Mehr Klarheit - durch unsere Bauteil-Computertomographie

Fehler in Bauteilen verursachen in Entwicklungsprozessen oft hohe Kosten, gerade wenn sie spät erkannt werden. Mit Hilfe unserer Computertomographie werden Mängel früh und ohne Zerlegen des Bauteils identifiziert und können entsprechend kostensparend schon im Frühstadium beseitigt werden.

Was ist Computertomographie?

Bei dem Begriff Computertomographie (CT) denken die meisten wohl als erstes an die typische Anwendung aus der Medizintechnik. Die ist vom Grundsatz her auch richtig.

Bei der Computertomographie geht es im Wesentlichen darum, räumlich ausgedehnte Körper einschließlich ihrer innen liegenden Strukturen mithilfe von Röntgenstrahlung messtechnisch zu erfassen.

Erreicht wird eine räumliche Vermessung mithilfe von vielen 2D „Bildern“, auch Absorptionsprofile genannt, welche zu einem dreidimensionalen Abbild des Körpers zusammengefügt werden.

Im Vergleich zur medizinischen CT gibt es im industriellen Bereich einige Unterschiede, welche hauptsächlich in der Komplexität der zu untersuchenden Bauteile sowie im Aufbau des Computertomographen liegen. In der Regel stellt auch die Strahlenbelastung für das zu untersuchende Objekt in der Industriellen Computertomographie kein Problem dar, sodass mit deutlich höheren Strahlungsintensitäten und somit auch besseren Auflösungen gearbeitet werden kann.

Funktionsweise eines CTs

Um ein dreidimensionales Abbild eines Körpers erzeugen zu können, müssen viele einzelne Absorptionsprofile übereinander gelagert werden.

Absorptionsprofile entstehen bei Bestrahlung des Prüfkörpers durch Röntgenstrahlung.

Die benötigte Röntgenstrahlung entsteht in einer Röntgenröhre, in welcher im Vakuum Elektronen von einer Glühwendel aus beschleunigt werden und anschließend auf eine Kathode treffen und dort stark abgebremst werden. Dabei entsteht unter anderem Röntgenstrahlung.

Die Röntgenstrahlung wird in Form eines Kegelstahls auf das Objekt gelenkt und trifft dahinter auf einen Röntgentomographiesensor. Für einen hochauflösenden CT Scan werden einige hundert bis wenige tausend solcher Aufnahmen aus verschiedenen Perspektiven benötigt. Dazu befindet sich das Objekt auf einem Drehteller. Je nach Beschaffenheit des Materials treten unterschiedlich starke Absorptionen auf. Die Röntgenstrahlung wird in Form eines Kegelstahls auf das Objekt gelenkt und trifft dahinter auf einen Röntgentomographiesensor. Für einen hochauflösenden CT Scan werden bis zu mehreren Tausend solcher Aufnahmen aus verschiedenen Perspektiven benötigt. Dazu befindet sich das Objekt auf einem Drehteller. Je nach Beschaffenheit des Materials treten unterschiedlich starke Absorptionen auf. Mithilfe von mathematischen Verfahren lassen sich die einzelnen Bilder übereinanderlegen und in speziellen Programmen aus den Voxeldaten zu einem Volumen zusammenfassen.  

Voxel sind Volumenbildpunkte, welche Informationen der lokalen Strahlungsabsorptionen in einem Raster im Raum beinhalten. Dunkle Voxel repräsentieren Bereiche mit niedriger Absorption z.B Luft, helle Voxel zeigen Bereiche mit hoher Absorption an.

Soll-Ist-Vergleich

Eine der Hauptanwendungen, bei welcher man einen CT Scan zur Hilfe zieht, ist der Soll-Ist-Vergleich. Hierbei werden die Soll Daten (CAD) mit denen des CTs abgeglichen. Selbst innenliegende oder schwer zugängliche Geometrien können zerstörungsfrei und hochpräzise vermessen werden. Ein Falschfarbenvergleich zeigt einem auf den ersten Blick Formabweichungen wie Verzug oder Einfallstellen. Die Qualität des Bauteils kann so ohne großen messtechnischen Aufwand schnell und kostengünstig bewertet werden.

Ist-Ist-Vergleich

Auch ein Ist-Ist-Vergleich kann mittels Scan Dateien durchgeführt werden. Dies dient der Requalifizierung, um die Bauteilqualität nach Veränderung der Prozessparameter, Maschinenwechsel oder längerem Aussetzen der Produktion. Ein Ist-Ist-Vergleich eignet sich auch hervorragend, um nach einem längeren Einsatz den Verschleiß eines bestimmten Bauteils oder auch Verschleiß im Werkzeug zu bewerten.

Materialanalyse

Eine weitere Anwendung der Computertomographie ist die Materialanalyse. Hierzu zählen das Prüfen der Materialstruktur hinsichtlich Faserverlauf und ungewollten Einschlüssen wie Lunker oder Blasen. Diese von außen nicht sichtbaren Fehler können farblich hervorgehoben werden und analysiert werden.

Wandstärkenanalyse

Kunststoffteile werden aufgrund von steigenden Ansprüchen im Hinblick auf Gewichtsoptimierung und Materialeinsparung immer dünnwandiger konstruiert. Die Wandstärkenanalyse bekommt dadurch eine immer höhere Bedeutung zugesprochen. Mithilfe der Computertomographie lässt sich eine einfache Falschfarbendarstellung des Prüflings hinsichtlich der Wandstärke erstellen und sofort überprüfen ob die Materialstärken eingehalten werden.

Prüfberichte – Vermessung von Bauteilen

Nach dem Überführen der Scan Daten ins STL Format können mithilfe von Regelgeometrien Vermessungen inklusive Form- und Lagetoleranzen durchgeführt werden. Die Bauteilvermessung mittels CT ist im Vergleich zu gängigen Koordinatenmessgeräten deutlich schneller und somit kostengünstiger, da die Messpunkte nur virtuell angetastet werden und die Verfahrenswege der Maschine ausbleiben. Nach Auswertung aller Ergebnisse wird ein individueller Prüfbericht erstellt.

Reverse Engineering

Bei alten Bauteilen fehlen oft die CAD – Datensätze oder Zeichnungen. Reverse Engineering beschreibt dazu die Umkehrung des Entwicklungsprozesses von einem bestehenden Teil hin zu den Konstruktionsdaten.

Mittels Flächenrückführung lassen sich die im CT erzeugten Datensätze in Regelgeometrien und Freiformflächen überführen, sodass die Daten für weitere Produktion- oder Entwicklungsschritte wieder zur Verfügung stehen.