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DGZfP-Jahrestagung 2014 – Di.1.A.3
1 Lizenz: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/de/
CT & Metrologie Anwendung der VDI/VDE Richtlinie 2630
und Optimierung des Systems
Alexander SUPPES *, Eberhard NEUSER *
* GE Sensing & Inspection Technologies GmbH, Niels-Bohr-Str. 7, 31515 Wunstorf eberhard.neuser@ge.com
Kurzfassung
Die Computer Tomographie hat sich zu einem etablierten industriellen Prüfverfahren entwickelt. Darüber hinaus finden Methoden Anwendung, die den Anwendungsbereich in die Messtechnik erweitern. Im Rahmen dieser Entwicklung wurde eine VDI/VDE Richtlinie erstellt, die beschreibt wie ein CT System für den Einsatz in der Metrologie qualifiziert werden kann. Bei der Anwendung der VDI/VDE Richtlinie auf ein typisches CT System wurden zunächst geometrische Kenngrößen wie z.B. Längenmessabweichung und Antastabweich-
ung ermittelt. Eine Untersuchung des Einflusses der wichtigen Systemkomponenten wie Röhre, Detektor oder Manipulator auf die Kenngrößen zeigt Optimierungspotential auf. Insbesondere die Korrektur von Detektor und Manipulationssystem sind interessant. Die Steigerung der messtechnischen Gesamtperformance des Systems wird final aufgezeigt.
Imagination at work.Inspection Technologies 1
DGZfP Jahrestagung Potsdam 27. Mai 2014
Dr. Eberhard NeuserDr. Alexander Suppes
CT & MetrologieAnwendung der VDI/VDE Richtlinie 2630 und Optimierung des Systems
Copyright © 2014 General Electric Company
Inspection Technologies 2Copyright © 2014 General Electric Company
Gliederung
- CT / Metrologie Workflow
- System v|tome|x M 300
- VDI 2630
- Messaufbau / Prüfkörper
- Messergebnisse nicht kompensiert
- Erklärung Kompensierung
- Messergebnisse nach Kompensation
- Zusammenfassung
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Inspection Technologies 3Copyright © 2014 General Electric Company
Metrologie – Typischer Workflow für 3D Röntgen CT
Datenanalyse
Oberflächen-bestimmung
VolumenRekonstruktion
Aufnahme vonRöntgenbildern
PhysikalischeMessung
CT Daten-Verarbeitung
Auswertung
Röhre: Fokusgröße, StabilitätManipulator: Genauigkeit , StabilitätDetektor: Dynamik, Rauschen
Benutzte Algorithmen:GeometriekorrekturenStrahlaufhärtungskorrekturUnterdrückung von ArtefaktenOberflächendetektion
Messstrategie,Fit-Algorithmen, Reporting
Ein
fluss a
uf G
en
au
igke
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Inspection Technologies 4Copyright © 2014 General Electric Company
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Inspection Technologies 5Copyright © 2014 General Electric Company
VDI 2630, Blatt 1.3 – Zielsetzung
� Definition allgemeingültiger Kenngrößen
� Vergleichbarkeit von Spezifikationen
� Definition von Prüfkörpern
� Aufsetzen auf bestehenden Standards in der Koordinaten-messtechnik
� Akzeptanz bei Anwendern konventioneller Messtechnik
� KEINE Aussage zur Meßunsicherheit(kundenspezifische bauteilbezogene Kenngrößen)
Inspection Technologies 6Copyright © 2014 General Electric Company
VDI 2630, Blatt 1.3 – Antastabweichung Form/Maß
Antastabweichung Form: PF = Rmax – Rmin
• Abweichung der Oberflächenpunkte von der eingefitteten Kugel
• Indikator z.B. für
• „Oberflächenrauschen“
• Ungenauigkeiten der Drehbewegung
Antastabweichung Maß: PS = Da – Dr
• Abweichung vom kalibrierten Durchmesser
• Genauigkeit der Oberflächenposition zwischen Luft und Material
• Indikator z.B. für
• „Richtige“ Einstellung der Röntgenstrahlung (Spannung/Vorhärtung)
• Korrekte Strahlaufhärtungskorrekturen
Anforderungen an die Messungen
• Kugeldurchmesser 10-20% der Messraumdiagonale
• 6 Messungen: (oben+mitte+unten) × (zentral+Rand)
• Mindestens 25 Punkte zur Bestimmung von PF und PS
• Messung in zwei “signifikant unterschiedlichen” Vergrößerungen
(empfohlen wenn technisch möglich)
Ausgleichskugel
Rmin
RmaxPF
Da
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VDI 2630, Blatt 1.3 – Längenmessabweichung
• Typischerweise Messung von Kugelabständen und Vergleich mit Kalibrierwerten
• Hinzuziehen von PS/PF nötig bei Messung von Kugelanordnungen
• Indikator für die Gesamtgenauigkeit der CT-Geometrie-Einstellung
Anforderungen an die Messung:
• Messung von 5 Längen, in 7 Raumrichtungen, jeweils 3x in mindestens zwei Vergrößerungen
• Kleinste Testlänge = 30 mm, größte Testlänge = 66% der Messraumdiagonale
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Prüfkörper / Messaufbau
Prüfkörper Längenmessabweichung
• Kugelleiste aus CFK/Rubin, DAkkS kalibriert
• Nennlängen: 24, 48, 72, 96, 120mm
Prüfkörper Antastabweichung
• 30mm Al-Oxid Kugel, DAkkS kalibriert
Messaufbau und -parameter
• v|tome|x M 300/180 mit 16’’ Detektor
• Fokus-Detektor-Abstand: 800mm
• 200kV; 0,5mm Cu
• Ca. 80µm/voxel
• Ca. 25 min/Messung
Quelle: Carl Zeiss
2448
0120 mm
8mm
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Messergebnisse „nicht kompensiert“
-0,016
-0,014
-0,012
-0,010
-0,008
-0,006
-0,004
-0,002
0,000
0,002
0,004
0 20 40 60 80 100 120 140
Ab
stn
ad
sa
bw
eic
hu
ng
SD
, µ
m
Kalibrierter Abstand zwischen Kugelmittelpunkten, mm
Abstandsabweichung der Kugelmittelpunkte, SD, µm
Bei 80µm/vox: Max. Abstandsabweichung 15µm.� Aber: Kann man besser werden?
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Einfluss von Einzelkomponenten
Röntgenröhre:
Position vom Brennfleck:- Fokus-Objekt und - Fokus-Detektor-Abstand
Detektor:
Ist der Detektor ideal?
Manipulationssystem:
Linearität der Vergrößerungsachse
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Bestimmung von Fokus-Objekt- und Fokus-Detektor-Abstand
Scan1 – Detektornah
REC1
Kugelfit1
REC2
Kugelfit2Scan2 – Röhrennah
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�∙ ���
Pixelgröße gemessene Länge in Voxeln
kalibrierteLänge
gesucht: Fokus-Objekt undFokus-Detektor-Abstand
• Bestimmung von zwei Unbekannten
aus zwei Messungen
• Robustheit durch Auswertung
mehrerer Längen
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„Linearisierung“ der Vergrößerungsachse
Direktes Messsystem: � hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit
Nutzung von Laserinterferrometer zur Linearisierung:
1) Messung der Ist-Position der Vergrößerungsachseund Vergleich mit Nennposition
2) Nutzung der Abweichung zur Kompensation (Linearisierung)
12
+0,5
-0,5
Nennposition der Vergrößerungsachse, mm
Po
siti
on
sab
we
ich
un
g, µ
m
10
5
0,0
0
Nennposition der Vergrößerungsachse, mm
Nicht kompensiert Kompensiert
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Inspection Technologies 13Copyright © 2014 General Electric Company
Kompensation – Detektorentzerrung
11 Scans
Zylindrisches Objekt
1) Aufnahme2) Rekonstruktion3) Auswertung von Durchmessern über
Zylinderhöhe in VGStudioMax4) Bestimmung der „Detektorbiegung“
5) Nutzung der Maske bei der Rekonstruktion
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Messergebnisse Kompensiert
-0,016
-0,014
-0,012
-0,010
-0,008
-0,006
-0,004
-0,002
0,000
0,002
0,004
0 20 40 60 80 100 120 140
Kalibrierter Abstand zwischen Kugelmittelpunkten, mm
Mit Kompensationen
-0,016
-0,014
-0,012
-0,010
-0,008
-0,006
-0,004
-0,002
0,000
0,002
0,004
0 20 40 60 80 100 120 140
Ab
sta
nd
sa
bw
eic
hu
ng
SD
, µm
Kalibrierter Abstand zwischen Kugelmittelpunkten, mm
Ohne Kompensationen
Abstandsabweichung der Kugelmittelpunkte, SD, µm
Grenzwert für Kugelabstandsabweichung beim v|tome|x M „metrology edition“:SDMPE = 4µm +L/100, L: nominelle Länge in mm
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Inspection Technologies 15Copyright © 2014 General Electric Company
Zusammenfassung
• Kugelabstandsabweichung bei einer Voxelgröße von 80µmnicht kompensiert 15 µmKompensiert 2 µm
• Kompensation des Detektors und der Vergrößerungsachse führen zu sehr guten metrologischen Eigenschaften
• System-Kenngrößen nach VDI 2630-1.3 im Modus „Messung im Bild“ (Statisch):SDMPE(TS) = 4µm+L/100PSMPE(TS) = 3µmPFMPE(TS) = 3µm
• Detailkenntnisse über die Anlagenkomponenten wie Detektor, Manipulator und Röntgenröhre ermöglichen mittels Kompensation eine Optimierung der metrologischen Kenngrößen nach VDI 2630
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