Computertomografie durchdringt die Materialprüfung
VDI nachrichten, Wuppertal, 6. 10. 06, Si – Röntgenstrahlen und die Technik der Computertomografie (CT) kennt fast jeder als Diagnosetechnik aus der Medizin. In der Industrie nutzen jetzt auch die Qualitätsprüfer das Verfahren, um tief in ihre Produkte hinein zu blicken. Das „gläserne Produkt“ hilft, Fehler aus der Produktion zu orten, es erleichtert die Qualitätssicherung und verkürzt Entwicklungszeiten.
Die Qualitätssicherung ist ein mühsames Geschäft. Peter Knauff, der beim Wuppertaler Automobilzulieferer Delphi für die Weiterentwicklung qualitätssichernder Maßnahmen zuständig ist, weiß das. Denn um etwa ein kleines Steckhülsengehäuse mit gerade mal 1 cm² Grundfläche auf Fehler hin prüfen zu können, muss Knauff das Kunststoffteil zersägen, die Schnittkante polieren, um dann alle Strecken und Radien einzeln zu vermessen und die Daten in eine Tabelle zu übertragen. Das verschlingt rund 75 Mannstunden – für nur ein Teil von hunderten. Einschlüsse im Material oder strukturelle Fehler aus dem Spritzguss lassen sich so aber nur bedingt erkennen.
Qualitätsprüfer wie Knauff suchen deshalb nach neuen Techniken. Experten, von wissenschaftlichen Instituten bis zum Optik-Spezialisten Zeiss, setzen dabei auf die Computertomografie (CT). Denn die habe sich in der Medizin schon seit Jahrzehnten bewährt und lasse sich problemlos für den industriellen Einsatz anpassen. „Mit der CT werden wir die Qualitätssicherung revolutionieren“, ist sich Knauff bereits sicher.
Zusammen mit der Bergischen Universität Wuppertal hat Delphi ein CT-Gerät konstruiert und bauen lassen, mit dem Knauff, der Leiter des Projekts, nun etwa Spritzgussteile wie das Steckhülsengehäuse zerstörungsfrei prüfen kann. Die Vorteile der Materialprüfung per CT sind bestechend. „Mit dem CT führen wir das Produkt in die digitale Welt zurück“, betont der Experte und erklärt den Verfahrensweg: Das auf Basis von CAD-Daten konstruierte und produzierte Fabrikat wird im Computertomografen platziert. Röntgenstrahlen bilden das Produkt zunächst zweidimensional auf der Detektorfläche mit mehr als 1 Mio. Pixel ab. Die Strahlen haben dabei, abhängig vom Material des Prüfgegenstands, eine Energie bis zu 225 keV – in der Medizin sind 60 keV üblich.
Anders als in der Arztpraxis lässt sich beim Industrie-CT das zu prüfende Produkt auf einem Teller horizontal um 360 ° drehen während die Strahlenquelle unbewegt bleibt. Dabei entstehen 1400 Einzelbilder, die digitalisiert und zu einer dreidimensionalen „Punktwolke“ zusammengerechnet werden. Am Ende steht ein digitales Abbild des Produkts, mit den genauen Abmessungen des Untersuchungsobjekts.
Damit lässt sich am Computer einiges anstellen. Beispielsweise legen die Ingenieure bei Delphi das CT-Scan-Bild über das ursprüngliche CAD-Modell aus der Konstruktion. Das Ergebnis: Ein buntes Modell, bei dem verschiedene Farben unterschiedlich starke Abweichungen der beiden Datensätze voneinander darstellen. Bei diesem Soll-Ist-Vergleich können die Produktentwickler auf einen Blick erkennen, wo nachgebessert werden muss. Versteckte Bewegungsabläufe, etwa im Innern eines Schalters, sind als Bildabfolge darstellbar.
Die maximale Auflösung der Röntgenbilder von 7 µm reicht aus, um kleinste Fehler in der Feststoffverteilung oder Lunker auszumachen. Das CT-Modell lässt sich beliebig in allen Ebenen und Schichten zerschneiden und genauestens vermessen. Das Originalprodukt bleibt unzerstört und kann jederzeit als Referenz herangezogen werden.
„Was mit konventioneller Messtechnik gar nicht möglich war oder bisher Tage in Anspruch nahm, geht nun innerhalb von Stunden“, sagt Frank Oppitz „Wir wissen sofort“, so der Qualitätsleiter Verbindungstechnik bei Delphi Europa, „ob unser Werkzeug richtig eingestellt ist und wo genau eventuell der Fehler liegt.“ Die CT verkürze damit Entwicklungszeiten beim Bau von Werkzeugteilen, optimiere die Spritzprozesse und spare so Kosten. So konnten, laut Oppitz, bei der Qualitätsprüfung des Steckhülsengehäuses die Manntage auf 24 reduziert werden, eine Ersparnis von rund 70 %.
Ein weiteres Plus der industriellen CT ist das sogenannte Reverse Engineering. Wie sich aus CAD-Daten CT-Daten gewinnen lassen, so ist dieser Weg auch umkehrbar. So lassen sich Bauteile, von denen keine Konstruktionsdaten vorliegen, einscannen, digitalisieren und als CAD-Modell rekonstruieren. Das kann die Kühlerfigur eines Oldtimers sein, genauso wie ein Konkurrenzprodukt, in dessen Inneres man schon immer einen Blick werfen wollte.
Die Idee, CT in der Industrie im großen Maßstab einzusetzen, sei nicht neu, aber „bis heute haben viele die Investition in ein Gerät gescheut“, so Peter Knauff. Die Technik sei bei den Kunden, sprich den Automobilherstellern, noch nicht völlig akzeptiert. Nach Ansicht des Qualitätssicherungsexperten ist für den Erfolg der Technik der amtliche Segen ausschlaggebend. Noch ist für den Delphi-Computertomografen die Messmittelfähigkeitsuntersuchung durch den TÜV nicht abgeschlossen. Oppitz ist aber jetzt schon überzeugt, dass sich die Investition im „hohen sechstelligen Euro-Bereich“ gelohnt hat. Schließlich soll daraus mal so etwas wie der neue Zollstock für die Industrie werden.
„Alle Experten rechnen damit, dass Computertomografen in vier bis fünf Jahren in der Industrie zur Qualitätsprüfung weit verbreitet sind“, so Frank Oppitz. Auch ein VDI/VDE-Fachausschuss beschäftigt sich mit dem Thema. MARTIN BORRÉ
CT erleichtert Re-Enginieering von Produkten
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