Der Röntgenblick

Artikel vom 27. September 2019 

Bauteile zerstörungsfrei prüfen

Ein komplizierter Knochenbruch am Bein, ein Zahnimplantat oder Beschwerden an der Wirbelsäule: In der Medizin kommt der Computertomograph, kurz CT, häufig zum Einsatz, um Querschnittsaufnahmen des menschlichen Körpers zu erstellen. Das erleichtert Diagnose und Behandlung. Auch in der Industrie wird das CT verwendet. Es zeigt zerstörungsfrei das Innere von Bauteilen – was sowohl der Qualitätssicherung als auch der Rekonstruktion von Komponenten zu Gute kommt.

Ein bekannter Anblick in Arztpraxen und Krankenhäusern: Das CT. Mit dem Gerät lassen sich allerdings nicht nur Knochen und Organe analysieren. Auch in der Industrie spielt es eine große Rolle, um sich ein detailliertes Bild der inneren Strukturen von Bauteilen zu machen – ohne sie zu demontieren oder zu zerstören.

Messen, analysieren und rekonstruieren

Ein Haupteinsatzgebiet ist die Qualitätssicherung und Messtechnik. Mit dem CT kann zum Beispiel die Gussqualität von Aluminiumgussteilen bestimmt und die Porosität überprüft werden, außerdem lassen sich die geometrischen Abmessungen der Bauteile ermitteln. Bei Spritzgussbauteilen aus Kunststoff wird zusätzlich bewertet, ob ein Verzug vorliegt. Auch ganze Bauteilgruppen können untersucht werden, um beispielsweise zu beurteilen, ob die Feder richtig eingebaut ist oder die Dichtung funktioniert.

Ein weiteres Gebiet ist das sogenannte „Reverse Engineering“ (DE: Nachkonstruktion), bei dem Komponenten rekonstruiert werden, zu denen kein CAD-Modell vorliegt. Das CT erstellt sogenannte STL-Daten der Bauteile. Das STL-Format beschreibt die Oberfläche der analysierten Teile in Form von Dreiecken. Diese können in der Konstruktion zum Erzeugen neuer CAD-Modelle mit Regelgeometrien verwendet werden.

Das STL-Format stellt die Oberfläche von 3D-Körpern anhand von Dreiecken dar. Aus den STL-Dateien können CAD-Modelle von Bauteilen erstellt werden, zu denen noch keine existieren.
Das STL-Format stellt die Oberfläche von 3D-Körpern anhand von Dreiecken dar. Aus den STL-Dateien können CAD-Modelle von Bauteilen erstellt werden, zu denen noch keine existieren.

Der volle Durchblick mit einem Scan

Das CT nimmt eine Vielzahl von 2D-Röntgenaufnahmen auf. Anschließend wird aus den Daten am Computer das dreidimensionale Volumen berechnet. Dabei können störende Artefakte (Verfälschungen) entfernt werden. Ein mit dieser Technik erzeugtes Volumen ist im Vergleich zum überlagerten Röntgenbild übersichtlicher und kann Schicht für Schicht dargestellt werden.

Röntgenquelle und Detektor sind fest im CT positioniert und nur das Untersuchungsobjekt wird um 360 Grad gedreht. Ein Knackpunkt ist die Halterung: Sie darf den Röntgenstrahl nicht stören, muss die Komponente aber gleichzeitig sehr fest fixieren. Schon wenn sich das Bauteil um Mikrometer bewegt, ist die Messung verfälscht.

Die analysierten Bauteile haben eine sehr unterschiedliche Größe – von wenigen Millimetern bis hin zu mehreren Metern. Die Halterung muss genau darauf abgestimmt sein, damit nichts verrutscht.
Die analysierten Bauteile haben eine sehr unterschiedliche Größe – von wenigen Millimetern bis hin zu mehreren Metern. Die Halterung muss genau darauf abgestimmt sein, damit nichts verrutscht.

Eine weitere Herausforderung: Die Bauteile bestehen häufig aus ganz verschiedenen Materialen. Bei einem Multimaterialmix – wie einem Messingbauteil mit einer Gummidichtung – benötigt man ein zusätzliches Softwaretool, um das Volumen nachzuberechnen und Artefakte in der Aufnahme zu minimieren.

Das CT im Einsatz bei Festo

Bei Festo kommt das CT unter anderem im Neuheitenentstehungsprozess zum Einsatz. Bevor neue Komponenten oder Änderungen in Serie gehen, werden CT-Analysen durchgeführt. Es wird untersucht, ob die Bauteile die vorgegebenen Eigenschaften und Qualitätsanforderungen erfüllen – beispielsweise ob die Gussqualität stimmt oder ob eine Optimierung durchgeführt werden muss.

Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Analyse defekter Bauteile. Tritt zum Beispiel Leckage auf, wird mit dem CT das Leck gesucht – vielleicht ist der Gussdeckel porös oder die Gummidichtung liegt nicht richtig. Auch bei Kundenreklamationen kommt das Gerät zum Einsatz. Der große Vorteil hier: Man kann die Komponenten zerstörungsfrei analysieren, bevor man gleich sehr aufwendig und unwiederbringlich das ganze Produkt demontiert.