Präzisiosmesstechnik

Zylindrische Spulen für Tomographen ausmessen

29.02.2008 | Redakteur: Hendrik Härter

Siemens Medical Solutions nutzt für das Geschäftsgebiet Magnetresonanztomographie zur Endkontrolle seiner Diagnosegeräte das Messsystem FMM100 der Faude Produktionsanlagen. Das antimagnetische und metallfreie System misst 0,01 mm genau die zylindrischen Komponenten von Magnetresonanztomographen (MRT). Und das bei einer Röhrenlänge bis zu zweitausend Millimeter.

Die Magnetresonanztomographie stellt heute eines der fortschrittlichsten und genauesten bildgebenden Diagnoseverfahren dar. Sie erlaubt den Medizinern einen Blick in den Patienten und gibt Schicht für Schicht ein präzises Bild von unserem Körper. Wichtige Voraussetzung dabei: Der Magnetresonanztomograph ist ein hochpräzises Werkzeug. Siemens Medical Solutions nutzt zum Vermessen der zylindrischen Komponenten das Messsystem FMM100 von Faude.

Jede Röhre des Tomographen wird von den Siemens-Ingenieuren einzeln geprüft. Und wenn die Messungen abgeschlossen sind, wird ein umfassendes Messprotokoll erstellt – eine Art Qualitätszeugnis, ohne das kein Magnetresonanztomograph ausgeliefert werden darf.

Vermessen des Hohlkörpers besonders schwierig

Das Vermessen eines Hohlkörpers ist eigentlich keine schwierige Aufgabe. Bei der Röhre eines Magnetresonanztomographen sieht das anders aus. Die Gradientenspulen lassen sich nur aufwendig ausmessen. Außer dem elektrischen Sensor selbst dürfen keinerlei metallische oder magnetische Systemkomponenten eingesetzt werden, sie würden das Messergebnis unbrauchbar machen.

Nicht nur das: Ein weiteres Problem wird durch die Größe und das Gewicht bedingt. Bis zu 2000 mm sind die Röhren lang, der Außendurchmesser beträgt bis zu 900 mm, das Gewicht bis zu 1,5 t. Und schließlich: Die Röhre selbst ist nicht rund, sondern ellipsenförmig.

Der Karbonarm nimmt den mechanischen Messtaster auf und ist enorm steif
Der Karbonarm nimmt den mechanischen Messtaster auf und ist enorm steif

Bei der Planung musste komplett auf metallische und magnetische Systemkomponenten verzichtet werden. Zum Einsatz kommt ein Messarm aus reinem Karbon. Der Motor, Flansch und Steuerung sind außerhalb des Messfeldes angebracht. Der Karbonarm nimmt den mechanischen Messtaster auf und bringt durch seinen speziellen kinematischen Aufbau enorm hohe Steifigkeit. Mit seiner Länge von 2200 mm kann er mit maximal 30 min-1 um seine eigene Achse rotieren und hat dabei nur eine Durchbiegung unter 0,02 mm. Bauraumuntersuchungen bis 1700 mm Tiefe sind damit in höchster Präzision möglich: Die Messpunkte einer Messwolke werden mit einer Genauigkeit von 0,01 mm angefahren.

Mechanisches Antasten des Prüflings

Die Messeinrichtung selbst liegt auf einem besonders präzise gearbeiteten Granitsockel, der sich auch bei Temperaturschwankungen nicht verformt. Rund sieben Tonnen schwer, in der Form eines Kingsize-Bettes, wurde dieses Fundament mittels Laser ausgemessen und gibt damit eine feste Basis für die Messungen. Die Röhren hingegen werden mit einem Gabelstapler auf ein Hartholzgestell aufgelegt. Dieses ist, zur Sicherheit für die Messmaschine, nicht mit dieser verbunden. Eine wirklich exakte Positionierung der Gradientenspulen wäre bei einem Gewicht von rund 1,5 t nur schwer möglich. Das heißt, die Messmaschine kennt die exakte Position der einzelnen Röhren nicht. Dazu muss die genaue Lage des Prüflings ermittelt werden. Diese Positionserkennung erfolgt durch mechanisches Antasten des Prüflings an 16 Punkten plus anschließender mathematischer Transformation. Die Messmaschine übernimmt dies selbsttätig mit einer reproduzierbaren Genauigkeit von 0,01 mm.

Die Spitze des Messarms nimmt sowohl den Messtaster zur Positionierung auf als auch den Sensor für die elektrische Messung
Die Spitze des Messarms nimmt sowohl den Messtaster zur Positionierung auf als auch den Sensor für die elektrische Messung

Nach der mechanischen Vermessung wird der Messtaster abgelegt, jetzt erfolgt die zweite Aufgabe - die eigentliche elektrische Vermessung. Dazu fährt die Positionier-Einrichtung incl. eines elektrischen Sensors mithilfe der ermittelten Werte tangential zum Innendurchmesser eine Messwolke mit unzähligen Messpunkten im Innenraum ab. Anschließend erfolgt die Außenvermessung der Hüllgeometrie.

Die Bedienung des Faude Gradientenspulen-Messsystems ist auf einfache und fehlersichere Bedienung ausgelegt. Die mechanische und elektrische Vermessung erfolgt vollautomatisch. Von der Positionserkennung über die jeweiligen Messvorgänge bis zur Erstellung des Protokolls sind alle Vorgänge programmiert und auf die jeweiligen Prüflinge exakt abgestimmt. Das sichert eine schnelle und zuverlässige Prüfung und verhindert Ungenauigkeiten durch Fehlbedienung.

Darüber hinaus ist das System offen für den Einsatz von Forschung und Entwicklungsaufgaben außerhalb der Routineprüfung. Beliebige Messabläufe können auf einfache Art und Weise anwenderspezifisch programmiert und durchgeführt werden.

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