Einfluss von Signal-Rausch-Verhältnis und Binning auf die - NDT.net

Der KKW wurde mittels eines taktilen KMG kalibriert [9]. In die resultierende Punktewolke
(Bild 1 links oben) wurden Regelgeometrien, d.h. halbkugelförmige Kalotten und ebene Flächen,
zur Erzeugung der Oberfläche unter Verwendung des Algorithmus der Minimierung der
Abstandsquadrate eingepasst (Ausgleichsverfahren nach Gauß). Es wird dadurch eine CAD-
Geometrie erhalten, in der alle fertigungsbedingten Gestaltabweichungen, d.h. die Kalottendurchmesser,
-abstände und die Rechtwinkligkeiten und Parallelitäten der Flächen des Bezugsstandards
beschrieben sind (Bild 1 rechts oben). Lediglich Formabweichungen und Rauheit
werden nicht erfasst. Die so erzeugte CAD-Geometrie kann in der Form polygonaler
Oberflächen im STL-Format gespeichert werden. Der Gesamtvorgang stellt einen Reverse-
Engineering (RE) Prozess der Geometrie des Prüfkörpers aus der Punktewolke der taktilen
Messung dar. Zur Qualitätssicherung und Beurteilung des RE-Prozesses müssen die Abweichungen
der erzeugten Polygonoberfläche zu dem Realkörper analysiert werden. Dieses erfolgt
durch einen Soll-Ist-Vergleich mit den Kalibrierdaten des Realkörpers (Bild 1 unten
links).
Das Histogramm der Abweichungen, das neben der Farbtabelle in Bild 1 links unten dargestellt
ist, zeigt, dass 95 % aller Abweichungen kleiner als 4 µm sind. Zusätzlich tritt ein Offset
der Abweichungen von 1 µm zu positiven Werten hin auf. Unter Berücksichtigung der Kalibrierunsicherheit
für die Form der Kalotten von 1,5 µm sind die bestimmten Restfehler des
CAD-Modells verträglich mit der Formabweichung des realen Prüfkörpers aus Titan. Es kann
hieraus geschlossen werden, dass erstens die fertigungsbedingten Formabweichungen des
Bezugsstandards von den Regelgeometrien niedrig sind und zweitens, dass die CAD-
Geometrie die Wirklichkeit bis auf die genannten Restabweichungen darstellt.
Es muss allerdings angemerkt werden, dass die erzielten Resultate nur in der Nähe der taktilen
Antastpunkte exakt gelten. Aus dem Vorwissen über das Fertigungsverfahren des KKW, der
Draht- und Senkerosion, können jedoch massive Abweichungen zwischen den taktil erfassten
Messpunkten ausgeschlossen werden. Die farbkodierten Abweichungen zwischen der Punktewolke
und dem CAD-Modell zeigen somit hauptsächlich die Formabweichungen der Regelgeometrien
an. Bei der Darstellung in Bild 1 links unten muss weiter beachtet werden, dass
die farbmarkierten Dreiecke auf den Seitenflächen durch die Facetten der polygonalen CAD
Oberfläche auf den ebenen Seitenflächen entstehen.
2.2 Vergleich CT-Messung und Simulation
In Bild 2 ist ein Soll-Ist-Vergleich der CT-Messung mit einer Simulation des Messprozess bei
gleicher Wahl der Parameter dargestellt. Die CT-Messung wurde von der BAM auf einem
Mikrofokus-CT-System mit 180 kV Beschleunigungsspannung und einer Rekonstruktionsmatrix
von 1024 3 Voxel durchgeführt. Durch die maximale Ausdehnung des Messobjekts
ergibt sich hieraus eine Voxelgröße von 18,4 µm. Der Soll-Ist-Vergleich und die darauf folgende
Auswertung erfolgte mit der Software VG Studio Max 2.0. Es zeigt sich, dass die Simulation
im Mittelbereich der Seitenflächen und im Bereich der Kugelkalotten mit der realen
CT-Messung im Bereich einer halben Voxelkantenlänge übereinstimmt. An den Kanten des
KKW treten Abweichungen zwischen Simulation und realer Messung von maximal der einfachen
Voxelkantenlänge auf. Zum derzeitigen Zeitpunkt kann jedoch letztendlich nicht festgestellt
werden, in wie weit die festgestellten Abweichungen an den Kanten der Simulation, der
Messung oder den Herstellungsbedingten Formabweichungen zuzuschreiben sind. Mit Sicherheit
resultieren Sie zum Teil aus einer fertigungsbedingten Verrundung der Kanten. Eine
Verrundung der Kanten wurde in dem CAD-Model nicht berücksichtigt, d.h. die Kanten sind
exakt scharf ausgebildet.
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