Frühwarnsystem
Zustandsüberwachung von CT-Anlagen per Surface Quality Map
Da auch Computertomographen einem Verschleiß unterliegen, ist es für die Bauteilehersteller wichtig, regelmäßig Informationen über den Anlagenzustand zu erhalten. Volume Graphics und die PTB entwickeln derzeit hierfür ein Tool.
Bild 1+2 | Ideale (l.) und reale (r.) Verhältnisse eines CT-Datensatzes von einem Steckergehäuse ohne und mit Metalleinlegeteilen. Metalle in Kunststoff erzeugen Störungen wie Artefakte, welche die Oberflächenbestimmung erschweren. (Bild: Volume Graphics GmbH)
Die übliche Methode, den technischen Zustand von CT-Anlagen zu überwachen, sind Vergleichsmessungen. Der Messtechniker greift zu einem Masterbauteil mit bekannten Abmessungen und legt es in regelmäßigen Zeitabständen auf den Scantisch. Der Vergleich der gemessenen Ergebnisse mit den Ist-Werten gibt Aufschluss über die Stabilität der Anlage. Eine einfache Methode, allerdings mit einer Krux: die Sensitivität lässt in vielen Fällen zu wünschen übrig. „Wenn erkannt wird, dass ein Messwert aus dem Ruder läuft, ist es meistens schon zu spät. Im schlimmsten Fall ist die Produktion sofort zu stoppen und, nach Instandsetzung der Anlage, eine ganze Charge erneut zu vermessen“, erklärt Dr. Sven Gondrom-Linke, Team Leader Technical Consulting bei Volume Graphics. Ein wirkliches Frühwarnsystem ist der Messwertvergleich also nicht. Ein tiefer Blick in die Eigenheiten der CT und die Grundlagen der CT-Messtechnik selbst führt am Ende auf eine effektivere Methode. Doch der Reihe nach. Generell gilt für die CT: Um exakt messen zu können, ist die Oberfläche eines Körpers genau zu bestimmen. Die Qualität des CT-Datensatzes spielt hierbei eine entscheidende Rolle. Unproblematisch sind Datensätze mit konstanten Grauwerten für Körper und Umgebung proportional zu den Stoffdichten, und dies an jeder Stelle des Scans. Die Objektkanten zeichnen sich dann deutlich ab. Der CT-Nutzer kann mit einer globalen Grauwertschwelle arbeiten. Dieser Idealzustand ist aber in der Praxis nur selten anzutreffen. Meistens variieren die Grauwerte des Objekts und der umgebenden Luft. Zudem überlagert ein mehr oder weniger starkes Rauschen jeden Scan. Insbesondere bei Kombinationen verschiedener Materialien in einem Bauteil können Artefakte auftreten. Alle diese Dinge erschweren die Oberflächenbestimmung. Die CT-Analysesoftware nimmt an den betreffenden Stellen lokal adaptive Anpassungen der Grauwertschwelle vor. Bei zunehmend schlechter Datenqualität sind aber auch damit nur noch Annäherungen an die realen Verhältnisse möglich.
Maß für die Oberflächenqualität
In einem gemeinsamen Projekt untersuchten Volume Graphics und die Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) in Berlin diese grundsätzliche Problematik. Dabei entwickelten die CT-Experten ein Maß, das die Qualität der Oberflächen in CT-Scans beschreibt. Jeder Punkt einer Oberfläche erhält quasi ein Gütesiegel, das anzeigt, ob Messungen an dieser Stelle unproblematisch oder problematisch sind. Auf diese Weise kommt eine Surface Quality Map des gescannten Bauteils zustande. Damit die Theorie nicht für sich alleine steht, verifizierten Volume Graphics und die PTB ihre Vorgehensweise mittels realer und simulierter Daten. Das gefundene Oberflächen-Gütekriterium lässt sich im CT-Datensatz durch Farben darstellen. Grün bedeutet eine gute, rot eine verminderte Oberflächenqualität. Von diesen Informationen profitiert zum einen die Messtechnik. Wird ein CT-Datensatz vermessen, werden Regelgeometrien wie Kreise, Quadrate usw. an die Oberflächen gefittet. Eine hohe Messgenauigkeit verlangt präzise Fits. Ist bekannt, wo die Oberflächenbestimmung mit Unsicherheiten behaftet ist, kann der Messtechniker die Fitpunkte an diesen Stellen weniger stark gewichten, um den verfälschenden Einfluss auf die Messergebnisse zu minimieren.
