Untersuchungen zur Prognose des mechanischen Verhaltens rotierender Bauteile
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projekts wurden 3D-Analysen der Unwucht von Rotoren auf Basis von 3D-Spiral-Computertomogrammen durchgeführt. Hierzu wurden zunächst zwei an der TU Dortmund verfügbare Industrie-Computertomographen (industrial CT) messtechnisch ertüchtigt. Bei beiden Tomographen wird nicht die Röntgenquelle und der röntgenempfindliche Detektor wie bei Medizin-Tomographen üblich um die Probe gedreht, sondern die Probe rotiert selbst. Mit hoher Orts- und Kontrastauflösung wurden die Rotoren dann spiralmikro-computertomographisch abgebildet. Hierbei wurden mittels des realisierten, exakten Katsevich-Rekonstruktionsalgorithmus ausgehend von Spiral-Kegelstrahlprojektionen Mikro-Computertomogramme der Rotoren rekonstruiert. Eine derartige Vorgehensweise, die Unwucht anhand von Computertomogrammen zu ermitteln, wurde bislang in der Literatur noch nicht beschrieben. Wesentliche Ergebnisse des Forschungsprojekts sind: 1. Die Spiral-Computertomographie stellt sehr hohe experimentelle Anforderungen an die Genauigkeit der Verfahrbewegungen des Manipulationssystems. Trotz sorgfältiger Justage der Computertomographen wurden teilweise Artefakte ins Spiral- Computertomogramm eingeführt. Diese sind durch Ungenauigkeiten bei der Probenzustellung bedingt, welche bei der Rekonstruktion nicht berücksichtigt werden können. 2. Auf Basis der erstellten Computertomogramme ist es möglich, Unwuchten mittels 3D-Datenverarbeitung schichtweise zu analysieren: Hierzu wurden mittels einer entwickelten Software zunächst verschiedene Ansätze zur Bestimmung der Achse studiert, um die der Rotor gezwungen wird. Für die Unwuchtanalyse wurde der Rotor dann so innerhalb des Tomogramms ausgerichtet, dass diese Drehachse parallel zu einer Tomogrammachse liegt. Dies bedeutet, dass Unwuchten in sehr vielen Ebenen bestimmt werden können und nicht, wie normalerweise mit Unwuchtmessmaschinen üblich, nur in wenigen Ebenen. 3. Die Ergebnisse der µCT-basierten Unwuchtmessungen (d.h. die Unwuchtvektoren) weichen mit einem Winkel von bis zu 30° von den Resultaten der Unwuchtmessmaschine ab. Dennoch sind die µCT-Ergebnisse mit den Resultaten der Unwuchtmessmachine konsistent. Für die Zukunft ist vorgesehen, die Unwuchten der tomographisch erfassten Rotoren mittels der FE-Methode zu simulieren. Für den Aufbau des FE-Modells muss aus einem Computertomogramm zunächst die Realgeometrie des Rotors durch 3D-Datenverarbeitung gewonnen werden. Zudem sollen zum Katsevich-Algorithmus alternative Spiral-CT-Rekonstruktionsverfahren, wie bspw. die generalisierte Feldkamp-Rekonstruktion, mit dem Ziel realisiert werden, die Güte der mit den jeweiligen Verfahren erzeugten Tomogramme mit dem Katsevich- Tomogramm zu vergleichen und die Genauigkeit der Spiral-CT-Scans zu verbessern: Die im Rahmen des Projekts erkannte Artefaktanfälligkeit, die auf unberücksichtigte Ungenauigkeiten der Verfahrbewegung verursacht wird, soll im Rahmen von zukünftigen Forschungsanstrengungen vermindert werden. Da experimentell eine hochgenaue Verfahrbewegung nicht zu realsieren ist, müssen die tatsächlichen Verfahrbewegungen bei der Rekonstruktion berücksichtigt werden. Außerdem sollen die Auswirkungen anderer Artefakte wie bspw. der bei polychromatischer Strahlung vorliegende Strahlaufhärtung (beam-hardening) oder Artefakte durch stark unterschiedliche lineare Schwächungskoeffizienten studiert werden.
