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Neuer Metrologischer 3-D-Röntgencomputertomograf Zeiss Metrotom 1500 für die geometrische Messtechnik am Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik

Die Röntgencomputertomografie (CT) findet in der Industrie vermehrt Anwendung im Bereich der geometrischen Messtechnik. Ein Messobjekt wird dabei mit Hilfe von Röntgenstrahlung aus verschiedenen Orientierungen durchstrahlt, aus den Durchstrahlungsbildern ein 3-D-Datensatz mit Absorptionsgraden rekonstruiert und aus diesem die Oberflächen und Grenzflächen des Messobjekts für weitere Auswertungen extrahiert. Als weitgehend alternativlose zerstörungsfreie Methode bei der Beurteilung innenliegender Strukturen von Bauteilen sind die Bestrebungen hoch, die Genauigkeit geometrischer Messungen, zum Beispiel bei der Bestimmung von Längen, Abständen und Winkeln, zu erhöhen. Am Messzentrum des Lehrstuhls für Fertigungsmesstechnik wurde Ende Mai / Anfang Juni 2017 der industrielle Computertomograf „METROTOM 1500“ Computertomograf „METROTOM 1500“ der Firma Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH installiert, welcher – gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG – die Forschungskapazitäten des Lehrstuhls, des Departments Maschinenbau und der Technischen Fakultät im Bereich der Fertigungsmesstechnik deutlich erweitert und hilft, neues Grundlagenwissen zu erarbeiten. Durch das maximale Messvolumen von Ø 300 mm x 350 mm und die hohe Beschleunigungsspannung der Röntgenquelle von bis zu 225 kV vergrößert die Neuanschaffung das messbare Bauteil- und Werkstoffspektrum. So lassen sich beispielsweise auch komplexe Metallbauteile vollständig und schnell erfassen. Das System ermöglicht Messungen von Strukturen, welche taktil oder optisch nicht oder nur schwer zugänglich sind – zum Beispiel innere Strukturen. Die Messgenauigkeit des Systems wurde entsprechend der VDI/VDE 2630 Blatt 1.3 mit Abnahmemessungen an einem kalibrierten Mehrkugeldistanznormal nachgewiesen. Ein innovatives Konzept zur flexiblen Werkstückorientierung mit einem integrierten Hexapoden und geplante begleitende Simulationen des Messprozesses ermöglichen grundlagenbasierte Forschung, welche wertvolle Beiträge zur Etablierung und Weiterentwicklung der industriellen CT liefern werden. Das System wird in folgenden Forschungsprojekten und zur Bearbeitung nachfolgend genannter Forschungsthemen eingesetzt werden:

  • DFG Sonderforschungsbereich Transregio 73 „Blechmassivumformung“,
  • DFG Sonderforschungsbereich 814 „Additive Fertigung“,
  • Forschergruppe FORTol – „Prozessorientiertes Toleranzmanagement mit virtuellen Absicherungsmethoden“,
  • European Metrology Programme for Innovation and Research (EMPIR) 15HLT09 Verbundprojekt MetAMMI “Metrology for additively manufactured medical implants”,
  • Bestimmung der metrologischen Strukturauflösung von Computertomografen,
  • Verbesserung von dimensionellen CT-Messungen durch simulationsbasierte Optimierung der Durchstrahlungstrajektorie,
  • Bestimmung der Messunsicherheit von CT-Messungen mit Hilfe von Simulationen,
  • referenzfreie Beurteilung der Güte von computertomografisch ermittelten Oberflächenpunkten und Bestimmung der Einzelpunktunsicherheit.