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Wann wird Computertomographie zum Mainstream?

: WENZEL


Computertomographen (CT) werden seit den 90er Jahren in der Industrie als ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung verwendet. Inzwischen hat die Technologie einen weiteren Schritt nach vorne gemacht und bietet ein relativ neues Einsatzgebiet für hochpräzise, dreidimensionale Messungen. Die Computertomographie, wie sie die exaCT® Baureihe von Wenzel – in Österreich vertreten durch GGW Gruber – bietet, ist vollständig in der Lage, dreidimensionale Geometrien zu erfassen und zu messen, unabhängig davon, ob die relevanten Merkmale von außen zugänglich oder innerhalb eines Objekts verborgen sind.

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Computertomographie Workstation exaCT M von Wenzel.

Computertomographie Workstation exaCT M von Wenzel.

„Jeder, der zum ersten Mal Daten eines modernen Computertomographen für dreidimensionale Messungen, Reverse Engineering oder zerstörungsfreie Prüfungen verwendet, ist über die Qualität und Vollständigkeit der Daten erstaunt“, erklärt Giles Gaskell, Leiter Anwendungstechnik Wenzel Amerika. „Insbesondere bei der Arbeit mit Punktewolken aus taktilen oder optischen Systemen gehen aufgrund unzugänglicher Strukturen, elastischer Verformungen oder transparenter Materialien viele Details verloren. Die Computertomographie hat diese Probleme nicht.“

Die meisten Anwender, die mit CT-Daten zur Flächenrückführung gearbeitet haben, können sich eine Rückkehr zu ihrer alten Methode nicht mehr vorstellen. Dies gilt auch für Hersteller, die komplexe Kunststoffteile aus Spritzguss oder generativer Fertigung produzieren und CT-Scans als Grundlage für die Erstbemusterung oder das Produktionsteil-Abnahmeverfahren nutzen. Dennoch kommt die Akzeptanz der industriellen Computertomographie für dreidimensionale Messungen nur langsam voran. Es stellt sich die Frage, wie lange es dauern wird, bis die Computertomographie zum Mainstream wird?

Killer-Applikationen der Computertomographie

„Wie die Geschichte zeigt, war es bei den etablierten Messmethoden, vom klassischen Koordinatenmessgerät bis hin zu optischen Scannern, exakt dieselbe Entwicklung. Es hat einige Zeit gedauert, bis diese akzeptiert wurden. Die Leute wissen nicht genug über neue technologische Möglichkeiten und fürchten daher das ihnen Unbekannte. Nirgends ist dies
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Der CT-Scan auf der linken Seite zeigt ein vollständig dreidimensional erfasstes Aluminiumteil mit einer quantitativen Porositätsanalyse. Auf der rechten Seite ist ein traditionelles, zweidimensionales Schnittbild zu sehen, wie es aus der Medizin bekannt ist.

Der CT-Scan auf der linken Seite zeigt ein vollständig dreidimensional erfasstes...

wahrscheinlicher als bei der Computertomographie, welche mit Strahlung assoziiert und oft falsch wahrgenommen wird“, verdeutlicht Gaskell.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist der Preis für ein CT-System. Wären die Systeme weniger teuer, würden sie sich besser verkaufen. Neue Technologien müssen daher Funktionen bieten, die andere Systeme nicht haben, um bei einem relativ hohen Preis für technologieaffine Erstanwender interessant zu sein.

Es gibt Anwendungsfälle, die ohne die Computertomographie derzeit nicht gelöst werden können. Sogenannte „Killer-Applikationen“ sind z. B. komplexe, elektrische Anschlüsse, kombiniert aus Kunststoffgehäuse und Metallstiften, Diesel-Einspritzdüsen mit winzigen Löchern, die präzise positioniert sind oder Turbinenschaufeln aus einer Superlegierung mit internen Kühlkanälen. Was kann getan werden, um die Funktionalität von CT-Systemen zu verbessern und einen schnellen Return on Investment zu erreichen? Dies würde den Kauf rechtfertigen und eine Aufwärtsspirale in Gang setzen, mit höheren Stückzahlen und niedrigeren Preisen für alle.

Sicherheit inklusive

„Es gibt grundlegende Begrenzungen für CT-Systeme, die nicht geändert werden können. Ein wesentlicher Faktor ist, dass je nach Material und Dicke eines Werkstücks, ein bestimmtes Maß an Röntgenenergie erforderlich ist. Das bedeutet, je dicker und dichter das Messobjekt ist, umso höher ist die benötigte Röntgenenergie“, erläutert Gaskell. Natürlich müssen die Anwender vor den Röntgenstrahlen geschützt
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Zusammenhang des Gewichts der Bleiabschirmung für eine Vollschutzkabine, in Abhängigkeit von der Energie der verwendeten Röntgenquelle.

Zusammenhang des Gewichts der Bleiabschirmung für eine Vollschutzkabine, in...

werden. Die exaCT Workstations von Wenzel entsprechen einem Vollschutzgerät nach den strengen, gesetzlichen Bestimmungen der Röntgenverordnung. Ihre Benutzung ist für Menschen absolut ungefährlich. Darum sind die Computertomographen mit einer sicheren Bleiabschirmung ausgestattet, welche einen erheblichen Kostenfaktor darstellt.

„Es ist wichtig zu wissen, dass der Preis des gesamten CT-Systems überproportional zur Leistung der Röntgenquelle steigt“, führt Gaskell weiter aus. Eine Möglichkeit, dem positiv entgegenzuwirken, ist es, Maschinen mit kleinerer Standfläche zu bauen. Dem entsprechen die platzsparenden exaCT Computertomographen, die im Vergleich zu anderen Systemen eine sehr geringe Stellfläche aufweisen. Dies erhöht die Attraktivität und verringert die Herstellungskosten. Ein weiterer Ansatz ist, mehr Leistung aus der Röntgenquelle zu generieren. Dies wird mittels Software realisiert.

Intelligente Softwarelösungen

Intelligente Softwarelösungen und automatisierte Prozesse ermöglichen es, das Bestmögliche aus dem Gesamtsystem herauszuholen. Deshalb investiert Wenzel kontinuierlich in die Softwareentwicklung. Wie in vielen anderen Bereichen der Technik, ist es entscheidend, die Leistung über die Software zu optimieren, wenn die Hardwareressourcen an ihren Grenzen angekommen sind. Softwarelösungen ermöglichen es, mehr Leistung aus bestehenden Systemen zu generieren, ohne die Kosten drastisch
zu erhöhen.

Durch intelligente Algorithmen wird z. B. die Eindringtiefe verbessert. In der Folge kann eine Röntgenquelle mit geringerer Leistung verwendet werden. Die nötige Abschirmung fällt kleiner aus. Es entstehen geringere Kosten. Viel Aufmerksamkeit wird bei der Softwareentwicklung zudem auf die Qualität bei der Rekonstruktion von Daten und deren Nachbearbeitung gelegt. Insbesondere im Hinblick auf Multimaterialmessung von kleinsten Features, wie es durch die Killer-Applikationen gefordert wird.

Benutzerfreundlichkeit, Geschwindigkeit und Automatisierung

Durch die Beschleunigung des Scan-Prozesses wird der Nutzen des Systems erhöht. Dies bedeutet, dass nicht nur die reine Scan-Zeit schneller wird, sondern auch die Nachbearbeitung und die Analysezeit bis hin zum fertigen Messbericht. Die Zykluszeit ist die Zeit, die benötigt wird, um das Teil um 360 Grad vor dem Detektor zu drehen. Diese Zeit variiert mit der Dichte des Objekts. Je geringer die Dichte, desto schneller der Scan. Mittels Palettenmessungen können mehrere Teile gleichzeitig in einer Umdrehung durchstrahlt werden, was die Messzeit pro Teil drastisch reduziert.

„Ein weiterer, wichtiger Faktor, um das Vertrauen der Nutzer in neue Technologien zu gewinnen, ist es, international anerkannte und akzeptierte Normen zu etablieren“, betont Giles Gaskell. Moderne CT-Systeme entsprechen Normen und Standards, die vor nicht allzu langer Zeit nur durch zertifizierte taktile Messsyteme erfüllt wurden. Vor kurzem hat die Richtlinie VDI/VDE 2630, welche erstmals in Deutschland veröffentlicht wurde, erste Früchte getragen.

Leistungsstarke Supercomputer

Anders als bei einem System, welches Oberflächendaten abtastet, beschreiben CT-Daten das komplette Volumen in drei Dimensionen. Somit hat eine Verdoppelung
der Teilgröße oder der Auflösung eine Verachtfachung der Dateigröße zur Folge. Ein typischer CT-Scan liefert 4 bis 16 GB an Daten. Die Nachbearbeitungszeit, z. B. für die Erzeugung einer Oberfläche, hängt stark von der Rechnerleistung ab. Dank der rasanten Entwicklung der Prozessorleistung, der Einführung von Multi-Prozessor-PC-Clustern und der Entwicklung von GPUs für Videospiele, stehen den industriellen Anwendern inzwischen Supercomputer zur Verfügung, die vor nicht allzu langer Zeit nur Institutionen wie z. B. der NASA vorbehalten waren.

Angesichts all dieser Verbesserungen und der aktuellen Entwicklungsgeschwindigkeit, wird es nicht mehr lange dauern, bis die Computertomographie zum Mainstream für die Mess- und Prüftechnik wird.

Computertomographie Workstation exaCT M von Wenzel.
Der CT-Scan auf der linken Seite zeigt ein vollständig dreidimensional erfasstes Aluminiumteil mit einer quantitativen Porositätsanalyse. Auf der rechten Seite ist ein traditionelles, zweidimensionales Schnittbild zu sehen, wie es aus der Medizin bekannt ist.
Zusammenhang des Gewichts der Bleiabschirmung für eine Vollschutzkabine, in Abhängigkeit von der Energie der verwendeten Röntgenquelle.


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