WinWerth® Artefaktkorrekturen – Neuheiten im Überblick

Die empirische Artefaktkorrektur EAK ist eine bewährte Methode zur Reduzierung von Artefakten, die durch Strahlaufhärtung und Streustrahlung verursacht werden. Für Messobjekte aus einem Material und einer Dichte lässt sich der Zusammenhang zwischen der Abschwächung der Röntgenstrahlung durch das Messobjekt und der durchstrahlten Länge durch eine Kennlinie beschreiben. Dieser Zusammenhang wird experimentell an einer kalibrierten Materialprobe oder am Werkstück selbst ermittelt. Die Kennlinie kann bei einer nachfolgenden Messung zur starken Reduzierung von Strahlaufhärtungs- und manchen Streustrahlartefakten verwendet werden. Dieses Verfahren hat sich über viele Jahre in der Anwendung bewährt, kommt jedoch bei einigen Aufgaben an seine Grenzen. Nachfolgend beschriebene neuere Verfahren ermöglichen die gezielte Reduzierung durch unterschiedliche physikalische Effekte verursachter Artefakte.

Grosse und dichte Werkstücke

Durch im Messobjekt entstehende Streustrahlung werden verfälschte Intensitätswerte gemessen, die zu Artefakten im Volumen führen. Diese Streustrahlartefakte werden anhand eines Volumens aus einer Meisterteilmessung simuliert und anschliessend zur Korrektur des Volumens verwendet.

Die Streustrahlung entsteht durch Streuung von Röntgenphotonen im Werkstück durch den Compton-Effekt. Diese tritt insbesondere bei der Tomografie von relativ grossen Objekten aus dichten, schwierig zu durchstrahlenden Materialien auf. Bei niedrigen Vergrösserungen bzw. geringem Abstand des Messobjekts zum Detektor wird ein grösserer Teil der entstehenden Streustrahlung erfasst. Haupteinsatzbereich der Streustrahlartefakt-Korrektur ist daher die Reduzierung systematischer Messabweichungen bei der Messung von grossen Objekten aus stark abschwächenden Materialien, z. B. grossen Turbinenschaufeln, Motorblöcken und Getriebegehäusen.

Grosse Kegelstrahlwinkel

Die Tomografie mit einem kegelförmigen Röntgenstrahl ermöglicht kurze Messzeiten durch gleichzeitige Erfassung grosser Bereiche des Werkstücks. Mit zunehmendem Kegelstrahlwinkel wird das Werkstück jedoch schlechter abgetastet. Die hierdurch verursachten Kegelstrahlartefakte lassen sich mithilfe eines patentierten Verfahrens an der Sollgeometrie simulieren und zur Korrektur des Messvolumens nutzen.

Die Korrektur kann durch Simulation am CAD-Modell oder an einer Punktewolke einer Meisterteilmessung des Werkstücks berechnet werden. Einmal berechnet ist die Korrektur auf Punktewolken desselben Werkstücks oder weiterer Werkstücke gleichen Typs anwendbar, z. B. bei einer Serienmessung. Auch Volumen lassen sich korrigieren. Die Berechnung der Korrektur erfolgt hierbei auf Basis einer Simulation an einer Punktewolke des gemessenen Werkstücks.

Durch Messung mit grösserem Kegelstrahlwinkel ist eine Reduzierung der Messzeit bei gleicher Wiederholbarkeit oder eine Verbesserung der Wiederholbarkeit bei gleicher Messzeit möglich. Dies wird durch Nutzung eines grösseren Teils der verfügbaren Strahlungsenergie erreicht, beispielsweise durch Reduzierung des Fokus-Detektor-Abstands (FDD) bei gleichem Abbildungsmassstab. Die entstehenden Kegelstrahlartefakte und hieraus resultierende systematische Messabweichungen können durch Einsatz der Kegelstrahlartefakt-Korrektur stark reduziert werden.

Ringartefakte bei der Messung von wenig abschwächenden Materialien

Die Empfindlichkeit bestimmt die Umsetzung von Röntgenstrahlung in eine gemessene Intensität. Aufgrund von nicht vollständig korrigierten Empfindlichkeitsunterschieden führt die gleiche Strahlungsintensität bei zwei benachbarten Pixeln zu jeweils dunkleren bzw. helleren Grauwerten. Durch die Rückprojektion dieser Unterschiede in allen Drehstellungen entstehen ringförmige Artefakte im rekonstruierten Volumen.

Bei der neuen WinWerth® Ringartefaktkorrektur wird die in den Intensitätsbildern enthaltene Information über die Empfindlichkeitsunterschiede zwischen den Pixeln aus der aktuellen Messung bestimmt und zur Feinkorrektur der Bilder verwendet. Im hieraus rekonstruierten Volumen sind die Ringartefakte stark reduziert. Bei schwach absorbierenden Werkstücken fallen diese stärker ins Gewicht. Deshalb ist der Einsatz dieses Korrekturverfahrens insbesondere bei Messungen von Werkstücken mit geringer Abschwächungsfähigkeit wie Mikrozahnrädern aus Kunststoff, Materialproben von Schaumwerkstoff en oder Linsenpaketen für Smartphones sinnvoll.