Messtechnik Computertomograph inkl. messplatzrelevanter Bauteile und Software
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Computertomographie hat das Potential, taktile und optische Messverfahren zu ersetzen. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass die computertomographischen Messung eine mit konventionellen Verfahren vergleichbare Genauigkeit aufweist. Im Rahmen von Arbeiten des wbk, die im DFG-geförderten Vorhaben „Optimierung von Aufnahmeparametern mittels projektionsbasierter Qualitätskenngrößen in der industriellen Computertomographie“ weitergeführt werden, wurde der Einfluss der Aufnahmeparameter auf die computertomographische Messung untersucht. Ziel ist eine Reduktion des systematischen Anteils der Messunsicherheit, der durch eine nicht optimale Parameterwahl von Strom, Spannung etc. hervorgerufen wird. Erste Voruntersuchungen zeigten einen prinzipiellen Zusammenhang zwischen der Bildqualität der einzelnen Röntgenprojektionen im CT-Scan und dem tatsächlichen Messergebnis auf Basis des 3D-Volumens. Diese Vorabinformation, die auf Basis weniger Einzelprojektionen zur Verfügung steht, können daher zur automatisierten Einstellung der Aufnahmeparameter dienen. Um die Vorteile der Computertomographie für die für die industrielle Qualitätssicherung von Mikrozahnrädern nutzbar zu machen, ist ebenfalls eine signifikante Reduktion der Messunsicherheit nötig. Einen heute bereits realisierbaren Ansatz zur Reduktion der Messunsicherheit stellt die Kombination computertomographischer mit taktilen Messdaten mittels Methoden der Datenfusion dar. Dabei werden die Punktewolken beider Messmittel in geeigneter Form kombiniert. Das aktuell am wbk im IGF/FKM-Vorhaben „Praxisgerechte Methoden zur flächenorientierten Messung von Mikrozahnrädern mit minimaler Messunsicherheit“ entwickelte Vorgehen besteht aus drei Stufen: Im ersten Schritt werden die Messungen mit den beiden einzelnen Messgeräten durchgeführt und die Messpunktwolken zueinander registriert. Darauf folgt die Fusion der Messdaten zu einer gemeinsamen Punktwolke. Im letzten Schritt kann diese schließlich mittels geeigneter flächenhafter Verzahnungskenngrößen ausgewertet werden. Das Verfahren kann leicht in bestehende Messsysteme und Zahnradsoftware integriert werden. In der Produktionsforschung zum Thema Faserverbundwerkstoffe, nämlich innerhalb des Teilprojekts „Modell- und Verfahrensentwicklung zur Herstellung hybrider Profile mittels Schleuderverfahren“, welches im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms 1712 „Intrinsische Hybridverbunde für Leichtbautragstrukturen“ gefördert, wird der CT ebenfalls genutzt. Das Projekt hat das Fügen von Metall und faserverstärkten Kunststoffen im Schleuderverfahren zum Ziel. Das Schleuderverfahren wird dabei zur Tränkung trockener Verstärkungsfasern genutzt. Aufgrund der Metalleinleger, die im Prozess angebunden werden sollen, entsteht verfahrensbedingt aus strömungsmechanischer Sicht eine Hinterschneidung, die unerwünschte Poren im Faserverbundlaminat hervorrufen kann. Um Poren zu vermeiden, werden sogenannte DFG-Vordruck 21.12 – 10/16 Seite 4 von 11 Entlüftungsbohrungen in den Metalleinleger eingebracht. Der Einfluss verschiedener Bohrmuster auf die Entlüftung konnte innerhalb des CT erfolgreich analysiert werden. Als Probenmaterial wurden für diese Analysen Aluminium und glasfaserverstärkter Kunststoff gewählt, um eine geringe Strahlaufhärtung und genaue Ergebnisse erzielen zu können. Die CT-Analysen halfen dabei Entlüftungskonzepte zu finden, mit denen FVK-Laminate mit einem sehr geringen Porengehalt nach Luftfahrtstandards (kleiner 2% Porengehalt) möglich sind. In weiteren Analysen innerhalb des genannten Projekts wurden außerdem der Faservolumengehalt und die Faserorientierung bestimmt. Diese Messgrößen wurden als Eingabewert für ein analytisches Modell verwendet, welches die Dauer der Tränkung im Schleuderverfahren berechnet und voraussagt. Diese CT-Analysen halfen somit bei der erfolgreichen Validierung des hergeleiteten Modells. Im EFRE-geförderten Projekt „RTM - InnoHoch – RTM-Fertigungsprozesskette-Innovativ, hochintegriert“ wurde der Computertomograph dafür verwendet, neu entwickelte Inline- Messtechniken zu referenzieren. Im Bereich der dimensionellen Messtechnik wurde in diesem Zusammenhang ein Laserlichtschnittsystem entwickelt, das zur Digitalisierung von Carbonfaserhalbzeugen verwendet werden soll, um die finale Bauteilqualität am Halbzeugzustand präventiv bewerten zu können. Entsprechenden computertomographische Referenzmessungen wurden verwendet, um Abgleiche zwischen CT- und Laserlichtschnittdaten vorzunehmen und somit eine Aussage über die Messdatenqualität des neu entwickelten Systems treffen zu können. Darüber hinaus konnten Methoden zur Ermittlung von Messunsicherheiten am neuen Messsystem entwickelt werden, die den industriellen Einsatz des optischen Messsystems durch Zuhilfenahme der Computertomographie ermöglichen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Flächenhafte Messung von Mikrozahnrädern mittels omputertomographie und Koordinatenmesstechnik. In: 6. Kolloquium Mikroproduktion, Schriftenreihe des Instituts für Produktionsmesstechnik 10, Braunschweig. KITopen ID: 1000039959.
Lanza, G., Häfner, B.
- Intrinsische Hybridisierung im Schleuderverfahren.
Lightweight Design, Vol. 8. 2015, Issue 4, pp 12–19.
Koch, S.-F.; Dackweiler, M.; Pottmeyer, F.; Fleischer, J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s35725-015-0026-0) - Manufacturing of polygon fiber reinforced plastic profiles by rotational molding an intrinsic hybridization. Production Engineering, Vol. 9. 2015, Issue 3, pp. 317–328.
Fleischer, J.; Koch, S.-F.; Coutandin, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11740-015-0620-0) - Projection based evaluation of CT image quality in dimensional metrology. Digital Industrial Radiology and Computed Tomography (DIR 2015) e-Journal of Non-destructive Testing, ISSN 1435-4934.
Krämer, A., Kovacheva, E., Lanza, G.
- Assessment of the Measurement Procedure for Dimensional Metrology with X-ray Computed Tomography. Procedia CIRP, Vol. 43. 2016, pp. 362-367.
Krämer, A., Lanza, G.
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1016/j.procir.2016.02.018) - Development of test bodies for deployment in Industrial Computed Tomography“, Conference on Industrial Computed Tomography (iCT) 2016, Wels: Proceedings.
Krämer, A., Batra, A., Griesz, P., Lanza, G.
- Methodology for the evaluation of CT image quality in dimensional metrology. 19th World Conference on Non-Destructive Testing, Proceedings (WCNDT 2016), München.
Krämer, A., Lanza, G.
- Optimierung von Aufnahmeparametern mittels projektionsbasierter Qualitätskenngrößen in der industriellen Computertomographie. 18. GMA/ITG Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2016, Nürnberg: Proceedings, 2016, pp. 383 - 390.
Krämer, A., Böhmler, P., Lanza, G.
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.5162/sensoren2016/5.4.1) - Optimization of Process Chain for continuous-discontinuous long fiber reinforced polymer structures, Proceedings of the 17th European Conference on Composite Materials, 2016, ISBN 978-3-00-053387-7
Pangboonyanon, W., Zaiß, M., Fleischer, J., Lanza, G.
- Traceability investigation in Computed Tomography using industry-inspired workpieces. Proceedings of the 7th Conference on Industrial Computed Tomography (iCT 2017)
Krämer, A., Stolfi, A., Schneider, T., De Chiffre, L., Lanza, G.
