Analysis and Visualization of Industrial CT Data

Abstract

Die industrielle 3D Röntgencomputertomographie (3DCT) steht derzeitan der Schwelle von einer zerstörungsfreien Werkstoffprüfmethode hin zueiner genormten Methode für dimensionales Messen. 3DCT wird vor allemim Bereich der Erstmusterprüfung von neuen Komponenten eingesetzt,um die Nachteile und Einschränkungen bisheriger Methoden zu überwinden.Eine steigende Anzahl von Firmen vertraut daher auf 3DCT undsporadisch wird 3DCT bereits von einigen Pionieren für die Qualitätskontrollein der Produktion eingesetzt. Dennoch ist die 3DCT eine sehr jungeMethode mit einigen Nachteilen, die großen Einfluss auf das Messergebnishaben. Einige der größten Nachteile von 3DCT im Bereich der Qualitätssicherungsind:Artefakte ändern die Grauwerte im Datensatz und generieren künstlicheStrukturen, die in Realität nicht vorhanden sind.Diskretisierung bewirkt Unregelmäßigkeiten in den Grauwertenentsprechend des Abtasttheorems von Nyquist-Shannon.Informationen bezüglich Unsicherheit der Daten gehen bei der Extraktionvon dimensionalen Messmerkmalen verloren.Spezifikationen and Einschränkungen der einzelnen Komponenten undder Bauweise des 3DCTs limitieren die erreichbare Messgenauigkeit.Diese Dissertation trägt zum Stand der Technik durch algorithmische Lösungenvon typischen industriellen Problemen im Bereich der Metrologiemittels 3DCT bei. Das Hauptaugenmerk der präsentierten Arbeit liegtin der Entwicklung und Implementierung von neuen Prozessketten, diefür den täglichen industriellen Einsatz im Bereich der Qualitätssicherungoptimiert sind. Geeignete, einfach verständliche Visualisierungsmethodenwerden evaluiert und angewendet, um einen Einblick in die generiertenMessdaten zu ermöglichen. Im Speziellen werden drei Prozesskettenpräsentiert, die einige der wesentlichen Aspekte der Metrologie mittels3DCT abdecken. Die betrachteten Aspekte sind robuste Oberflächeextraktion,Artefaktreduzierung mittels Dual Energy CT, lokale Oberflächeextraktionvon Multimaterialkomponenten und statistische Analyse vonMultimaterialkomponenten. Die generierten Ergebnisse jeder Prozesskettewerden anhand von Testteilen und typischen Industriebauteilen demonstriertund verifiziert - Industrial X-Ray 3D computed tomography (3DCT) is on the edge ofadvancing from a non destructive testing method to a fully standardizedmeans of dimensional measurement for every day industrial use. Currently3DCT has drawn attention especially in the area of first part inspections ofnew components, mainly in order to overcome limitations and drawbacksof common methods. Yet an increasing number of companies is benefittingfrom industrial 3DCT and sporadically the first pioneers start using industrial3DCT for quality control in the production phase of a component. As3DCT is still a very young technology of industrial quality control, thismethod also faces severe problems, which seriously affect measurementresults. Some of the major drawbacks for quality control are the following:Artefacts modify the spatial greyvalues, generating artificial structures inthe datasets, which do not correspond to reality.Discrete sampling introduces further irregularities due to the Nyquist-Shannon sampling theorem.Uncertainty information is missing when extracting dimensional measurementfeatures.Specifications and limitations of the components and the special setup a3DCT constrain the best achievable measurement precision.This thesis contributes to the state of the art by algorithmic evaluationof typical industrial tasks in the area of dimensional measurement using3DCT. The main focus lies in the development and implementation of novelpipelines for everyday industrial use including comparisons to commonmethods. Convenient and easy to understand means of visualization are evaluated and used to provide insight into the generated results. In particularthree pipelines are introduced, which cover some of the major aspectsconcerning metrology using industrial 3DCT. The considered aspectsare robust surface extraction, artefact reduction via dual energy CT, localsurface extraction of multi-material components, and statistical analysisof multi-material components. The generated results of each pipeline aredemonstrated and verified using test specimens as well as real world components.