Geometrierückgewinnung aus XXL-CT-Scans

Am Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT, Fürth, steht mit der Hochenergie-XXL-Computertomographie eine Einrichtung zur Tomographie sehr großer Objekte zur Verfügung. Einsatzbereiche sind neben der Untersuchung kompletter PKW oder von Bauteilen aus der Luft- und Raumfahrt die sicherheitsrelevante Inspektion von Seefracht-Containern im Gütertransport oder die Erfassung von Kulturgütern.

Bei vielen dieser Fragestellungen möchten die Anwender Informationen über Maße und Geometrien der untersuchten Komponenten gewinnen. In der Automobilindustrie beispielsweise ist es für die Entwickler von besonderer Bedeutung, aus Crashversuchen Rückschlüsse auf die Deformation belasteter Bauteile zu ziehen und diese mit der geplanten Belastung abzugleichen – beispielsweise mit den Ergebnissen der Crashsimulation. Dafür wünschen die Nutzer eine Rückführung der CT-Voxeldaten auf geometrische Formen der einzelnen Komponenten, beispielsweise in Form von Oberflächen-Meshes. Üblicherweise bestehen die Objekte aus mehreren Komponenten unterschiedlicher Materialien in komplexen Geometrien. Mit den Segmentierungs-Ansätzen etablierter Software-Lösungen erfordert die händische Nachbereitung der Daten einen sehr hohen Aufwand von erfahrungsgemäß einem bis zu mehreren Manntagen je Komponente.

Das Fraunhofer EZRT hat deshalb in enger Abstimmung mit Anwendern Werkzeuge und Arbeitsabläufe entwickelt, um die Bedienung deutlich zu beschleunigen. Eine integrierte Softwarelösung reduziert den Aufwand an Rechenzeit und Interaktion auf einige Minuten. Dazu lokalisiert die Anwendung beispielsweise das Fahrzeug und darin die Region der gesuchten Komponente automatisch. Mit einer Interaktion von wenigen Minuten kombiniert der Anwender vorsegmentierte Stücke des Bauteils und bringt dabei seine Kenntnis über den Aufbau des Objekts in die Segmentierung ein. Weiteres Vorwissen über das Objekt – zum Beispiel in Form von Konstruktionsdaten – stützt gegebenenfalls die automatische Segmentierung. Aus Segmentierungs- und Konstruktionsdaten werden weitere Informationen geliefert, wie ein Verformungsmodell und Maße für die lokale Abweichung.

Der Anwender erhält – basierend auf der XXL-CT – ein hochwertiges Ergebnis in Form von Information über die Form und Verformung des gesuchten Bauteils. Im Kontext von Crashversuchen im Automobilbau wird so beispielsweise der direkte Vergleich von Konstruktionsdaten und Ergebnissen der Crashsimulation mit den tatsächlich verformten Bauteilen ermöglicht. Die extrahierten Bauteilgeometrien werden zudem in Dateiformaten (STL-Meshes, Finite-Elemente Modelle) bereitgestellt, die dem Anwender vertraut sind.

XXL-CT-Aufnahme eines Crashfahrzeugs
© Fraunhofer EZRT, Fürth

XXL-CT-Aufnahme eines Crashfahrzeugs