Möglichkeiten und Grenzen der modernen Computertomographie
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- Martin Abel
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1 Möglichkeiten und Grenzen der modernen Computertomographie Neckarsulm, Michael Ulbricht Area Sales Manager Süd Agenda 1. Historie der Computertomographie 2. Funktionsweise und Vorteile der Computertomographie 3. Schwierigkeiten bei der messtechnischen Verwendung 4. Applikationsbeispiele 5. Grenzen der Computertomographie 1
2 Historie der Computertomographie 1 Entdeckung der Röntgenstrahlung durch W.C. Röntgen 1895 Mathe. Grundlagen für die Rekonstruktion eines 3- dimensionalen Objekts durch Radon 1917 Publikation zur Dichtemessungeinzelner Punkte im Volumen durch Allen M. Cormack Prototyp des ersten Computertomgraphendurch Godfrey N. Hounsfield Historie der Computertomographie 2 Erste Bilder anatomischer Hirnscheiben Scandauer: 9 Std. Reko.-dauer: 2,5 Std Enorme technolgische Fortschritte. Scanzeitsinkt bei deutlich besserer Bildqualität 1973 Erste Scans Untersuchungen an Helicopterrotorblätter durch MBB im Klinikum MUC Inbetriebnahme der ersten industriellen CT- Anlage bei Mercedes in Stuttgart
3 Agenda 1. Historie der Computertomographie 2. Funktionsweise und Vorteile der Computertomographie 3. Schwierigkeiten bei der messtechnischen Verwendung 4. Applikationsbeispiele 5. Grenzen der Comptutertomographie Funktionsweise und Vorteile der Computertomographie Was sind Röntgenstrahlen? Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Wellen Ihre Wellenlänge bewegt sich zwischen 0,001 und 1 nm 3
4 Funktionsweise und Vorteile der Computertomographie Erste kommerzielle Röntgenröhren W.D. Coolidge General Electric New York 1913 Heated Tungsten Wire X-ray Tube Coolidge Tube Verwendete einen Heizdraht aus Wolfram (Glühlampe) und formte damit einen Elektronenstrahl in einem evakuierten Glaskolben. Funktionsweise und Vorteile der Computertomographie Kontrast oder was wird im Röntgenbild dargestellt? I 0 I = I 0 e µ x µ = µ ( x, y, z; Z, E ph) (linearer) Schwächungskoeffizient Röntgenbilder zeigen die unterschiedliche Schwächung der Strahlen nach dem Durchdringen verschieden dichter Objektareale. 4
5 1 Wolfram (W) Kugelschreiber Scanparameter 150 kv 20 µa Kontrastanhebung Messing (Cu, Zn) Kunststoffe (C, H, O, N,...) Demonstration von Material-und Dickenkontrast am Beispiel Kugelschreiber. Funktionsweise und Vorteile der Computertomographie V.E. Cosslett W.C. Nixon Cambridge 1951 X-ray Shadow Microscope Nature 10 (1951) S.24 ff. The X-ray shadow microscope 5
6 Funktionsweise und Vorteile der Computertomographie Microfocus vs. nanofocus Funktionsweise und Vorteile der Computertomographie Auflösung Einfluss des Brennflecks: Ø 2.5 µm Ø 1.5 µm Ø 0.8 µm 2 µm bars 2 µm bars 0.6 µm bars 6
7 Funktionsweise und Vorteile der Computertomographie Aufnahme: Fächerstrahl von 2D Projektionen bei schrittweiser Rotation Schrittweite < 1 Funktionsweise und Vorteile der Computertomographie Beispiel: Zündkerze Projektion Inversion log + filter Linienprofil Aufnahme von 600 Projektionen 600 Rückprojektionen Rück-projektion 3D Visualisierung 7
8 Funktionsweise und Vorteile der Computertomographie Größen, welche die Auflösung des Gesamtsystems beinflussen: Voxelgröße V=P/M Brennfleckgröße F Mechanik M=FDD/FOD Die Brennfleckgröße F ist die entscheidende Limitierung der Auflösung. GE phoenix x-ray Produktportfolio nanome x CT nanotom m v tome x s nanotom s v tome x m v tome x L 300 v tome x L 450 8
9 Agenda 1. Historie der Computertomographie 2. Funktionsweise und Vorteile der Computertomographie 3. Schwierigkeiten bei der messtechnischen Verwendung 4. Applikationsbeispiele 5. Grenzen der Comptutertomographie 6. Resümee Schwierigkeiten bei der messtechnischen Verwendung Defektanalyse Dimensionelles Messen 9
10 Schwierigkeiten bei der messtechnischen Verwendung Process flow 1. CT Volume data 2. Surface 3. CAD Data 4. Alignment 5. Comparison / Measurements Schwierigkeiten bei der messtechnischen Verwendung Process flow 1. CT Volume data 2. Surface 3. CAD Data 4. Alignment 5. Comparison / Measurements 10
11 Schwierigkeiten bei der messtechnischen Verwendung Process flow 1. CT Volume data 2. Surface 3. CAD Data 4. Alignment 5. Comparison / Measurements Schwierigkeiten bei der messtechnischen Verwendung Process flow 1. CT Volume data 2. Surface 3. CAD Data 4. Alignment 5. Comparison / Measurements 11
12 Schwierigkeiten bei der messtechnischen Verwendung Process flow 1. CT Volume data 2. Surface 3. CAD Data 4. Alignment 5. Comparison / Measurements +300µm above CAD -300µm below CAD Al casting: CT vs. CMM Al Cylinderhead model by ACTech GmbH, Germany CT system: phoenix v tome x m 300 in air conditioned environment Reference system: Hexagon Metrology/Leitz PMM in certified measurement room class 1 Comparison of ~20 features distances, diameters 12
13 Al Casting: distances comparison Distances Feature tactile DKD value CT value Dev CT-tactile 1. Z09A-Z09B-A 64, ,0041 0, Z09A-Z10A-A 20, ,0056-0, Z09B-Z10A-A 68, ,0088 0, Z13A-Z13B-A 88, ,4332 0, Z10A-Z13B-A 100, ,6476-0,007 Al Casting: diameter comparison Diameters Feauture tactile DKD value CT value Dev CT-tactile 1. Z09A-DM 3,5963 3,5956-0, Z09B-DM 3,5974 3,5952-0, Z10A-DM 3,5962 3,5959 0, Z10B-DM 3,5949 3,5930-0, Z13A-DM 6,0153 6,0194 0, Z13B-DM 6,0162 6,0197 0, Z14-DM 7,0033 7,0083 0,004 13
14 Agenda 1. Historie der Computertomographie 2. Funktionsweise und Vorteile der Computertomographie 3. Schwierigkeiten bei der messtechnischen Verwendung 4. Applikationsbeispiele 5. Grenzen der Comptutertomographie 1 Lamdasonde Volumendaten Falschfarben 8 Geometrie der Montage. 8 Zustand der eigentlichen Sonde(blau) 8 Fehleranalyse 14
15 2 Lamdasonde Volumendaten Falschfarben 8 Geometrie der Montage. 8 Zustand der eigentlichen Sonde(blau) 8 Kontaktierungen 3 Leuchtdiode 25 microns CT-Slice 8 Die feinsten dargestellten Details liegen bei 2-3 µm 8 Auch die Beschichtung der Anschlüsse ist sichtbar 15
16 4 Leuchtdiode 3D Volumen Falschfarben 8 Die verschiedenen Materialien(Au, Cu, Si) sind segmentiert 8 Die Abdrücke der Bondkapillare sind zu erkennen 5 Leuchtdiode 3D Volumen Falschfarben 8 Die verschiedenen Materialien(Au, Cu, Si) sind segmentiert 8 Die Abdrücke der Bondkapillare sind zu erkennen 16
17 Agenda 1. Historie der Computertomographie 2. Funktionsweise und Vorteile der Computertomographie 3. Schwierigkeiten bei der messtechnischen Verwendung 4. Applikationsbeispiele 5. Grenzen der Comptutertomographie Grenzen der Computertomographie - Nicht vollständig durchstrahlbares Material (hohe Ordnungszahl) - Ungünstiger Materialmix schwach absorbierendes Material umgibt sehr stark absorbierendes Material vice versa Applikationen: Automotive: Sensoren, Einspritzdüsen, Crimpungen, Gussteile, Schalter, Steckverbinder etc. Mechanik: Tintenpatronen, Medizinische Geräte wie Prothesen, Endoskope, Mikromech. etc. Neue Materialien: Metallschäume, Glasfasermaterialien, Keramik, Konglomerate etc. Elektronik: Laserdioden, Lampen, Sicherungen, Satellitenbatterien, Kondensatoren etc. 17
18 Contact phoenix x-ray Systems + Services GmbH Niels-Bohr-Strasse Wunstorf, Germany info@phoenix-xray.com phoenix x-ray Systems + Services GmbH phoenix x-ray Systems + Services GmbH Zweigstelle Stuttgart Zweigstelle München Kranstrasse 8 Grünladstraße Stuttgart, Germany Grasbrunn, Germany stuttgart@phoenix-xray.com muenchen@phoenix-xray.com
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