VDI VDE 2630 Blatt 1 2-2010 Computed tomography in dimensional measurement - Influencing variables on measurement results and recommendations for computed tomography dimensional me.pdf

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1、ICS 19.100, 35.240.99 VDI/VDE-RICHTLINIEN November 2010VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Computertomografie in der dimensionellen Messtechnik Einflussgren auf das Messergebnis und Empfehlungen fr dimensionelle Computertomografie-Messungen Computed

2、tomography in dimensional measurement Influencing variables on measurement results and recommendations for computed-tomography dimensional measurements VDI/VDE 2630Blatt 1.2 / Part 1.2 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German vers

3、ion of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Fachbereich Fertigungsmesstechnik VDI/VDE-Handbuch Fertigungsmesstechnik VDI-Handbuch Produktionstechnik und Fertigu

4、ngsverfahren, Band 3: Betriebsmittel VDI/VDE-Handbuch Mikro- und Feinwerktechnik Frhere Ausgabe: 12.08Entwurf, deutschFormer edition: 12/08 Draft, inGerman only Vervielfltigung auch fr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedZu beziehen durch / Avai

5、lable atBeuthVerlagGmbH, 10772 BerlinAlleRechtevorbehalten/ All rights reserved VereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2010Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 3 2 Formelzeichen . 4 3 Klassifikation von dimensionellen Messaufgaben mit der Computer-tomogr

6、afie . 4 4 Einflussgren und typische Auswirkungen auf das Messergebnis . 6 Anhang Empfehlungen zur Qualitts-sicherung bei dimensionellen Messungen mit der Computer-tomografie . 18 Schrifttum 25 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 3 2 Symbols . 4 3 Classification of dimensional measure-ment

7、 tasks performed using computed tomography . 4 4 Influencing variables and typical effects on the measurement result 6 Annex Recommendations for quality assurance in dimensional measurements using computed tomography 18 Bibliography . 25 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2

8、012-04 2 VDI/VDE 2630 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 Blatt 1.2 / Part 1.2Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unterBeachtung der Vorgaben und Empfehlungen derRichtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie,

9、 der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung derLizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), diein den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen

10、, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-i

11、ng, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.

12、de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. Einleitung Im Fachausschuss Computertomografie in der di-mensionellen Messtechnik in der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik(GMA) erarbeiten Fachleute VDI/VDE-Richtli-nien. Diese beschreiben den

13、Stand der Technik imBereich der dimensionellen Messung mit Compu-tertomografen im industriellen Umfeld. Ziel ist die Festlegung von Rahmenbedingungen und Verfah-ren, die die Vergleichbarkeit von Messungen undderen Rckfhrbarkeit gewhrleisten. Zur Richtlinienreihe VDI/VDE 2630 sind nachfol-gende Theme

14、nblcke und Bltter geplant oder inArbeit: Grundlagen Blatt 1.1 Grundlagen und Definitionen Blatt 1.2 Einflussgren auf das Messergebnis und Empfehlungen fr dimensionelle Computertomografie-Messungen Blatt 1.3 Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 103060 fr Koordinatenmessgerte mit CT-Sensoren Blatt 1

15、.4 Gegenberstellung verschiedener di-mensioneller Messverfahren Unsicherheit/Prozesseignung/Kalibrierung An- und Abnahme Softwaresysteme Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/2630. Introduction In the technical committee Computed Tom

16、ography in Dimensional Measurement within the VDI/VDE Society for Measurement and Automatic Control (GMA), experts meet to draft VDI/VDE Guide-lines. These guidelines describe the state of the art in the field of computed-tomography dimensional measurements for industrial applications, with the aim

17、of specifying outline conditions and proce-dures that ensure the reproducibility and traceabil-ity of measurements. In the series of guidelines under the generic num-ber VDI/VDE 2630, the following topics and parts are planned or are currently in preparation: Basic principles Part 1.1 Fundamentals a

18、nd definitions Part 1.2 Variables influencing measurement results, and recommendations for com-puted-tomography dimensional meas-urements Part 1.3 Code of practice for the application of DIN EN ISO 10360 to coordinate meas-uring machines with CT sensors (in preparation) Part 1.4 Comparison of variou

19、s dimensional-measurement procedures Uncertainty/process suitability/calibration Acceptance and certification Software systems A catalogue of all available parts of this guideline can be accessed on the internet at www.vdi.de/2630. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04

20、All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 VDI/VDE 2630 3 Blatt 1.2 / Part 1.21 Anwendungsbereich Diese Richtlinie beschreibt typische Einflussgr-en auf das Messergebnis von dimensionellenMessungen mit industrieller Computertomografie(CT). Dazu werden die verschiedenen dime

21、nsio-nellen Messaufgaben klassifiziert, die mittels in-dustrieller CT bearbeitet werden knnen. Aufgrund der Vielfalt von Bauformen von CT-Gerten undihren Anwendungen kann fr die Einflussgren kein Anspruch auf Vollstndigkeit erhoben wer-den. Der Anwendungsbereich dieser Richtlinie erstreckt sich dahe

22、r nur auf die CT-Gerte, die im Folgen-den beschrieben werden. Im Anhang werden Emp-fehlungen zur Qualittssicherung von dimensionel-len Messungen mit CT gegeben. In dieser Richtlinie werden axiale CT-Systeme betrachtet. Bei diesen CT-Gerten erfolgt im We-sentlichen eine Rotation des untersuchten Werk

23、-stcks um eine raumfeste Achse. Die Rotation findet orthogonal zur Durchstrahlungsrichtungstatt. Betrachtet werden industrielle CT-Gerte mitRntgenrhren und Linearbeschleunigern alsRntgenquellen. Im Folgenden wird der Aufbau eines typischenindustriellen CT-Gerts beschrieben, fr das dieangegebenen Ein

24、flussgren gltig sind. Die be-schriebenen Einflussfaktoren gelten dabei sowohlfr Fcherstrahl-CT (2-D-CT) als auch fr Kegel-strahl-CT (3-D-CT). Im Einzelfall wird auf Unter-schiede eingegangen. Es gibt auch andere CT-Verfahren, die auf weite-ren Messprinzipien beruhen, als die hier betrachte-ten; dies

25、es sind insbesondere Laminografie, Neut-ronen-CT und synchrotronbasierte CT. Bestimmtein dieser Richtlinie beschriebene Einflussgrensind im Wesentlichen auch fr diese CT-Verfahrengltig. Grundlagen und Definitionen sowie Beschreibungund Funktion der Einzelkomponenten von CT-Systemen werden in VDI/VDE

26、 2630 Blatt 1.1 be-schrieben. Die in dieser Richtlinie betrachteten CT-Gerte bestehen mindestens aus folgenden Komponenten(siehe auch VDI/VDE 2630 Blatt 1.1, Bild 1): Rntgenquelle (hier Rntgenrhre oder Linear-beschleuniger) Drehachse zur Rotation des zu durchstrahlen-den Bauteils, gegebenenfalls Hal

27、terung fr Bau-teilaufspannung auf der Drehachse Rntgendetektor Steuerungseinheit (Computer + Steuerungssoft-ware) zur Aufnahme der Projektionen 1 Scope This guideline describes typical variables influenc-ing the results of dimensional measurements that are performed using industrial computed tomogra

28、-phy (CT). To this end, the various dimensional measurement tasks which can be performed using industrial CT are classified. Due to the plurality of types of CT devices and their applications, the list of influencing variables dealt with cannot claim to be exhaustive. The scope of this guideline the

29、refore only extends to the CT devices described below. The Annex contains recommendations regarding quality assur-ance for computed-tomography dimensional meas-urements. This guideline addresses axial CT systems. Such CT devices essentially rely on the rotation of the test object about a fixed axis.

30、 Rotation is orthogo-nal to the direction of the X-ray beam. The indus-trial CT devices considered in this guideline use X-ray tubes or linear particle accelerators (linacs) as X-ray sources. The configuration of a typical industrial CT device for which the stated influencing variables are valid is

31、described below. The influencing factors de-scribed hold for both fan-beam CT (2D-CT) and cone-beam CT (3D-CT). Differences are addressedin individual cases. Further CT methods exist, which rely on measure-ment principles other than those considered here; they include, in particular, laminography, n

32、eutron CT and synchrotron-based CT. Certain influencing variables described in this guideline essentially apply to these CT methods as well. Basic principles and definitions as well as the characteristics and functioning of the individual components of CT systems are described in VDI/VDE 2630 Part 1

33、.1. The CT devices considered in this guideline con-sist at least of the following components (see also VDI/VDE 2630 Part 1.1, Figure 1): X-ray source (here: X-ray tube or linear particle accelerator) shaft for rotation of the object to be radiogra-phed, fixture for clamping the object to the shaft,

34、 if required X-ray detector control unit (computer + control software) for recording the projections B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 4 VDI/VDE 2630 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 Blatt 1.2 / Part 1.2 Rekonstruktionseinhei

35、t (Computer + Rekon-struktionssoftware) zur Erzeugung der Volu-mendaten Strahlungsabschirmung (in der Regel Kabinen mit Abschirmung gem RV) Auswertungseinheit (Computer + Auswertungs-und Visualisierungssoftware) Anwendungs-bei-spiele: Analyse, Visualisierung und Mes-sung der Volumendaten, Erzeugung

36、von Ober-flchendaten aus den Volumendaten, Visuali-sierung und dimensionelle Messung. reconstruction unit (computer + reconstruction software) for generating the volume data X-ray shielding (as a rule, enclosures shielded as per German X-ray Ordinance RV) analyser unit (computer + analysis and visua

37、li-sation software) application examples: analy-sis, visualisation and measurement of volume data, generation of surface data from the vol-ume data, visualisation and dimensional meas-urement 2 Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: gPPKenngre

38、 der Prfprozesseignung: pppp2 GTUg = GPPGrenzwert bei zweiseitiger Merkmalstole-ranz T und erweiterter Messunsicherheit U(k = 2) 2 Symbols The symbols given below are used throughout this guideline: gPPcharacteristic of test process suitability: pppp2 GTUg = GPPtwo-sided tolerance limit T plus expan

39、deduncertainty of measurement U (k = 2) 3 Klassifikation von dimensionellen Messaufgaben mit der Computer-tomografie Die Kenntnis der Einflussgren ist wichtig fr dieErmittlung und Beurteilung von Kenngren (sie-he z. B. VDI/VDE 2630 Blatt 1.3) und die Bestim-mung der aufgabenspezifischen Messunsicher

40、heit von dimensionellen CT-Messungen, sowie fr dieGenauigkeitssteigerung und Parametrisierung vonCT-Messungen. Die Ermittlung der aufgabenspezifischen Messun-sicherheit nach DIN ENV 13005 erfordert ein Mo-dell, das alle Einflussgren, die den Wert derMessgre beeinflussen, erfasst und beschreibt, wie

41、sich nderungen der Einflussgren auf dieMessgre auswirken. Untersuchungen zur Messunsicherheit von CT-Messungen mssen deshalb eine eindeutige Defini-tion der zu bestimmenden Messgre enthalten. Hierbei muss insbesondere geklrt werden, woraufsich die Messunsicherheit bezieht (Definition desrichtigen We

42、rts bzw. des Referenzverfahrens sieheauch VDI/VDE 2630 Blatt 2.1). Wegen der prinzipiellen Eigenschaften bestimmterMessgren, die bei Messungen mit industriellerCT blich sind, werden diese Messaufgaben klassi-fiziert. 3 Classification of dimensional measurement tasks performed using computed tomograp

43、hy Knowledge of the influencing variables is crucial to the determination and assessment of characteris-tics (see e.g. VDI/VDE 2630 Part 1.3) and the de-termination of the task-specific uncertainty of di-mensional measurements using CT as well as to an enhancement of accuracy and to the parameterisa

44、-tion of CT measurements. Determining the task-specific uncertainty of meas-urement in accordance with DIN ENV 13005 re-quires a model that covers all variables influencing the value of the measurand and that describes the effect on the measurand of any changes in the in-fluencing variables. Measure

45、ment uncertainty analyses for CT meas-urements must, therefore, contain a clear definition of the measurand to be determined. In particular, the reference basis of the uncertainty of measurement must be specified (definition of the proper value or reference method, see also VDI/VDE 2630 Part 2.1). T

46、he measurement tasks are classified according to the basic characteristics of specific measurands that are common to industrial CT measurements.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 VDI/VDE 2630 5 Blat

47、t 1.2 / Part 1.2Bei der Klassifikation von Messaufgaben sind re-ferenzbehaftete (Typ A und Typ B gem Tabel-le 1) und referenzfreie (Typ C und Typ D nach Tabelle 1) Messaufgaben zu unterscheiden. DesWeiteren muss zwischen Messaufgaben mit lokalarbeitenden Auswertungen und Messaufgaben mitAuswertungen

48、 durch Mittelungen von Bereichen der CT-Messung (z. B. Einpassung von Regelgeo-metrien in die CT-Messung) unterschieden werden.In Bild 1 sind zu den klassifizierten Messaufga-ben Typ A bis Typ D der jeweilige Messablauf alsDiagramm dargestellt In classifying measurement tasks, a distinction shall be

49、 made between reference measurements (type A and type B as per Table 1) and non-reference measurements (type C and type D as per Table 1). Furthermore, measurement tasks per-forming local analyses must be distinguished from measurement tasks in which analyses are obtained by averaging over areas of the CT measurement (e.g. fitting of ruled geometries into the CT meas-urement). Figure 1 shows sequence charts for each of t