Optimierung von Aufnahmeparametern mittels projektionsbasierter Qualitätskenngrößen in der industriellen Computertomographie

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Gisela Lanza
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Mechanik ; Messsysteme ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 334015749

Immer komplexere Fertigungsprozesse ermöglichen die Herstellung von Bauteilen mit hohen Anforderungen an Maßhaltigkeit und Toleranzen sowie verstärkter Funktionsintegration. Diese weisen oft innere Strukturen und verdeckte Merkmale auf, die für konventionelle taktile Messtechnik nur schwer bzw. nicht mehr zugänglich sind. Gleichzeitig ergibt sich die Forderung nach einem erhöhten Informationsgehalt. Der Einsatz der Computertomographie (CT) in der dimensionellen Messtechnik rückt daher in den Vordergrund, da CT die Möglichkeit zu einer ganzheitlichen und vollständigen Datenerfassung innerer und äußerer Bauteilmerkmale bietet. Die Computertomographie ist ein indirektes Messverfahren, dessen Messergebnis durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst wird. Jedes Messergebnis ist mit einer Messabweichung behaftet, die sich aus zufälligen und systematischen Komponenten zusammensetzt. In Folge der Messabweichungen, deren genauer Wert unbekannt ist, ist jedes Messergebnis mit einer Messunsicherheit belegt. Die vom Anwender beeinflussbaren Aufnahmeparameter, beispielsweise Bauteilorientierung und Bauteilposition sowie Röhrenspannung oder Belichtungsdauer, haben einen signifikanten Einfluss auf das Messergebnis und die dazugehörige Messunsicherheit. Daher ist eine richtige Wahl dieser Parameter von großer Bedeutung. In der industriellen Praxis ist die Wahl geeigneter Aufnahmeparameter abhängig vom persönlichen Erfahrungswissen des Anwenders. Die betreffende Norm (DIN EN 16016) listet mögliche Einflussfaktoren auf, gibt aber nur wenig Auskunft über die richtige Wahl der Aufnahmeparameter, die jeweils bauteil- und messaufgabenspezifisch angepasst werden müssen. Die Wahl der Aufnahmeparameter in der industriellen Computertomographie stellt daher eine große Herausforderung dar. Das vorliegende Vorhaben 'Optimierung von Aufnahmeparametern mittels projektionsbasierter Qualitätskenngrößen in der industriellen Computertomographie' befasst sich deshalb mit der Entwicklung einer Methodik zur automatisierten Einstellung der Aufnahmeparameter mit dem Ziel einer jeweils verringerten messaufgabenspezifischen Messunsicherheit. Zunächst soll der allgemeine Zusammenhang zwischen der Bildqualität von Einzelprojektionen und der jeweiligen Messabweichung der Einzelmessung am rekonstruierten 3D-Volumen in einem Modell quantitativ beschrieben werden. Die für die Modellbildung notwendigen Versuchsdaten sollen im Rahmen systematischer Untersuchungen anhand von bauteilähnlichen Probekörpern aufgenommen werden. Besonders relevant sind dabei die Unterschiede zwischen Maß- und Formabweichungen, die so noch nicht umfassend untersucht wurden. Aus dem Modell soll die zu erstrebende Bildqualität der Einzelprojektionen abgeleitet werden, auf deren Basis dann messaufgabenspezifisch ein bauteil- und geräteabhängiges Set an optimalen Aufnahmeparametern bestimmt wird. Dazu soll eine geeignete Methodik zur automatisierten Optimierung von Aufnahmeparametern entwickelt und validiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen