Artefaktkorrekturen in der Computertomographie mit IAR

Röntgentechnik

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Iterative Artefakt Reduktion IAR

Die Iterative Artefakt Reduktion IAR ist ein Verfahren zur Korrektur homogener Bauteile mittels einer Korrekturkennlinie, die aus dem Prüfkörper selbst mit Methoden der Bildverarbeitung ermittelt wird. Das patentierte Verfahren zeichnet sich durch eine Reihe von Besonderheiten aus und ersetzt die aufwendige Kennliniengenerierung mittels einer Stufentreppe.

Die Berechnung einer Kennlinie zur Strahlaufhärtungskorrektur erfolgt referenzlos. Es werden keine Kenntnisse des applizierten Röntgenspektrums oder Kenntnisse über Materialeigenschaften des Prüfkörpers benötigt. Des Weiteren berücksichtigt die IAR Effekte, die bei der Verwendung einer Stufentreppe nicht erfasst werden können.

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Bild 1: Die Abbildungen zeigen eine unkorrigierte (links) und eine korrigierte (rechts) Aufnahme eines Aluminiumtestkörpers mit eingelagerten Stahl-Pins.

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Bild 2: Grauwertverlauf der abgebildeten Profillinien.

Erweiterungsbausteine der IAR

Die Streustrahlen-Korrektur IAR-S ist ein Verfahren, bei dem analytisch der Streuanteil des Prüfkörpers berechnet wird. Die Subtraktion dieses Anteils vom Originalbild/Projektion bewirkt eine Reduzierung der auftretenden Streustrahl-Artefakte und somit eine Steigerung der Messgenauigkeit.

Die Variante IAR-A ermöglicht die aufnahmesynchrone Verwendung der Korrekturmethode. Hierfür wird Vorwissen in Form eines Soll-Modells eingebracht, sodass eine Korrekturkennlinie schon während des Aufnahmeprozesses erstellt werden kann. Dies bewirkt eine wesentliche Beschleunigung der Kennlinienerzeugung.

Mit der IAR-M steht eine Multi-Materialien-Korrektur zur Verfügung, welche Artefakte aus CT-Bildern von heterogenen Bauteilen wie z. B. aus Metall und Kunststoff reduzieren kann. Eine Verbesserung bezüglich der einzelnen Materialabgrenzung kann hinsichtlich der Oberflächengenerierung von mehrmaterialigen Bauteilen erzielt werden. Vor allem Übergänge zwischen den einzelnen Materialien sind deutlicher zueinander abgegrenzt.

Die in Bild 2 dargestellten Verläufe zeigen, dass nach der Korrektur mittels IAR-M deutlich konstantere Grauwerte innerhalb des Aluminiumanteils dieses Objekts vorliegen. Gleiches gilt für den Stahlanteil, dessen Grauwerte durch die Korrektur ebenfalls homogenisiert wurden.

Steigerung der Messgenauigkeit

Eine Artefaktkorrektur bewirkt eine Steigerung der Messgenauigkeit um bis zu 35% im Vergleich zur Auswertung von unkorrigierten Datensätzen. In Einzelfällen ist eine messtechnisch exakte Auswertung ohne Artefaktkorrektur überhaupt nicht möglich. Bild 3 zeigt beispielhaft die Reduzierung der Durchmesserabweichung von Bohrungen innerhalb eines Aluminiumgussteils.

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Bild 3:Reduzierung der Durchmesserabweichung (links) am Beispiel von Bohrungen. Schematische Darstellung der großen und kleinen Bohrung im Aluminiumgussteil (rechts).

Die industrielle Computertomographie ist als zerstörungsfreie Methode besonders gut geeignet, um komplexe innere und äußere Bauteilstrukturen hinsichtlich Maßhaltigkeit zu untersuchen und Produktions- und Fertigungstoleranzen zu überprüfen.

Anlagenspezifische Störeinflüsse und verschiedene physikalische Effekte reduzieren die Bildqualität von CTRekonstruktionen. Dafür ist neben der Objektstreustrahlung hauptsächlich der Strahlaufhärtungseffekt verantwortlich. Ursache dafür ist die polychromatische Natur der eingesetzten Röntgenstrahlung.

Die Artefakte äußern sich in Unschärfen, Kontrastverlusten und Formverzerrungen, welche die Bildqualität verschlechtern und die genannten Prüfaufgaben erschweren oder verhindern.