt prinzipbedingt vom Werkstoff des Messobjekts und von <lessen Geometrie ab. Im Extremfall kann die Strahlaufhartung dazu fiihren, dass das Messobjekt kaum noch gemessen werden kann, weil sich die Ubergangspunkte zwischen Luft und Werkstoff nicht richtig bestimmen lassen. Bei geringerer Auspriigung treten zumindest Messabweichungen auf. Abbildung 49a zeigt die Auswirkungen der Strahlaufhartung bei der Messung eines Leichtmetallgussteils.

Abb. 48: Strahlaufhii.rtung: a) Spektrum der

Rontgenstrahlung b) Im mittleren Be

reich des Werkstucks wird das gesamte Spektrum annahernd anteilig absorbiert; es wird »richtig« tomografiert.

c) In den dickeren Bereichen des Werkstucks werden niedeifrequente (weiche) Anteile nahezu vollstandig absorbiert, die hochfrequenten (harten) werden normal geschwacht. Das Messobjekt erscheint dicker (vereinfachend ist die Schwachung linear statt exponentiell dargestellt ).

I I

66 Physikalische Besonderheiten

Abb. 49:

Strahlaufhiirtung und ihre mathematische Korrektur: a) unkorrigiertes

Messergebnis mit Strahlaufhiirtungsartefakten

b) korrigiertes Messergebnis

Ermittlung einer Korrekturkennlinie ...

Durch Filterung der Rontgenstrahlung nach dem Austreten aus der Rontgenrohre kann das Strahlungsspektrum veriindert werden. Abhiingig vom eingesetzten Filtermaterial und von der Filterdicke wird der niederfrequente Anteil der Strahlung abgeschwiicht. Diese »Hochpassfilterung« wird ebenfalls als Strahlaufhiirtung bezeichnet. Die verbleibende hochfrequente und somit energiereichere Strahlung wird beim Durchdringen des Objekts nur noch relativ gering »aufgehiirtet« und die resultierenden Artefakte priigen sich geringer aus. Erganzend oder alternativ kann die Strahlaufhartung auch fiir das zu messende Material bestimmt und nach erfolgter Messung rechnerisch korrigiert werden. Dazu wird die physikalische Durchstrahlungsliinge an einer kalibrierten Materialprobe oder am Werkstiick selbst mit dem durch das Experiment ermittelten Abschwachungswert in Zusammenhang gebracht. Dies wird fiir verschiedene Durchstrahlungsliingen wiederholt. So liisst sich eine Kennlinie berechnen, die die Abhangigkeit des Schwachungskoeffizienten von der Durchstrahlungsliinge fiir das zu messende Material

beschreibt. Diese Kennlinie wird bei der nachfolgenden Messung zur Korrektur verwendet (Abb. 49b). Zu beachten ist, dass die auf diese Weise ermittelte Korrekturkennlinie nur fiir das zum Test eingesetzte Material gilt. Sie wird auBerdem durch die Rohrenspannung und damit auch durch das Frequenzspektrum der Rontgenstrahlung und auch von eventuell eingesetzten Strahlaufhartungsfiltem beeinflusst. In modemen Koordinatenmessgeriiten mit Rontgentomografie wird diese Korrektur durch eine einfache zusatzliche Messung realisiert, durch die die Korrekturkennlinie automatisch ermittelt wird. Der Anwender muss sich nicht mit den Hintergriinden ftir dieses Vorgehen befassen. Um die Genauigkeit beim Messen mit dieser Vorgehensweise zu optimieren, ist es notwendig, das Werkstiick beim Messen immer in der gleichen Werkstiicklage zu positionieren. Hierdurch werden auch Abweichungen durch andere physikalische Effekte (Streustrahlungsund Kegelstrahlartefakte, s. unten) bei der Korrektur teilweise mit erfasst. Um hochste Genauigkeiten zu erzielen, empfiehlt sich der Einsatz der Autokorrektur (s. S. 57 ff.).

Streustrahlung

Bei der ftir die Abschwachung der Rontgenstrahlung in Materie mit ursiichlichen Comptonstreuung werden einfallende Rontgenphotonen durch Elektronen des durchstrahlten Werkstoffs von ihrer urspriinglichen Bewegungsrichtung abgelenkt (gestreut) und unterliegen dabei einem Energieverlust (Comptoneffekt, Abb. 50). Aufgrund der Comptonstreuung breitet sich die Rontgenstrahlung in verschiedene Richtungen aus. Neben dem gewollten Effekt der Abschwiichung der Strahlung in Messrich-

Streustrahlung 67

... durch einfache zusatzliche Messung

Folgen der Comptonstreuung

i I I


Abb. 50: Comptonstreuung und Comptoneffekt

Korrektur nur werkstiickbezogen moglich

Herausgeschlagenes Elektron

E= me v2 2

_____ ,,,,.

• e"

\

tung erfolgt eine Aufhellung in anderen Bereichen des Werkstiicks. Durch Mehrfachstreuung innerhalb eines Werkstiicks kann eine Art Hintergrundstrahlung auftreten, die sich als Offset bei den Nutzstrahlungsintensitaten auswirkt und so zu Messabweichungen fiihren kann, den so genannten Streustrahlungsartefakten. Da die GroBe und Verteilung der Streustrahlung direkt vom Werkstoff und von der Geometrie des Werkstiicks abhangen, ist nur eine werkstiickbezogene Korrektur moglich. Teilweise erfolgt diese implizit bei der Strahlaufhartungskorrektur. Altemativ sind Methoden denkbar, die Streustrahlung durch Simulation am CAD-Modell numerisch zu ermitteln. Derartige Verfahren sind jedoch noch nicht ausgereift und benotigen beim gegenwartigen Stand der Technik unzumutbar lange Rechenzeiten im Bereich sehr vieler Stunden. Eine Minimierung des Streustrahlungseffekts ist auch durch

Kegelstrahlgeometrie 69

sachgerechtes Einstellen der Rohrenspannung und die Auswahl von Strahlaufhartungsfiltem moglich. Der derzeit sicherste Weg, die Streustrahlung im Messergebnis zu korrigieren, liegt in der Verwendung der Autokorrektur. In vielen Fallen sind jedoch die streustrahlungsbedingten Messabweichungen vemachlassigbar klein, sodass auf eine Korrektur verzichtet werden kann.

Kegelstrahlgeometrie

Mit der Kegelstrahltomografie wird von der idealen Strahlgeometrie (Facherstrahl) abgewichen, um eine hohere Energieeffizienz und kiirzeste Messzeiten zu erzielen. Die ideale Strahlgeometrie liegt nur in der so genannten Mittenebene vor. Darunter versteht man die Ebene, die senkrecht auf der Drehachsenrichtung steht und in der der Rontgenfokus liegt. In allen anderen parallel zur Mittenebene liegenden Schichten des Objekts weicht die Strahlgeometrie mit zunehmendem Abstand

Ideale Strahlgeometrie nur in der Mittenebene

Abb. 51: Entstehung van Kegelstrahlartefakten: Mit zunehmendem Kegelwinkel sind die Artef akte starker ausgepriigt.


Messabweichungen durch Kegelstrahlartefakte

Abb. 52:

Auswirkung des Kegelstrahleffekts bei der Messung: Die nahezu ideale Kugel wird mit einigen Mikrometern Abweichung (roter Bereich) gemessen.

zur Mittenebene zunehmend stark von der idealen Geometrie ab (Abb. 51). Diese Abweichung fiihrt dazu, <lass bei der Berechnung der Volumendaten nur naherungsweise vorgegangen werden kann. Die Messdaten der Objekte zeigen daher unter gewissen Umstanden Kegelstrahlartefakte (Abb. 52). Dabei handelt es sich um Messabweichungen, die mit zunehmendem Kegelwinkel starker werden. Es gibt Ansatze, solche Kegelstrahlartefakte <lurch Anwendung iterativer Rekonstruktionsalgorithmen zu reduzieren. Diese sind allerdings sehr rechenintensiv und daher im praktischen Einsatz nur selten anwendbar. AuBerdem konnen solche Verfahren bei einer Tomografie mit Kreisbewegung aus mathematischen Grunden nur eine begrenzte Reduktion der Kegelstrahlartefakte bewirk.en. Eine vollstandige Vermeidung von Kegelstrahlartefakten ist <lurch den Einsatz der HelixTomografie (s. S. 81 f.) moglich. Bei diesem speziellen Verfahren wird gleichzeitig mit der

0.00270

0.00220

0.00170

0.00120

0.00070

0.00020

-0.00030

-0 00080

-0.00130

-0.00180

-0.00230

-0.00280

-0.00330

-0.00380

-0.00430

-0.00480

-0.00530

-0.00580

-0.00630

-0.00680

Drehbewegung des Objekts eine Translationsbewegung in Richtung der Drehachse durchgeftihrt. Messabweichungen, die <lurch Kegelstrahlartefakte bedingt sind, konnen auch mit Hilfe der Autokorrektur behoben werden.

Auflosung

Bei der Betrachtung der Auflosung ist im Bereich der Koordinatenmesstechnik zwischen zwei Eigenschaften grundsatzlich zu unterscheiden: der Strukturauflosung und der Ortsauflosung oder auch metrologischen Auflosung. Es sei darauf hingewiesen, <lass diese Begriffe in Teilen der Fachliteratur aus dem Bereich der klassischen Rontgentechnik anders verwendet werden. Dort wird nicht ganz treffend auch die Strukturauflosung - wie die metrologische Auflosung in der Koordinatenmesstechnik - als Ortsauflosung bezeichnet, obwohl nicht die Auflosung des Ortes der Struktur, sondern der GroBe der Struktur gemeint ist. Die Strukturauflosung definiert, wie klein Strukturen am Messobjekt sein dtirfen, um noch erkannt werden zu konnen. Sie wird wesentlich <lurch die GroBe des Brennflecks (Unscharfe) der Rontgenrohre bestimmt. Fur das Erreichen einer hohen Auflosung sind entsprechend niedrige Werte fiir die elektrische Leistung (Produkt aus Strom und Spannung an der Rohre) zu wahlen. Abweichungen der Drehachse vom idealen Rundlaufverhalten fiihren ebenfalls zu Unscharfen im rekonstruierten Volumen. Gleiches gilt fiir Abweichungen der Position der Drehachsenmitte vom Sollwert (meist auf der Linie zwischen Brennfleck und Sensormitte). Selbstverstandlich begrenzt die GroBe der Bildpunkte (Pixel) des Rontgensensors direkt die Strukturauflosung. Einfluss darauf haben ein

Auflosung 71

Verbesserung durch Autokorrektur

Struktur- und Ortsauflosung

StrukturaufIOsung: Erkennung kleinster Strukturen

� , , ,

:

I

1 1

I

! i


Abb. 53: Einflussgroj3en auf die Strukturauflosung bei der Entstehung des Durchstrahlungsbildes: a) Der Brennfleck

bestimmt die AuflOsung.

b) Die Drehachse bestimmt die AuflOsung.

c) Die Komponenten sind optimal abgestimmt.

eventuell eingesetztes Binning und auch die Verwaschung <lurch den Szintillator. Diese Auflosung des Rontgensensors wird proportional zur genutzten VergroBerung in der Objektebene wirksam. Bei der nachfolgenden Datenverarbeitung, wie z. B. bei der Riickprojektion zum Rekonstruieren, erfolgt eine digitale Filterung. Durch Faltung der Auflosungsfunktionen der einzelnen Komponenten ergibt sich die wirksame Auflosung des Systems (Abb. 53). In der Praxis kann die StrukturauflOsung am einfachsten <lurch Uberpriifung der Messbarkeit von kleinen Teststrukturen wie Kugeln, Zylindem oder Bohrungen festgestellt werden. Die Ortsauflosung definiert hingegen, in welcher Schrittweite die Lage einer Struktur gemessen werden kann ( deshalb auch metrologische Auflosung). Dies entspricht beim Tomografieren der Schrittweite bei der Bestim-

a) b) c)

Brennfleckgr6Be

� 4 * der Rontgenrohre

* 7 2

Mechanische

# � * Qualitat Drehachse/KMG 3 8 2

Projektionsbild � � # (in Objektebene) 10 9 4 *

4 4 # # Pixel/Sensor

5 5 2,5 2,5 VergroBerung/BildfeldgroBe 10x/5 mm 10x/5 mm 20x/2,5 mm 20x/2,5 mm

Digitales Bild

I 15 µm 14 11,5 6,5

mung der Lage eines Ubergangspunkts zwischen zwei Materialien bzw. zwischen dem Material und der umgebenden Luft. Grundlage hierfiir bildet die Strukturauflosung. Beim Berechnen der Messpunkte aus dem Volumen erfolgt jedoch die Lagebestimmung dieser Punkte mit einer hoheren Auflosung, als sie <lurch die VoxelgroBe gegeben ist. Dies ist dadurch moglich, dass die Grauwertinformation der Voxel (s. Abb. 7, S. 12) hinzugezogen wird (Subvoxeling). Durch Nutzung der Rastertomografie im Zusammenspiel mit geeigneten VergroBerungen kann eine weitere Steigerung der metrologischen Auflosung erfolgen. In diesem Fall wirken sich zusiitzlich die Reproduzierbarkeit der mechanischen Achsen und die Auflosung der Liingenmesssysteme aus. Durch die metrologische Auflosung wird die Reproduzierbarkeit beim Messen von Geometriemerkmalen bestimmt. Hinzu kommen systematische Messabweichungen.

Rausch en

Grundlage fiir das Wirkprinzip der Rontgensensoren ist die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Ladung. Diese Umwandlung erfolgt auf der Grundlage des fotoelektrischen Effekts. Weil es sich dabei um einen statistischen Vorgang handelt, wird nicht jedes Photon in ein freies Elektron im Halbleitersubstrat umgewandelt. Dies fiihrt zu einem Rauschen der fotoelektrischen Signale, das beim wiederholten Messen von Werkstiickabmessungen eine Streuung der Messergebnisse verursacht. Das absolute Rauschen ist umso starker, je starker das Signal ist. Weil das Rauschen aber nur mit der Wurzel der Signalstiirke zunimmt, wird das Signal-Rausch-Verhiiltnis mit zuneh-

Rauschen 73

Ortsauflosung: Lagebestimmung des Materialiibergangs mit Subvoxeling

Rauschen durch fotoelektrischen Effekt

I

!

I


Gute Auflosung oder wenig Rausch en

Abb. 54:

Abhiingigkeit des Messergebnisses van Messzeit und Kegelwinkel: a) geringes Rauschen

durch Langzeitmessung mit kleinem Kegelwinkel oder Schnellmessung mit grofiem Kegelwinkel

b) starkes Rauschen durch Schnellmessung mit kleinem Kegelwinkel

mender Signalintensitat giinstiger. Ein ahnliches Verhalten ist auch aus der Fotografie bekannt. Eine gute Signalintensitat Iasst sich durch hohe Strom- und Spannungswerte der Rontgenquelle erreichen. Beim Betrieb der Rontgenquelle mit hohen elektrischen Leistungen wird jedoch auch der Brennfleck groBer. Dies fiihrt wiederum dazu, dass die Auflosung beim Messen abnimmt. Der Anwender muss also je nach Aufgabenstellung die optimalen Betriebsparameter wahlen. Ein weiterer Weg, das Signal-Rausch-Verhaltnis zu verbessem, liegt in der Mittelung einer entsprechenden Anzahl von Bildem in jeder Durchstrahlungsposition (Drehposition). Diese Mittelung wird von der Geratesoftware automatisch sichergestellt. Sie fiihrt zwar zu einer Verlangerung der Messzeit, aber auch dazu, dass die Streuung der Messergebnisse abnimmt. In der praktischen Anwendung hat der Nutzer des Messgerats die Wahl zwischen besserer Reproduzierbarkeit und kiirzerer Messzeit. Mit einem groBeren Kegelwinkel Iasst sich eine kiirzere Messzeit <lurch hohere Signalintensitat erzielen (Abb. 54). Um das Rauschen und hierdurch bedingte Streuungen der Messergebnisse zu reduzieren, eignet sich auch das Aufnehmen mehrerer Fol-

Einfliisse der Geratekomponenten auf das Messergebnis 75

gen von Durchstrahlungsbildem mit unterschiedlichen Energien (z. B. mehr oder weniger Rohrenstrom) und deren gemeinsame Auswertung (s. Mehrenergietomografie, S. 79 ff.).

Einfliisse der Geratekomponenten auf das Messergebnis

Die nach dem Justieren der verschiedenen Geratekomponenten verbleibenden Abweichungen und die beim Positionieren wirksamen Fiihrungs- und MaBstabsabweichungen wirken sich, ahnlich wie bei jedem anderen Koordinatenmessgerat auf die Messabweichung beim Tomografieren aus. Diese Abweichungen werden deshalb eingemessen und eine Geometriekorrektur wird durchgefiihrt. Diese Korrektur Iauft fiir den Anwender unmerklich im Hintergrund ab und fiihrt zu einer Genauigkeitsverbesserung. Besondere Auswirkungen haben derartige MaBnahmen bei der Rastertomografie, der Helix-Tomografie oder beim Einsatz von Multisensorik (s. S. 54 ff.), da in diesen Fallen mehrere Achsen des Gerats in den Messprozess einbezogen sind. Eine Besonderheit bei Rontgentomografiegeraten liegt in der Auswirkung von Abweichungen beim Justieren des Sensors. Diese wirken sich nicht nur als Kosinusfehler <lurch eine Verzerrung des Bildes aus, sondem auch iiber die kegelstrahlbedingte Anderung der VergroBerung. Dadurch entstehen Messabweichungen erster Ordnung. Ein genaues Justieren und zusatzliche Softwarekorrektur sind deshalb Standard. Auch die Eigenschaften des Sensors gehen in das Messergebnis ein. Empfindlichkeitsunterschiede der Einzelpixel, Linearitatsabweichungen der Verstarkerkennlinie sowie einzelne defekte Pixel sind selbst bei hochwertigen Rontgentomografiesensoren

Geometriekorrektur wie bei Koordinatenmessgeraten

Der Sensor wird justiert und korrigiert


Temperaturverhalten beriicksichtigen

Drift von Drehachse und Brennfleck korrigieren

vorhanden. Diese Abweichungen werden durch Einmessen und Korrektur weitgehend behoben. N eben diesen Einzelkorrekturen ist es auch moglich, das Messvolumen - ahnlich der » Vollfehlerkorrektur« bei taktilen oder optischen Koordinatenmessgeraten - als Ganzes geometrisch zu erfassen und eine entsprechende Korrektur durchzufiihren. Wie bei jedem Koordinatenmessgerat spielt der Einfluss der Temperatur auf das Messergebnis eine nicht zu vernachliissigende Rolle [3]. Grundsatzlich werden in der Rontgentomografie dieselben Technologien zur Temperaturkompensation eingesetzt wie in klassischen Koordinatenmessgeraten. Die Temperaturkompensation basiert auf mehreren im Gerat verteilten Fiihlern zur Messung der Temperatur der Geratekomponenten und einer Messung der Werkstiicktemperatur oder auch der Lufttemperatur im Messvolumen. Die bei hoher Rohrenleistung durch die Strahlungsabsorption verursachte Erwarmung des Werkstiicks fallt wegen des geringen Wirkungsgrads der Rontgenrohre nicht ins Gewicht. Allerdings kann die Temperatur im Messvolumen durch von der Rohre iibertragene W arme steigen. Die Auswirkungen von Wiirmequellen im Messgerat, wie z. B. der Rontgenrohre, lassen sich jedoch durch den Einsatz von Kiihlmechanismen wie einer Fliissigkeitskiihlung minimieren. Wie bei allen Koordinatenmessgeraten mit integrierter Drehachse spielt die Drift der Drehachse relativ zu den kartesischen Achsen eine wichtige Rolle, da das Koordinatensystem iiberbestimmt ist. Die unvermeidbare Drift des Brennflecks der Rontgenrohre um wenige Mikrometer wirkt sich ahnlich aus. Eine Korrektur dieser Effekte ist z. B. dadurch moglich, dass beim Tomografieren eine Referenzmarke, die an der Drehachse fest angebracht ist, mit

Einfliisse der Geratekomponenten auf das Messergebnis 77

gemessen wird und auf Grundlage der gemessenen Lageveranderungen eine Korrektur stattfindet. Alternativ kann auch eine »Schnelltomografie« des Werkstiicks durchgefiihrt werden, bei der nur die Durchstrahlungsbilder weniger Drehschrittpositionen auf genommen werden. Beim spateren Tomografieren wird dann die Lage der Durchstrahlungsbilder und somit die Lage von Drehachse und Brennfleck iiber eine Korrelationsanalyse stiitzstellenbasiert korrigiert. Die Auswirkungen der oben beschriebenen Einfliisse sind in hoch entwickelten Koordinatenmessgeraten mit Rontgentomografie durch geeignete GegenmaBnahmen sehr stark minimiert. Dadurch wird insbesondere sichergestellt, dass die Herstellerspezifikation der Messgerate unter allen angegebenen Betriebsbedingungen eingehalten wird. Auch bei der Messung realer Werkstiicke werden sehr geringe Messunsicherheiten erreicht. Restabweichungen sind jedoch nicht vollig zu vermeiden und konnen bei hochgenauen Messauf gaben insbesondere durch die Autokorrektur weiter reduziert werden.

Herstellerspezifikation wird eingehalten

78

Erweitern des Einsatzbereichs

Ausschnitte hoch auf gelost tomografieren

Spezielle Messmethoden Die bisher dargestellten Zusammenhange beziehen sich groBtenteils auf die Kegelstrahltomografie. Bei diesem bisher tiblichen Tomografieverfahren wird das Werksttick wiihrend einer vollen (kreisformigen) Umdrehung im Durchstrahlungsbereich des Strahlkegels einmal komplett gemessen. Nachfolgend werden alternative Verfahren vorgestellt, die hinsichtlich der Messunsicherheit, Auflosung und Messzeit fiir manche Anwendungen Vorteile bieten.

Ausschnittstomografie

Sollen nur Teilbereiche des Messobjekts in einer hoheren Auflosung gemessen werden, konnen Ausschnitte tomografiert werden. Dies ist dadurch moglich, dass das gesamte Messobjekt zuniichst in einer niedrigen VergroBerung und somit niedriger Auflosung erfasst wird. In einem groben Voxelraster liegen somit fiir alle Objektbereiche Volumeninformationen vor. AnschlieBend wird der interessierende Ausschnitt in einer hoheren VergroBerung und Auflosung tomografiert. Bei der Rekonstruktion des hoch auf gelOsten Bereiches werden die fehlenden Voxelinformationen aus den in niedriger Auflosung tomografierten Bildem berechnet und bei der Riickprojektion berticksichtigt [7] (Abb. 55). Dieses ausschnittsweise hochauflosende Messen interessierender Zonen wird als lokale Tomografie oder auch als ROI-Tomografie (Region of Interest) bezeichnet und ist vom abschnittsweisen Tomografieren schlanker Bauteile <lurch Rastertomografie zu unter-

Mehrenergietomografie 79

b)

c) d)

scheiden. Auch Zonen innerhalb des Messobjektvolumens konnen so mit hoher Auflosung gemessen werden, ohne das gesamte Messobjekt z. B. mit Rastertomografie vollstiindig hochauflosend und damit zeitaufwendig zu erfassen.

Mehrenergietomografie

Besteht die Messaufgabe z. B. im Tomografieren eines kunststoffumspritzten Metallteils, ist es notwendig, die Rontgenquelle auf hohe Durchstrahlungsleistung einzustellen, damit auch das Metall durchstrahlt werden kann. Dies fiihrt unter Umstiinden zum Uberstrahlen

Abb. 55:

Schnelles, hochauflOsendes Messen van Teilbereichen des Messobjekts: a) Erfassung des

gesamten Objekts b) Erfassung eines

Ausschnitts c) Messergebnis

gesamtes Objekt d) Messergebnis mit

hoch aufgeldstem Bereich

80 Spezielle Messmethoden

Tomografie mit hoher und niedriger Energie

Abb. 56: M ehrenergietomografie: a) Testobjekt

des Bildes im Bereich Luft und in den Randzonen des Metalls. Der Kunststoffbereich des Bauteils ist unter Umstanden ebenfalls iiberstrahlt und somit nicht mehr messbar. Moglicherweise kann eine Messung noch erfolgen, wenn die Leistung reduziert, eine sehr lange Messzeit gewahlt wird und viele Bilder aufintegriert werden. Ahnliche Probleme treten auf, wenn z. B. dtinne Metallteile mit hohem Aspektverhaltnis (Verhaltnis von Materialdicke zu Bauteilbreite bzw. -lange) gemessen werden. Ahnlich der Erstellung von High-Dynamic-Range-Images (HDRI) in der Fotografie wird je ein Tomografielauf mit hoher und niedriger Energie durchgefiihrt. Bei der Rontgentomografie wird allerdings im Gegensatz zur Fotografie nicht die Belichtungszeit, sondern die Strahlungsleistung variiert. Um d<:ts frequenzabhangige Durchstrahlungsverhalten nicht zu beeinflus-

b) Ho he Intensitat erfasst die stark a) abschwachenden Bereiche: Uber-strahlung im Hellen.

c) Geringe Intensitdt erfasst den vorher uberstrahlten Bereich: zu dunkel im unteren Bereich.

d) Beide gemessenen Bereiche werden zum Messergebnis c) zusammengesetzt.

Helix-Tomografie 81

sen, sollte die Leistung jedoch nur durch Verandern des Rohrenstroms eingestellt werden. AnschlieBend werden beide Bildfolgen so zusammengeftigt, dass jeweils die Amplituden Verwendung finden, die eine optimale Signalqualitat aufweisen. Hierzu werden die Amplituden der jeweiligen Bilder aufeinander normiert. Die Rekonstruktion erfolgt dann aus dieser fusionierten Bildfolge (Abb. 56). Fur manche Messobjekte wird hierdurch die Messung iiberhaupt erst moglich, fiir andere verkiirzt sich die Messzeit.

Helix-Tomografie

Mit der nicht ganz treffend auch als »SpiralCT « bezeichneten Helix-Tomografie [8] lassen sich die bei der klassischen Kegelstrahltomografie auftretenden Kegelstrahlartefakte vermeiden, indem das Messobjekt wahrend seiner Drehung zusatzlich entlang der Drehachse, also schraubenartig, bewegt wird (Abb. 57). Bei der Helix-Tomografie wird jede Schicht des Objekts mit mindestens einem Durchstrahlungsbild in der Hauptebene des Kegelstrahls erfasst (Ebene senkrecht zur Dreh-

Fusionierung der Messergebnisse

Vermeiden von Kegelstrahlartefakten ...

Abb. 57: Helix-Tomografie

82 Spezielle Messmethoden

... durch exakte Rekonstruktion

achse ). Durch entsprechende mathematische Rekonstruktionsverfahren, die auch als exakte Rekonstruktion bezeichnet werden, erfolgt eine deutlich bessere Berechnung des Volumens. Im Prinzip ahneln solche exakten Rekonstruktionsalgorithmen der oben beschriebenen gefilterten Rlickprojektion beim klassischen kreisformigen Tomografieren. Ein wesentlicher Unterschied liegt in einem zusatzlichen Vorverarbeitungsschritt, der entweder in einer Differenzbildung zweier aufeinander folgender Projektionsbilder besteht oder die Strahlen in eine Art Kegelstrahl-Parallelgeometrie umsortiert. Ein zweiter Unterschied liegt in einer komplizierteren Rlickprojektion der vorverarbeiteten und gefilterten Daten. Diese Riickprojektion muss im Unterschied zum kreisformigen Tomografieren beriicksichtigen, dass bei der Helix-Tomografie jedes Voxel von unterschiedlich vielen Strahlen getroffen wird und daher unterschiedlich normiert werden muss. Fiir die Helix-Tomografie konnen Linearachsen eingesetzt werden, wie sie auch fiir die Rastertomografie in Richtung der Drehachse Verwendung finden.

Spezifikation und Messunsicherheit Fiir die Bewertung der Genauigkeit von Koordinatenmessgeraten sind verschiedene Kriterien von Bedeutung [2], die sich folgenden Kategorien zuordnen lassen:

• Spezifikation • Messunsicherheit.

Die Spezifikation dient der prinzipiellen Vergleichbarkeit der Geratetechnik und der Vertragsgestaltung zwischen Kunden und Lieferanten. Auch kann hiermit die Uberwachung des Koordinatenmessgerats vorgenommen werden. Die Ermittlung der spezifizierten KenngroBen erfolgt mit kalibrierten Normalen. Fiir die Bestimmung der Messunsicherheit bei der Messung realer Werkstiicke sind weitere Einflussfaktoren auf das Gesamtmessergebnis einzubeziehen. Die Messunsicherheit ist auch unter Beriicksichtigung der Werkstiickeigenschaften wie Material und Geometrie abzuschatzen. Sie dient vor allem zur Beurteilung der Eignung des Messprozesses fiir die Uberwachung vorgegebener Toleranzen mit ausreichender Genauigkeit. Nachfolgend werden die Bewertungskriterien beider Kategorien mit Augenmerk auf die Besonderheiten der Koordinatenmesstechnik mit Rontgentomografie beschrieben.

Spezifikation und Annahmepriifung

Ausgehend von der international giiltigen Normenreihe DIN EN ISO 10360 wurde vom Verein Deutscher Ingenieure (VDI) eine Richtlinie fiir die Annahmepriifung von Koordina-

83

Vergleichen und Uberpriif en von Messgeraten

Messprozesseignung

84 Spezifikation und Messunsicherheit

Antastabweichung: Verhalten in kleinem Messvolumen priifen

Materialangabe ist wichtig ·

tenmessgeraten mit Rontgentomografie entwickelt [4]. Diese wurde sowohl in die Richtlinienreihe VDI/VDE 2617, die sich allgemein mit Koordinatenmesstechnik beschaftigt, als auch in die Richtlinienreihe VDI/VDE 2630 integriert, die speziell die Rontgentomografie als Schwerpunkt beinhaltet. In Anlehnung an die existierenden Normen fiir taktile und optische Koordinatenmessgerate werden dort die KenngroBen Antastabweichung und Langenmessabweichung definiert. Die Antastabweichung quantifiziert das dreidimensionale Abweichungsverhalten des Koordinatenmessgerats im Zusammenspiel mit dem Rontgentomografiesensor in einem kleinen Teil des Messvolumens. Sie wird dadurch ermittelt, dass ein kalibriertes Kugelnormal in mindestens zwei ausreichend voneinander abweichenden VergroBerungseinstellungen des Messgerats gemessen und jeweils aus 25 Messpunkten eine Ausgleichskugel berechnet wird. Es wird zwischen der MaBabweichung PS und der Formabweichung PF unterschieden. Der ermittelte Kugeldurchmesser dient zum Uberpriifen des Kennwerts der Geratespezifikation MPE (maximum permissible error) fiir PS, seine Streuung zur Uberprtifung des Kennwerts MPE fiir PF (Spanne der radialen Abweichungen, Abb. 58).

Um die Vergleichbarkeit zu gewahrleisten, muss das Material und die Dimension der verwendeten Kugel als Nebenbedingung zur Spezifikation angegeben werden. Dies gilt auch fiir die VergroBerung, das zugehOrige Messvolumen und fiir die zulassigen Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Temperaturgradient. Ebenfalls anzugeben sind die ftir den Bediener im normalen Messbetrieb einstellbaren Parameter, wie z. B. die Rontgenspannung und die Messzeit, die Verwendung physikalischer oder mathematischer Filter, Artefaktkor-

Spezifikation und Annahmepriifung 85

PS

PF

rekturverfahren sowie der Einsatz zusatzlicher Sensoren fiir die Artefaktkorrektur. Wichtig ist, dass die verwendeten Betriebsparameter denen entsprechen, die auch im normalen Betrieb des Koordinatenmessgerats zur Anwendung kommen. Nimmt der Hersteller bei seiner Spezifikation hier keine Einschrankungen vor, steht es dem Anwender frei, diese Parameter frei zu wahlen. Dies stellt sicher, dass der Hersteller gezwungen wird, Einschrankungen jeglicher Art auch in seinen Produktbeschreibungen anzugeben. Die Spezifikation und Uberpriifung der Antastabweichung kann fiir verschiedene Betriebsarten wie Messen »im Bild«, Messen »am Bild« (Rastertomografie) oder HelixTomografie unterschiedlich erfolgen. Da mathematische Filtermethoden die Ergebnisse fiir die Bestimmung der Antastabweichung verbessem konnen, zugleich aber die Auflosung reduzieren, soll zusatzlich die Strukturauflosung spezifiziert und das Testverfahren hierfiir angegeben werden. Dadurch ist der Anwender in der Lage zu tiberpriifen, ob er seine Messobjekte mit entsprechend kleinen Merkmalen

MPE

01)()4&)

000411}

000360

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-0.00540

3µm

3µm

Abb. 58:

p

-0,7 µm

2,8 µm

Bestimmung der Antastabweichung (P) eines TomografieKoordinatenmessgerats durch Kugelmessung: Die angegebenen Zahlenwerte beziehen sich auf die ISO-konforme Auswertung mit 25 Antastpunkten. In der Grafik ist zusatzlich die Auswertung fiir ea. 20 OOO Messpunkte veranschaulicht.

Filter miissen beachtet werden


Langenmessabweichung: Verhalten im gesamten Messvolumen priifen

Abb. 59 ( gegeniiber ): Bestimmung der Uingenmessabweichung: a) mit einem Kugel

kalottenwiiifel zur Messung der Kugelabstiinde

b) mit einer Kugel zur Messung der Zweipunktdurchmesser

c) Auswertung durch Addition fiir sieben unterschiedliche Lagen (vereinfachte Darstellung ohne Kalibrierunsicherheit ): Die Messergebnisse liegen deutlich innerhalb der durch die roten Linien dargestellten Grenzen.

messen kann und das Gerat die spezifizierte Antastabweichung unter gleichen Betriebsbedingungen aufweist. Durch Messung geeigneter Testobjekte kann die Strukturauflosung i.iberpri.ift werden, die im Wesentlichen durch die physikalischen Eigenschaften der Rontgensensorik (Brennfleckdurchmesser, Drehachsenverhalten, PixelgroBe) und die Auswertesoftware bestimmt wird. Beispielsweise kann eine kleine Kugel gemessen werden, die einen solchen Durchmesser aufweist, dass die Messbarkeit gerade noch gegeben ist. Durch die Langenmessabweichung E und ihren Kennwert MPE E wird das dreidimensionale Abweichungsverhalten des Koordinatenmessgerats im gesamten Messvolumen beschrieben. Neben einem groBeren Einfluss der mechanischen Komponenten des Koordinatenmessgerats tritt hier insbesondere die Temperatur bzw. die Qualitat der Temperaturkompensation als Einflussfaktor auf [3]. Grundsatzlich kann die Langenmessabweichung von Koordinatenmessgeraten mit Rontgentomografie durch eine Messung von EndmaBen i.iberpriift werden, wie es der klassischen Vorgehensweise bei taktilen Geraten entspricht. Bei der Auswahl der Priifkorper ist allerdings zu beachten, dass die maximal mogliche Durchstrahlungslange der verwendeten Werkstoffe nicht i.iberschritten wird. Dies ist bei der Verwendung von Endma.Ben unter U ms tan den nicht moglich (Material: Stahl oder Keramik). Altemativ hierzu wird deshalb in [ 4] vorgeschlagen, Pri.ifkorper mit LangenmaBverkorperungen in Form von Kugelstaben aus zwei oder mehreren Kugeln, Kugelleisten oder Ahnliches zu verwenden. Besonders effizient ist der Einsatz mehrdimensionaler MaBverkorperungen wie raumliche Anordnungen von Kugeln auf Stiften oder

Spezifikation und Annahmepriifung 87

Wi.irfel mit Kugelkalotten (Abb. 59a). Mit derartigen Pri.ifkorpem konnen viele oder sogar alle fiir die spezifikationsgerechte Uberpri.ifung des Koordinatenmessgerats notwendigen Langen mit einer Tomografie gemessen werden. Bei der Verwendung von Kugelabstandsnormalen zur Uberpriifung der Langenmessabweichung ist es notwendig, eine Korrektur des Ergebnisses vorzunehmen, da die Bestimmung von Kugelmittelpunktsabweichungen mit deut-

c) 5

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Lange in mm

Mehrdimensionale Normale: Uberpriifung in kurzer Zeit

8 9 10


Kugelabstandsmessung: Messergebnis wie beimEndma6

Test der Multisensorik

lich geringeren Messabweichungen als die Messung von EndmaBliingen moglich ist. Die Durchmesserabweichung der Kugel geht nicht in das Ergebnis ein. Es erfolgt eine Mittelung tiber relativ viele Messpunkte pro gemessenem Element. Diese Effekte werden durch die nachfolgenden Methoden separat erfasst und im Gesamtergebnis berticksichtigt:

• Fur jede gemessene Messliinge wird zusiitzlich eine kurze Messliinge bidirektional gemessen und deren Messabweichung zur Kugelmittelpunktsabweichung vorzeichenrichtig addiert. Dies geschieht z. B. durch zusiitzliche Messung eines kurzen EndmaBes oder Messung eines Zweipunktdurchmessers in entsprechender Orientierung an einer Kugel (Abb. 59b ). Das Gesamtergebnis entspricht so sehr gut der Messung eines EndmaBes.

• Die Liingenmessabweichung wird niiherungsweise <lurch Addition der Kugelmittelpunktsabweichung und der Antastabweichungen PS und PF ermittelt. Hierdurch erfolgt eine grobe und tendenziell zu groBe Abschiitzung der Liingenmessabweichung.

Auch ftir die Liingenmessabweichung sind die Betriebsparameter exakt zu spezifizieren. Die KenngroBen werden ebenfalls ftir die Betriebsarten »Messen im Bild« und »Messen am Bild« (z. B. Rastertomografie) spezifiziert und geprtift. Bei Koordinatenmessgeraten, in denen neben dem Rontgensensor noch weitere Sensoren integriert sind, ist es zusiitzlich von Interesse, die Qualitiit des Koordinatenmessgeriits mit kombinierter Sensorik zu bewerten. In der VDI-Richtlinie 2617 Blatt 6.3 wird hierzu ein Testverfahren vorgeschlagen. Dieses Verfahren sieht vor, iihnlich wie bei der Antastabweichung eine Kugel einzusetzen (Abb. 60).

Einfluss von Material und Werkstiickgeometrie 89

Diese Kugel wird mit den ftir die Spezifikation herangezogenen Sensoren gemessen, dann wird aus allen Messpunkten eine »gemeinsame« Antastabweichung berechnet. Diese kann ftir verschiedene Sensorkombinationen <lurch den Hersteller mit einer KenngroBe ausgestattet werden und ist dann <lurch entsprechende Messungen zu tiberprtifen.

Einfluss von Material und Werkstiickgeometrie

Geometrie und Werkstoff des Werkstticks haben bei der Rontgentomografie einen stiirkeren Einfluss auf das Messergebnis als bei klassischen Messverfahren. Abweichend vom Vorgehen bei klassischen Koordinatenmessgeriiten ist es deshalb sinnvoll, diese Einflussfaktoren auch bei der Annahmeprtifung der Gerate zu berticksichtigen. Die sicherste Methode ist die Messung typischer kalibrierter Werkstticke. Die ermittelten Messergebnisse werden dann mit den taktil oder optisch kalibrierten MaBen verglichen. Dies kann z. B. als Bestandteil einer Untersuchung der Messprozesseignung durchgeftihrt werden und bietet die Moglich-

Abb. 60: Bestimmung der Multisensor-Antastabweichung durch kombiniertes Messen einer kalibrierten Kugel

Priifung durch Messung kalibrierter Werkstiicke


Ersatzweise: Messung eines Stufenzylinders

Einfliisse durch Material und Werkstiickgeometrie

keit, das Gerat unter Bedingungen zu testen, die der Anwendung nahe kommen. Grenzwerte fiir die Messabweichungen konnen zwischen Hersteller und Anwender vereinbart werden. Ein ersatzweises Vorgehen wird in [ 4] beschrieben. Darin wird vorgeschlagen, einen Stufenzylinder zu messen, der mit einer innen liegenden Bohrung versehen ist. Es werden die auBeren und inneren Durchmesser des Zylinders ausgewertet und mit den kalibrierten Werten verglichen. Um den Einsatz von leicht zu messenden Vorzugslagen zu vermeiden, wird gefordert, den Stufenzylinder in deutlich verschiedenen Orientierungen und Positionen im Messvolumen anzuordnen. Wichtig ist, dass die GroBe und das Material des verwendeten Stufenzylinders dem spater zu messenden Werkstiick entsprechen. Die Uberpriifung der Messunsicherheit an n�alitatsnahen Geometrien ist allerdings auch <lurch diese Vorgehensweise nicht vollstandig zu ersetzen.

Messunsicherheit

Die normgerechte Uberpriifung der Messunsicherheit kann prinzipiell mit verschiedenen Verfahren durchgefiihrt werden, die in der ISO-Reihe 15530 beschrieben sind [5]. Die dort beschriebenen allgemeinen Zusammenhange, wie die Abhangigkeit der Messunsicherheit von den zu messenden Geometriemerkmalen (kleine und groBe Radienabschnitte, Winkel aus kurzen und langen Schenkeln) [I], gelten selbstverstandlich auch in der Tomografie. Weniger empfindlich ist die tomografische Messung z. B. bei einer Verschmutzung des Messobjekts. Aufgrund der besonders ausgepragten Interaktion zwischen Messgerat und Werkstiick beim Messen mit Rontgentomografie ist der Einfluss des Werkstiicks selbst besonders wichtig fiir die Abschatzung der

Messunsicherheit 91

Messunsicherheit. Dies ist auch der Grund, weshalb die in der ISO 15530 beschriebenen mathematischen Verfahren und Simulationsverfahren nur sehr eingeschrankt oder gar nicht einsetzbar sind. Auch eine Abschatzung anhand der Langenmess- und Antastabweichung ist nur beschrankt moglich, da die dabei verwendeten Normale so ausgewahlt werden konnen, <lass sie sich gut tomografieren lassen. Das am besten geeignete Verfahren ist das Messen kalibrierter Werkstiicke in Anlehnung an DIN ISO/TS 15530-3 [6]. Um den Einfluss sich andemder Werkstiickeigenschaften, z. B. auf grund von wechselnden Materialchargen, mitzuerfassen, ist es sinnvoll, mehrere vergleichbar kalibrierte Werkstiicke einzusetzen und die Messunsicherheiten <lurch Mehrfachmessung abzuschatzen. Neben der Reproduzierbarkeit der Messungen wird dabei die Abweichung vom kalibrierten Wert erfasst und somit die Riickfiihrbarkeit der Messergebnisse auch fiir die zu messenden Werkstiicke sichergestellt. Auch Bedienereinfliisse <lurch das Ein- und Ausspannen der Teile zwischen den Messungen sind zu beriicksichtigen. Zusatzlich sind eventuelle langfristig wirkende Einfliisse wie z. B. Temperaturschwankungen abzuschatzen [3]. Die Kalibrierung dieser Testwerkstiicke kann bei Koordinatenmessgeraten mit Rontgentomografiesensor und Multisensorik <lurch die im Gerat ohnehin vorhandene Multisensorik erfolgen. Gleichfalls ist es dann moglich, diese Daten zur Korrektur der Messergebnisse heranzuziehen (Autokorrektur) und so die Messunsicherheit zu reduzieren. Die Ergebnisse einer Messunsicherheitsuntersuchung werden mit den zu messenden Teiletoleranzen verglichen und so Schlussfolgerungen fiir die Eignung des Messprozesses gezogen [2].

Praktische Messungen sind erforderlich

Messunsicherheit bestimmt Messprozesseignung

92

Verbesserung der Riickfiihrbarkeit

Eignung auch fiir grofiere Werkstiicke

Ausblick

Die Rontgentomografie ist im Vergleich zur klassischen taktilen und optischen Koordinatenmesstechnik noch wenig verbreitet. Entsprechend wichtig ist die Vermittlung der fachlichen Grundlagen, um Verstandnis und damit Vertrauen in diese noch junge Technik zu schaff en. Die Einfiihrung einer einheitlichen Geratespezifikation ist notwendig, um den Vergleich verschiedener Koordinatenmessgerate mit Rontgentomografie zu ermoglichen. Die hierzu neu entstandenen V DI-Richtlinien miissen zu international en ISO-N ormen weiterentwickelt werden. Die derzeitigen Entwicklungsschwerpunkte liegen in der Verbesserung der Riickfiihrbarkeit von Messergebnissen. Ein wichtiges Ziel ist es, zunehmend genauere Messergebnisse auch ohne Verwendung der Autokorrektur mit zusatzlichen Sensoren zu ermoglichen und so das Arbeiten zu vereinfachen. Die Einfiihrung neuer Artefaktkorrekturverfahren sowie alternative Betriebsarten wie die Helix-Tomografie gestatten von vornherein genaueres Messen. Durch die Rastertomografie und die Ausschnittstomografie (ROI) lasst sich die Auflosung verbessern. Auf dieser Basis sind dann mit Hilfe der Autokorrektur auch submikrometergenaue Messungen moglich. Der jetzige Einsatzschwerpunkt der Rontgentomografie in der Koordinatenmesstechnik liegt bei relativ leicht zu durchstrahlenden Werkstiicken aus z. B. Kunststoff oder Aluminium. Durch preisgtinstigere Herstellung von Rontgenquellen mit Spannungen von ea. einem Megavolt konnten wirtschaftliche Gerate auch fiir groBere und schwerere Teile realisiert werden.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Integration der Rontgentomografie in Fertigungs- und Qualitatssicherungsprozesse. Softwarewerkzeuge zum einfachen und CAD-gestiitzten Messen oder die Automatisierung der Werkzeugkorrektur im Spritzgusswerkzeugbau sind hierfiir Beispiele. Die Rontgentomografie wird in den nachsten Jahren einen festen Platz in der Koordinatenmesstechnik erobern, ohne jedoch die klassischen Techniken zu ersetzen.

Ausblick 93

Integration in Fertigungs- und Qualitatssicherungsprozesse

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Literatur

[l] Kalender, Willi A.: Computertomographie. 2. Aufl. Erlangen: Publicis Corporate Publishing, 2006.

[2] Christoph, Ralf; Neumann, Hans Joachim: Multisensor-Koordinatenmesstechnik. 3. Aufl. Munchen: sv corporate media, 2006 (Die Bibliothek der Technik, Band 248).

[3] Neumann, Hans Joachim: Messen mit geringem Temperatureinfluss. In: Qualitat und Zuverliissigkeit (01/2008), S. 30-33.

[4] VDI/VDE 2617 Blatt 13: Genauigkeit von Koordinatenmessgeraten - KenngroBen und deren Prufung; Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 10360 for Koordinatenmessgerate mit CTSensoren.

VDl/VDE 2630 Blatt 1.3: Computertomografie in der dimensionellen Messtechnik; Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 10360 for Koordinatenmessgerate mit CT-Sensoren.

[5] DIN ISO/TS 15530: Geometrische Produktspezifikation ( GPS) - Verfahren zur Ermittlung der Messunsicherheit von Koordinatenmessgeraten (KMG).

[6] DIN ISO/TS 15530-3: Geometrische Produktspezifikation ( GPS) - Verfahren zur Ermittlung der Messunsicherheit von Koordinatenmessgeraten (KMG) - Teil 3: Anwendung von kalibrierten Werkstticken oder Normalen ( ISO/TS 15530-3:2004); Deutsche Fassung CEN ISO/TS 15530-3:2007.

[7] MaaB, C.; Knaup, M.; Sawall, S.; KachelrieB, M.: ROI-Tomografie (Lokale Tomografie). In: Kastner, J. (Hrsg.): Proceedings Industrielle Computertomografie (27.-29.09.2010, Wels, 6sterreich). Aachen: Shaker, 2010. S. 251-259. - ISBN 978-3-8322-9418-2.

[8] Steckmann, S.; Knaup, M.; KachelrieB, M.: High performance cone-beam spiral backprojection with voxel-specific weighting. In: Phys. Med. Biol. 54 (2009) 12. S. 3691-3708.

Der Partner dieses Buches

Werth Messtechnik GmbH SiemensstraBe 19 35394 GieBen Internet: www.werth.de E-Mail: [email protected]

Qualitat und Prazision in Verbindung mit Innovationen bilden die Grundlage fiir die bisherige, ea. 60-jahrige erfolgreiche Untemehmensentwicklung der Werth Messtechnik GmbH. Der erste Profilprojektor in Pultbauweise setzte 1955 hinsichtlich Ergonomie MaBstabe. In den 1960er- bis 1980er-Jahren wurden Messprojektoren durch die Werth Messtechnik mit dem Werth Tastauge und digitalen Wegmesssystemen zu optischen CNC-Koordinatenmessgeraten weiter entwickelt. 1987 folgte ein erstes MultisensorKoordinatenmessgerat mit integrierter Bildverarbeitung und LaserAbstandssensor unter dem Namen Inspector®. Mit der Einfiihrung der Produktlinie VideoCheck® wurde 1992 der Grundstein fiir weiteres Untemehmenswachstum gelegt. Die frtihzeitige Integration der PC-Technik und ein streng modulares Konzept erlaubten hochste Leistungen zu akzeptablen Preisen. Werth Messtechnik entwickelte sich zum mit Abstand groBten europaischen Anbieter von optischen und Multisensor-Koordinatenmessgeraten. Die Integration der Linearantriebstechnik in Koordinatenmessgerate sowie Sensorentwicklungen wie der Werth Fasertaster und der Werth Zoom bestatigen den Anspruch der Werth Messtechnik GmbH auf weltweite Technologiefiihrerschaft in diesem Marktsegment. Mit dem TomoScope® wurde 2005 <lurch Werth das erste speziell fiir die Koordinatenmesstechnik entwickelte Gerat mit Rontgentomografie vorgestellt. Innovative Losungen verbesserten die Genauigkeit dieses Messprinzips auf das Niveau der Koordinatenmesstechnik. Die vollstandige Integration aller fiir das Messen mit Tomografie notwendigen Funktionen in die Software Win Werth® fiihrt zu einer einfachen, zeitsparenden und sicheren Bedienung. Jahrliche zweistellige Zuwachsraten tiber fast zwei Jahrzehnte ermoglichten den Aufbau eines hoch motivierten Teams. 200 Mitarbeiter in Deutschland sowie Vertriebs- und Servicesttitzpunkte in allen wichtigen lndustrieHindem gewahrleisten, dass Werth Messtechnik auch in Zukunft modemste Koordinatenmesstechnik mit optischen Sensoren, Multisensorik und Rontgentomografie in bester Qualitat und mit ausgezeichnetem Service bereitstellen kann.

ein besonderer dank gilt - sze.hukozma/ct_szakirodalom/röntgentomografie in der... · lich kann...

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