Aufgabenangepasste, kontrollierte Oberflächenextraktion aus 3D-Computertomographiedaten

Abstract

Mit der industriellen Computertomographie (CT) steht der modernen Qualitätssicherung ein Instrument zur Verfügung, das die zerstörungsfreie und vollständige Erfassung von Bauteilen ermöglicht. Als Ergebnis liefert sie 3D-Volumendaten mit allen geometrischen und materialbezogenen Strukturen, welche die Basis für verschiedenste Anwendungsbereiche der Qualitätskontrolle darstellen. Deshalb wird die CT heutzutage bereits an vielen Stellen im Produktentstehungsprozess zur Qualitätsprüfung, aber auch zunehmend für die dimensionelle Messung von Bauteilen eingesetzt. Um derartige messtechnische Auswertungen durchführen zu können, bedarf es der Bestimmung von 3D-Oberflächendaten, welche die Materialgrenzen des zu untersuchenden Bauteils beschreiben. Aktuelle Standardverfahren hierzu weisen in der Praxis jedoch entscheidende Nachteile auf, die dazu führen, dass die CT als Messverfahren für viele Bauteiltypen und Mess- und Prüfaufgabenstellungen bislang nicht anwendbar ist oder einer Vielzahl zusätzlicher Bearbeitungsschritte bedarf, um speziellen Anforderungen gerecht zu werden. In dieser Arbeit wird ein neuartiges Vorgehen zur Extraktion von 3D-Oberflächen aus CT-Daten entwickelt, welches es ermöglicht, regionsabhängig und an die jeweilige Mess- oder Prüfaufgabe angepasst Grenzflächen zu ermitteln. Ziel ist es, dass der Anwender nach Eingabe der für seine Messaufgabe relevanten Anforderungen direkt das passende Oberflächenmodell erhält. Sowohl Vor- als auch Nachbearbeitungsschritte werden hierbei überflüssig. Die Anzahl der Eingabeparameter soll gering und benutzerfreundlich gehalten und, wenn möglich, automatisiert werden. Dieses Verfahren zur kontrollierten, aufgabenangepassten Oberflächenextraktion aus volumetrischen CT-Daten bietet die Möglichkeit zur Lösung einer Vielzahl von messtechnischen Problemstellungen für verschiedene Bauteiltypen und stellt sich damit aktuellen und zukünftigen Herausforderungen an die industrielle CT-Technologie.

The industrial computer tomography (CT) is a modern instrument for quality assurance, which enables the non-destructive and complete inspection of parts. As a result, it provides 3D volume data with all geometrical and material-based structures, which constitute the basis for a variety of applications in quality control. Therefore, the CT is already used today in many stages in the product development process for quality control, but also increasingly for the dimensional measurement of components. In order to perform such measurement applications, it requires the determination of 3D surface data, which describe the material limits of the part. Current standard methods show decisive disadvantages in practice, which is the reason that the CT is nonapplicable for many types of components and tasks or additional processing steps are required to meet specific needs. In this work a novel approach for extraction of 3D surfaces from CT data is developed, which allows the determination of the limiting surface region-dependent and adapted to the measuring or testing task. The aim is that the user gets the appropriate 3D surface model directly to the relevant requirements for his metrological problem. Both pre-and post-processing steps are superfluous here. The number of input parameters are to be kept easy to use and, if possible, automated. This method of controlled, task-adapted surface extraction from volumetric CT data provides the ability to solve a variety of measurement problems for different types of components and thus fulfills current and future challenges of the industrial CT technology.