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Numerical measurement uncertainty evaluation for X-ray computed tomography using simulations – A first approach to build a digital twin

  • The ability of industrial X-ray computed tomography (CT) to scan an object with several internal and external features at once causes increasing adoption in dimensional metrology. In order to evaluate the quality of a measurement value, the task-specific measurement uncertainty has to be determined. Currently, VDI/VDE 2630 part 2.1 gives a guideline to determine the uncertainty of CT measurements experimentally by conducting repeated measurements. This is costly and time-consuming. Thus, the aim is to determine the task-specific measurement uncertainty numerically by simulations (e. g. according to the guide to expression of uncertainty in measurement (GUM) Supplement 1). To achieve that, a digital twin is necessary. This contribution presents a simple first approach how a digital twin can be built. In order to evaluate this approach, a study comparing measurements and simulations of different real CT systems was carried out by determining the differences between the measurementThe ability of industrial X-ray computed tomography (CT) to scan an object with several internal and external features at once causes increasing adoption in dimensional metrology. In order to evaluate the quality of a measurement value, the task-specific measurement uncertainty has to be determined. Currently, VDI/VDE 2630 part 2.1 gives a guideline to determine the uncertainty of CT measurements experimentally by conducting repeated measurements. This is costly and time-consuming. Thus, the aim is to determine the task-specific measurement uncertainty numerically by simulations (e. g. according to the guide to expression of uncertainty in measurement (GUM) Supplement 1). To achieve that, a digital twin is necessary. This contribution presents a simple first approach how a digital twin can be built. In order to evaluate this approach, a study comparing measurements and simulations of different real CT systems was carried out by determining the differences between the measurement results of the digital twin and of the measurement results of the real-world CT systems. The results have shown a moderate agreement between real and simulated data. To improve on this aspect, a standardized method to characterize CT systems and methods to implement CT parameters into the simulation with sufficient accuracy will be developed.zeige mehrzeige weniger
  • Die industrielle Röntgencomputertomografie (CT) wird durch ihre Fähigkeit, ein Messobjekt mit unterschiedlichen inneren und äußeren Merkmalen auf einmal zu messen, immer häufiger auch in der dimensionellen Messtechnik eingesetzt. Um die Güte eines Messwertes beurteilen zu können, muss die aufgabenspezifische Messunsicherheit ermittelt werden. Mit der Richtlinie VDI/VDE 2630 Blatt 2.1 kann derzeit die aufgabenspezifische Messunsicherheit von CT-Messungen experimentell durch eine Vielzahl an Wiederholmessungen ermittelt werden. Diese Vorgehensweise ist allerdings kosten- und zeitintensiv. Daher wird die Bestimmung der aufgabenspezifischen Messunsicherheit numerisch durch Simulationen angestrebt (z. B. Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen (GUM) Supplement 1). Um dieses Ziel zu erreichen, ist es notwendig, einen Digitalen Zwilling von der Messung mit dem verwendeten CT-System zu erstellen. Dieser Beitrag stellt einen ersten Ansatz zur Erstellung eines Digitalen Zwillings vor.Die industrielle Röntgencomputertomografie (CT) wird durch ihre Fähigkeit, ein Messobjekt mit unterschiedlichen inneren und äußeren Merkmalen auf einmal zu messen, immer häufiger auch in der dimensionellen Messtechnik eingesetzt. Um die Güte eines Messwertes beurteilen zu können, muss die aufgabenspezifische Messunsicherheit ermittelt werden. Mit der Richtlinie VDI/VDE 2630 Blatt 2.1 kann derzeit die aufgabenspezifische Messunsicherheit von CT-Messungen experimentell durch eine Vielzahl an Wiederholmessungen ermittelt werden. Diese Vorgehensweise ist allerdings kosten- und zeitintensiv. Daher wird die Bestimmung der aufgabenspezifischen Messunsicherheit numerisch durch Simulationen angestrebt (z. B. Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen (GUM) Supplement 1). Um dieses Ziel zu erreichen, ist es notwendig, einen Digitalen Zwilling von der Messung mit dem verwendeten CT-System zu erstellen. Dieser Beitrag stellt einen ersten Ansatz zur Erstellung eines Digitalen Zwillings vor. Um diesen anschließend zu testen, wurden in einem ersten Test mehrere CT-Scans auf verschiedenen Anlagen durchgeführt und anschließend anhand der verfügbaren Parameter simuliert. Um die Qualität des jeweiligen Digitalen Zwillings einschätzen zu können, wurden die Abweichungen der resultierenden Messwerte von ihren jeweiligen Sollwerten miteinander verglichen. Die Ergebnisse zeigten eine bedingte Übereinstimmung zwischen realen und simulierten Daten. Um diese zu verbessern, wird eine standardisierte Methode zur Charakterisierung der realen CT-Systeme angestrebt. Darüber hinaus sollten Methoden entwickelt werden, die Charakterisierungsparameter in einer Simulationsumgebung hinreichend genau umzusetzen.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:T. ReuterORCiD, David PlotzkiORCiD, F. Borges de OliveiraORCiD, F. Wohlgemuth, F. BauerORCiD, F. Ballach, W. Kimmig, G. Wagner, C. Watzl, D. Weiß, T. HausotteORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Deutsch):tm - Technisches Messen
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.5 Röntgenbildgebung
Verlag:De Gruyter
Verlagsort:Berlin
Erste Seite:1
Letzte Seite:16
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Freie Schlagwörter:Computed tomography; Digital twin; Measurement uncertainty; Simulation
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
DOI:10.1515/teme-2022-0025
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:03.08.2022
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:03.08.2022
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