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Das Förderprojekt CTSimU2 baute auf den Ergebnissen des Projektes CTSimU auf. Dieses Vorprojekt erarbeitete ein (Basis-)Qualifizierungsframework für Simulationssoftwares zur Anwendung bei der Röntgen-CT für dimensionelle Messungen. Dabei stand die ausreichende physikalische Korrektheit der Durchstrahlungssimulation im Vordergrund. Für die realitätsnahe Simulation einer CT-Anlage in einer Simulationssoftware (Digitales Modell) ist jedoch nicht nur die Korrektheit der Simulationssoftware selbst, sondern auch die Güte der Parametrisierung des realen CT-Systems in der Simulationssoftware entscheidend – dies stellte den Ausgangspunkt dar. Die Parametrisierung eines CT-Systems in einer Simulationssoftware lässt sich in vier Schritte unterteilen: nach der Datenaufnahme am realen CT-System folgt die Auswertung der aufgenommenen Daten für die Generierung allgemeiner Parameterangaben. Als letztes folgte die Übertragung der Parameter in die spezifischen Simulationssoftwares und die Validierung der resultierenden Simulationsparameter. Die Methodik der Datenaufnahme am CT und die Auswertung der Daten wurde in einem Werkzeugkasten allgemein beschrieben. Der dritte Schritt, die Umsetzung der Parameter, war softwarespezifisch und wurde beispielhaft mit den vorhandenen Simulationssoftwares durchgeführt. Die Validierung der Parameter war standardisierbar und konnte durch den entwickelten Test geleistet werden, auf dessen Basis die ausreichend korrekte Simulation einer realen Anlage beurteilt werden konnte. Endresultat des Projektes war ein Richtlinienentwurf (z. B. VDI/VDE 2630) zu diesem Test, der einen informativen Annex zum Stand der Technik bezüglich der Möglichkeiten zur Parameterbestimmung enthält. Mit einer Simulationssoftware, die die Basisqualifizierung aus CTSimU bestanden hat und einen Parameterdatensatz für ein reales CT-System enthält, der den Test aus CTSimU2 bestanden hat, können realistische Simulationen dieses CT-Systems möglich sein.
Die industrielle Computertomographie (CT) ist ein gut bekanntes Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken. In den letzten Jahren wird die CT aber zunehmend auch für dimensioneile Messungen von Werkstücken eingesetzt. Der wesentliche Vorteil der CT liegt in der Kompletterfassung mit hoher Messpunktdichte, die auch für andere Messverfahren unzugängliche, innere Geometrien einschließt. An kleinen Bauteilen können Strukturen bis herunter zu wenigen Mikrometern gemessen werden, wodurch sich das Verfahren gut für die Messung von Mikroteilen eignet. Nachteilig ist, dass viele Einflussgrößen das Messergebnis beeinflussen, was die Rückführung der Messergebnisse, die Bestimmung der Messunsicherheit und die Definition von Spezifikationen für CT-Anlagen erschwert.
Der Beitrag stellt nach einer Einführung in das Verfahren Anwendungsbeispiele der CT an Mikroteilen vor. Darüber hinaus geht der Beitrag auf Prüfkörper und -verfahren zur Einmessung und Überprüfung von CT-Anlagen ein und berichtet über aktuelle Normungsaktivitäten. Abschließend werden Möglichkeiten zur weiteren Steigerung der Auflösung aufgezeigt, um zukünftig möglicherweise auch Nanogeometrien messen zu können.
Ziel des Vorhabens ist die hochgenaue und vollständige Erfassung innerer und äußerer Geometrien von Mikrobauteilen mittels Mikro-Computertomographie (µCT). Industriell wichtige Mikrobauteile sind z.B. Einspritzsysteme, Festplattenkomponenten oder Instrumente für die minimal-invasive Chirurgie. Typische Bauteilgrößen liegen hier im Bereich 0,1 mm - 100mm; typische zu messende Strukturen haben Größen von 0,5 µm - 500 µm. Mit klassischen Methoden der Messtechnik ist eine schnelle und hochgenaue Erfassung der gesamten Oberfläche von Mikrobauteilen bisher kaum möglich. Innenstrukturen von Mikrobauteilen können mit keiner optischen oder taktilen Messtechnik zerstörungsfrei gemessen werden. Diese Einschränkungen sollen mittels hochgenauer µCT überwunden werden. Hierzu soll der Messprozess simuliert werden, um die Anwendung von Korrekturverfahren zur Genauigkeitssteigerung zu ermöglichen. CT-Messungen an kalibrierten Mikroprüfkörpern sollen die Korrekturverfahren verifizieren. Für die Kalibrierung der Prüfkörper sollen Multisensor-Verfahren entwickelt und getestet werden. Diese sollen es erlauben, Prüfkörper gleichzeitig hochgenau und mit großer Messpunktdichte zu kalibrieren. Es ist geplant, die an Prüfkörpern erreichten Messunsicherheiten und Auflösungen zum Projektabschluss an realen, industriellen Mikrobauteilen (z.B. Mikrozahnrädern) messtechnisch nachzuweisen.
Phasenkontrastmessungen haben sich als hilfreich bei der
Kantenfindung von Strukturen mit nur geringem Absorptionskontrast erwiesen.
Solche Messungen können besonders gut mit monochromatischer Röntgenstrahlung
hoher räumlicher Kohärenz durchgeführt werden, wie sie bei der Synchrotron-
Computertomographie (SY-CT) benutzt wird. Nachteilig wirken sich allerdings die
Phasenverschiebung des Synchrotronstrahls über das Strahlprofil und damit die
Kantenverbreiterung in den zu untersuchenden Strukturen aus. Daher ist ein
dimensionelles Messen mit normalen Rekonstruktionsverfahren nicht möglich. In
der vorliegenden Arbeit werden neue Filterverfahren zur Korrektur der
Phasenverschiebung unter Beibehaltung des erhöhten Kontrastes bei der
Rekonstruktion angewandt, um ausgewählte einkomponentige Referenzobjekte
hinsichtlich der dimensionellen Messeigenschaften zu untersuchen. Als Referenz
werden rückgeführte Messungen mit taktilen Koordinatenmessmaschinen
herangezogen. Die Untersuchungen wurden im freien Strahl durch Variation des
Abstandes zwischen Objekt und Detektor am Strahlrohr der BAM am Helmholtz-
Zentrum Berlin für Materialien und Energie - Speicherring BESSY II durchgeführt.