Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 11/2016, 11.11.2016

Prüfspektrum deutlich ausgeweitet

Die Qualitech AG ist der führende Dienstleister für Materialprüfungen, Schadens- und Werkstoffanalysen sowie Schweissengineering in der Schweiz. Um zukünftige komplexe Kundenwünsche erfüllen zu können, hat das Unternehmen im Frühjahr 2016 sein Dienstleistungsspektrum um einen der modernsten und auch grössten industriellen Computertomographen der Schweiz erweitert.

Autor: Daniel Galsterer , CTO und Leiter Industrielle Computertomographie, Qualitech AG

Mit dem modular zusammengestellten Computertomographen können bei der Qualitech AG in Mägenwil sowohl sehr grosse Bauteile wie beispielsweise gegossene Zylinderköpfe oder grosse Verbundstrukturen bis 2 m Höhe und etwa 880 mm Durchmesser analysiert werden; aber auch sehr kleine Bauteile, beispielsweise Teile aus der Medizinaltechnik oder Elektronik, lassen sich hochauflösend darstellen.

Dazu besteht die Anlage aus zwei unterschiedlichen Röntgenröhren mit 225 kV und 600 kV sowie zwei Detektoren (Flachbilddetektor und Zeilendetektor). Das System steht auf einer Granitbasis, um auch in 2 m Scanhöhe eine Ortsauflösung von bestenfalls 15 µm realisieren zu können. Für die 11 t-Anlage wurde eigens ein Strahlenschutzbunker in Mägenwil gebaut. Die Gesamtinvestition betrug etwa CHF 2,5 Mio.

Die industrielle Computertomographie (iCT) ist eine Weiterentwicklung der gängigen Projektionsradiographie. Die Projektionsradiographie oder Durchstrahlungsprüfung wird verwendet, um Bauteile einer Volumenprüfung zu unterziehen und mögliche Fehlstellen wie Porosität oder Risse darzustellen.

Dazu wird das Bauteil zwischen einer Strahlenquelle (Röntgenröhre) und einem geeigneten Detektor positioniert. Die Röntgenstrahlung wird bei der Durchdringung des Bauteils abgeschwächt, und Unterschiede in der Röntgenschwächung werden als eine Art Schattenwurf auf Film, Speicherfolie oder digitalen Detektor dargestellt.

Bedingt durch die Projektionsbildgebung gehen räumliche Informationen in Strahlrichtung verloren. Die Gefahr besteht, dass vor allem bei komplexen Bauteilen in dieser Raumrichtung Geometrieunterschiede mit Fehlern oder Inhomogenitäten überlagern und somit nicht erkannt werden.

Bei einer iCT rotiert das Bauteil um 360 °, und es können bis zu 3000 Projektionsaufnahmen, abhängig vom Bauteil und Aufnahmemodus, aufgenommen werden. Diese Projektionsaufnahmen werden zu einem 3D-Volumenmodell rekonstruiert, das aus sogenannten Voxeln (Volumenbildpunkten) besteht. Jedes dieser Voxel besitzt eine spezifische Graustufe, welche ihrerseits abhängig ist vom Röntgenschwächungskoeffizienten des Materials in genau diesem Volumenbereich. Somit ermöglicht die iCT zerstörungsfrei und innerhalb kurzer Zeit ein digitales Abbild des Ist-Zustandes eines Objektes zu generieren. Im Nachhinein kann der gewonnene Datensatz spezifisch analysiert werden, wodurch ein direkter Vergleich mit dem Soll-Zustand möglich ist.

Die Anwendungsmöglichkeiten der industriellen Computertomographie sind enorm. Der erzeugte 3D-Datensatz kann hinsichtlich Defekten wie beispielsweise Porosität, Risse oder Delaminationen ausgewertet werden. Neben der räumlichen Position dieser Defekte erhält man Daten wie Gesamtporosität, Porenvolumen, Porengrösse, Anzahl der Poren, Projektionsfläche der Poren oder Abstände der Defekte zu Bezugsflächen. Die Defekte können farbcodiert im Volumen oder im Querschnitt dargestellt werden. Somit lässt sich beispielsweise der Giessprozess von Metallen, das Spritzgiessen von Polymeren oder das Laminieren von Faserverbundwerkstoffen schnell und detailliert auswerten und mit der gewonnenen Erkenntnis, falls notwendig, optimieren.

Gegenüber taktilen oder optischen Messmethoden bietet die industrielle Computertomographie auch hinsichtlich Metrologie (Messtechnik) einige entscheidende Vorteile. So ist es möglich, innere Strukturen zu bemassen, welche taktil oder optisch nicht zugänglich sind. Es können einzelne Masse genommen oder das Bauteil komplett mit einem CAD-Datensatz (Soll-Wert) verglichen werden.

Formabweichungen oder Wandstärkenunterschiede lassen sich übersichtlich am 3D-Volumen oder Schnittbild farbcodiert darstellen. Dadurch entfällt das aufwendige Trennen der Bauteile, um innere Strukturen zu bemassen.

Ein Bereich der Metrologie stellt das Reverse Engineering dar. Besitzt der Anwender keine technische Zeichnung oder anderweitige Formangaben zum Werkstück, so ist es möglich, anhand eines CT-Scans ein Oberflächenmodell als STL-File zu generieren, welches beispielsweise als Basis für Additive Manufacturing verwendet werden kann. Auch zusammengesetzte Bauteile wie Steckverbindungen oder elektronische Schaltungen können ohne Demontage geprüft werden, die sogenannte Assembly Analyse.

So erkennt man schnell, ob es zu einer Verschiebung einer Dichtung, einem unterbrochenen Kontakt oder sonstigen Defekten gekommen ist. Mit einer Demontage des Bauteils wäre dies aufgrund der Zustandsänderung nur schwer verifizierbar.


Qualitech AG
5506 Mägenwil, Tel. 062 889 69 69
qualitech@qualitech.ch



Die industrielle Computertomographie (iCT) ermöglicht Einblicke in Bauteile, die mit konventionellen Prüf- oder Messverfahren kaum realisierbar sind. (Bilder: Qualitech)


Prinzip einer CT-Messung: Es können beispielsweise Defekte erkannt und ausgewertet als auch Masse genommen werden.


Ergebnis eines iCT-Scans: Die Bilder zeigen eine farbcodierte Darstellung der Lunkervolumen und deren Position im Bauteil.

Am Rande bemerkt

iCT und additive Fertigung

Im Rahmen des «Professional 3D-Printing»-Forums zur Prodex/Swisstech hält Daniel Galsterer am 16. November, 12.00 Uhr, einen Vortrag zum Thema: «Computertomografie und 3D-Printing: Wie moderne Prüf- und Messtechnik die 3D-Printing-Welt beeinflussen kann.»