CT-Technologie von WENZEL

Wie funktioniert die industrielle Computertomographie im Detail?

Industrielle Computertomographie (CT) funktioniert wie die medizinische CT mit Röntgenstrahlen. Während des Scanvorgangs wird der Patient, oder das Messobjekt, von unterschiedlichen Winkeln mit Röntgenstrahlen durchstrahlt. Von einem der Röntgenquelle gegenüberliegenden flächenhaften Detektor werden zweidimensionale Röntgenbilder aufgezeichnet und im Speicher eines Computers abgelegt.

Der wesentliche Unterschied der industriellen CT zur medizinischen CT besteht darin, dass das Objekt gedreht wird, anstatt das gesamte CT-System um den Patienten herum. Der große Vorteil hierbei ist, dass deswegen ein industrielles CT-System deutlich kompakter aufgebaut ist. Hier wird das Messobjekt nur auf einem Drehtisch platziert, anstatt dass ein Patient durch das gesamte CT hindurchgeschoben wird.

In beiden Fällen fungiert der Tomograph als Scanner zur Datenerfassung, der das Messobjekt digitalisiert. Im Speicher des Computers liegt nach dem CT-Scan das Messergebnis vor. Bei dem Messergebnis handelt es sich um zweidimensionale Abbildungen, die zu einem dreidimensionalen Bildstapel zusammengefügt (rekonstruiert) wurden. Dieser Bildstapel lässt sich nun per Software virtuell in beliebigen Richtungen zerschneiden und die Schnittbilder zur Anzeige bringen. Diese Schnittbilder gewähren einen detailreichen Einblick in das Innere des Messobjekts.

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Müssen die Tomographen durch eine Datenanalysesoftware ergänzt werden?

Für die Analyse und Auswertung von Daten wird je nach Anwendungsfall spezifische Software eingesetzt. Welche Software genau, hängt von der jeweiligen Anwendung ab. WENZEL unterstützt die Anwender durch seine hauseigene Software. Je nach Anwendungsfall eignen sich die Software WM | PointMaster 4 CT, oder die Software WM | Quartis einzeln oder in Ergänzung. Darüber hinaus wird durch die Verwendung von Standardschnittstellen alle gängige Software am Markt unterstützt.

Der Schwerpunkt des WM | PointMaster 4 CT von WENZEL, liegt dabei in der CT-Datenvisualisierung und --Auswertung, der Schwerpunkt der WM | Quartis in der produktionsbegleitenden messtechnischen Auswertung von Form- und Lage Toleranzen. Das Besondere Der WENZEL-Software ist es, dass jede WENZEL-Software mit jeglicher WENZEL Hardware zusammenarbeitet. Dies ermöglicht hardwareübergreifende Automationslösungen bei der Verwendung von WENZEL-Hard- und Software. Die Vorteile, welche diese Lösung mit sich bringt, sind ein geringer Schulungsaufwand und schnelle Einarbeitung der Anwender.

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Für welche Anwendungen werden sie am häufigsten eingesetzt?

Der Einsatz der industriellen CT ist sehr vielfältig. Im Bereich der so genannten zerstörungsfreien Prüfung von Materialien, ist es die Aufgabe der CT, Informationen über die innere Struktur eines Materials zu gewinnen. Die Materialanalyse ist insbesondere wichtig, um Fehler im Material eines Bauteils frühzeitig zu erkennen, bevor sie zu einem mechanischen Versagen des Bauteils im Einsatz führen. - Ein enormer Sicherheitsgewinn!

Fehlererkennung und deren Analyse in Materialien ist bei weitem jedoch nicht die einzige Anwendung der CT. Ist ein komplexeres Bauteil einmal aus Einzelteilen zusammengebaut, können im Zusammenspiel der Einzelteile weitere Fehler auftreten, die sich mit CT erkennen lassen.

Damit ist die Anwendung der CT jedoch bei weitem nicht erschöpft. Durch spezielle CT-Geräte, die auf höchste Genauigkeit ausgelegt sind, eröffnen sich weitere Möglichkeiten. Die Aufgabe der Messtechnik in der Qualitätssicherung von produzierenden Unternehmen ist es, die Maßhaltigkeit von Bauteilen zu bewerten. Fehlerhaft produzierte Bauteile lassen sich hierdurch vermeiden, bevor sie in komplexeren Bauteilen eingebaut werden. Ein extrem wichtiger Aspekt zur Kostensenkung in der Produktion.

Der einzigartige Vorteil der CT beim Einsatz in der Messtechnik ist es, dass sie im Vergleich zur herkömmlichen Messtechnik nicht nur die zugängliche Oberfläche erfassen kann, sondern auch alle Bereiche im Inneren des Bauteils. Alle herkömmlichen in der Messtechnik eingesetzten Technologien, wie z.B. optische oder taktile Scanner können keine Bereiche im inneren von Bauteilen erfassen und bewerten. Bei geometrisch komplexeren Bauteilen, oder Bauteilen ausweichen, oder transparenten Materialien, können praktisch nur CT-Scanner als Messysteme eingesetzt werden.

Nicht zuletzt entstehen mit derartigen messtechnischen CT-System in der Kombination mit anderen fertigenden Technologien weitere und auch neue Anwendungsgebiete. Ist nach einem CT-Scan die Geometrie des Bauteils im Speicher des Computers einmal digitalisiert, lassen sich mittels spezieller Software die Daten in die Konstruktion zurückführen. Dieser Prozess ist als „Reverse-Engineering“ bekannt.

Für alle Anwendungsfälle im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung findet bei WENZEL die hauseigenen Software ‚WM | PointMaster 4 CT‘ Anwendung. Wegen ihres modularen Aufbaus ist die Software oft die flexibelste Lösung und darüber hinaus sehr einfach zu bedienen. Es gibt Module mit Schwerpunkt in der CT-Datenauswertung und Visualisierung, sowie Einschluss-/Lunkeranalyse. WM | PointMaster erlaubt sowohl die Bearbeitung von triangulierten Punktewolken als auch die Bearbeitung von CAD-Daten. Im Modul für die Messtechnik können Soll-Ist/Vergleich mit Falschfarbendarstellung durchgeführt werden. Desgleichen gilt für Wandstärkenanalyse oder Bemaßungen. Module zum Reverse-Engineering von CT-Daten sowie Kompensation von Schwund und Verzug für Formen im Gussbereich oder in der Additiven Fertigung, runden die Softwarefunktionalität ab.

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Gibt es andere Strahlungsquellen als Röntgenstrahlen für die Tomographie?

Neben Röntgenstrahlen können auch Neutronenstrahlen oder Gammastrahlen für die Tomographie verwendet werden. Die letzteren jedoch nur vereinzelt in der industriellen Anwendung, wenn es sich um extrem dichte, bzw. sehr große Messobjekte handelt.

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Welche Arten von Objekten oder Materialien können untersucht werden?

Industrielle Tomographie kann eine Vielzahl von Objekten und Materialien untersuchen, einschließlich Metalle, Kunststoffe, Keramiken, Verbundwerkstoffe und mehr. Die Größe, das Gewicht und der Werkstoff sind entscheidend für die Auflösung sowie die Durchdringung. Bevorzugt sind Bauteile aus geringeren Dichten insofern, dass sie sich sehr schnell und in guter Qualität scannen lassen.

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Welche Arten von Defekten können erkannt werden und wie unterscheidet die Technologie zwischen ihnen?

Tomographen können Porosität, Risse, Inhomogenitäten, Einschlüsse und Fremdkörper erkennen. Die Technologie unterscheidet Defekte anhand ihrer Dichte, Form und Position im Material. Die Materialien lassen sich durch ihre Graustufen bzw. Helligkeiten voneinander unterscheiden. Dichtere Bereiche werden heller abgebildet als weniger dichtere Bereiche.

Warum sollte man sich für diese Methode entscheiden und nicht für eine andere zerstörungsfreie Prüfmethode, wie z. B. die Röntgenprüfung oder die Ultraschallprüfung?

Im Vergleich zu anderen zerstörungsfreien Prüfmethoden wie 2D-Röntgenprüfung oder Ultraschallprüfung bietet die Tomographie eine vollständige 3D-Darstellung des Messergebnisses mit der Unterscheidung von Materialien. Dies erlaubt somit die Inspektion von komplexen Bauteilgeometrien mit den Methoden und der Software der Koordinatenmesstechnik. Keine andere zerstörungsfreie Inspektionsmethode kann das bieten.

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Können Tomographen Inspektionsraten gewährleisten, die mit den Produktionsraten der Teile vereinbar sind?

Die CT-Systeme von WENZEL können hohe Inspektionsraten erreichen, die mit den Produktionsraten kompatibel sind. In bestimmten Anwendungsfällen, bei Bauteilen mit geringen Dichten, wie z. B. im Kunststoffbereich, kann Serien / Produktionsbegleitend mit gleicher Rate vermessen werden. Die Zykluszeit für den CT-Scan liegt dabei im Bereich von einigen Minuten, die Zykluszeit pro Teil bei wenigen Sekunden. Palettensysteme für kundenspezifische Anforderungen hinsichtlich des Teiledurchsatzes werden dabei individuell maßgeschneidert.

Die Softwarelösung von WENZEL erlaubt es alle CT-Systeme von WENZEL produktionsbegleitend zur Prozessüberwachung einzusetzen. Besonders hervorzuheben ist ein großer Vorteil für Unternehmen mit Produkten im Medizinbereich. WENZEL unterstützt Medizinprodukthersteller durch eine Zertifizierbarkeit der Software für die Prozessüberwachung nach den US-amerikanischen FDA („Food and Drug Administration“) Regularien.

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Was bietet WENZEL in diesem Bereich an?

Die WENZEL Group GmbH & Co. KG, als langjähriger Hersteller von hochgenauen taktilen Koordinatenmessgeräten und schnellen optischen Scannern, bietet messtechnisch kalibrierfähige industrielle Röntgen-Computertomographen. Genau hierfür wurden die verschiedenen WENZEL exaCT-Modelle entwickelt. Alle exaCT-Modelle zeichnen sich durch höchste Röntgenleistung auf kleinster Stellfläche aus und überzeugen durch eine einfache und sichere Bedienung. Je nach Bedarfsfall findet eine Lösung Anwendung, vom Tischgerät exaCT S bis zum Universalgerät exaCT U mit 300kV.

Das exaCT S Tischmodell, ist ein einfach zu bedienendes mikrofokus-CT-Gerät, ausgestattet mit einer langzeitstabilen und hochauflösendes Röntgenquelle. Es überzeugt mit höchster Auflösung von rund 3.5 µm, einer messtechnischen Kalibrierfähigkeit mit einer Genauigkeit, MPEE, von 6.9 µm und einer bestechenden Röntgenleistung von 130 kV. Ohne die Notwendigkeit von sekundären Anschlüssen, wie Wasser oder Druckluft, findet das Gerät überall da Anwendung, wo herkömmliche CTs einfach zu groß und zu schwer sind, bei kleineren Messobjekten oder engen Raumverhältnissen. Ein günstiger Betrieb mit einjährigen Wartungsintervallen rundet die Vorteile des Geräts ab.

Im Bereich der mittelgroßen exaCT-Systeme erlauben die flexibel ausstattbaren Modelle exaCT M und exaCT L, Konfigurationen für Röntgenröhren mit 150 kV für hohe Auflösung, oder 225 kV für hohe Leistung. Das Mikrofokussystem exaCT L 150 erreicht dabei Auflösungen im Bereich von wenigen Mikrometern ca. zwischen 3.5 µm – 4 µm. Beim exaCT M 225, und dem exaCT L 225, überzeugen die extrem hohen Röntgenleistungen mit bis zu maximal 225kV und 1600W. Ergänzt werden die Systeme durch eine Palette von schnellen Detektoren bis hin zu 3k-Auflösung.

Das Universalgerät exCT U ist wahlweise mit 225 kV oder 300 kV Mikrofokus-Röntgenröhren ausstattbar. Die Modellreihe ist nach ISO 10360 / VDI2670 kalibrierfähig und erreicht nicht nur Auflösungen im unteren Mikrometerbereich, sondern auch eine kalibrierte Genauigkeit im Bereich von MPEE rund 10 µm. Unterschiedliche hochauflösende oder schnelle 4k-/3k- Detektoren sind auf Kundenwunsch erhältlich. Der exaCT U ist ebenso ist für schnelle Be- und Entladungen mit zwei Türen erhältlich.

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