Röntgenverfahren

Thema

Für die schnelle zerstörungsfreie Prüfung stehen am Fraunhofer IKTS modernste Röntgenverfahren zur Verfügung.

Mit modernen Röntgenverfahren lassen sich Fragestellungen bearbeiten, die mit gängigen ZfP-Methoden nur sehr schwer oder gar nicht gelöst werden können. Überall da, wo Materialien mit hoher Strahlungsadsorption durchdrungen werden müssen, kommen am Fraunhofer IKTS Röntgenverfahren zum Einsatz. Dazu zählen neben materialwissenschaftlichen Untersuchungen für die Industrie auch zerstörungsfreie Untersuchungen von archäologischen Funden, Musikinstrumenten oder Gehölzen.

Um Fehler zu detektieren, bestimmte Strukturen im Inneren sichtbar zu machen oder weitere Informationen aus den Prüfobjekten zu gewinnen, verwenden die Wissenschaftler Röntgenverfahren, die mit sehr hohen Strahlungsenergien arbeiten. Damit lassen sich Volumenprüfungen und andere Untersuchungen, z. B. zu Oberflächenspannungen an Proben verschiedenster Materialien und Geometrien durchführen.

Entwicklung von Röntgendetektoren

Röntgenzeilendetektor L100, Gesamtsystem.

Detail-Foto des aktiven Bereichs: der Absorber (links oben) ist mittels Drahtbonden mit der Auswerteelektronik (unten rechts) verbunden.

Im Rahmen einer strategischen Allianz mit den Fraunhofer-Instituten IPMS und FEP wurde ein neuartiger Röntgenzeilendetektor entwickelt. Röntgendetektoren ersetzen Schritt für Schritt die bisher in der Radiographie noch üblichen Röntgenfilme und sind vor allem für die Röntgen-Computertomographie unerlässlich.

Beim herkömmlichen Detektorprinzip werden die einfallenden Röntgenphotonen zunächst in sichtbares Licht und in einem zweiten Schritt mittels Photodioden in elektrische Signale umgewandelt. Die neue Röntgendetektorzeile spart den Zwischenschritt ein und arbeitet direkt konvertierend. Dadurch steigen Auflösung und Geschwindigkeit deutlich. Zudem können dank Einzelphotonendetektion die Röntgenphotonen hinsichtlich ihrer Energie bewertet werden. Dies ermöglicht »Dual Energy«-Anwendungen, bei denen Materialien in ihrer Zusammensetzung unterschieden werden.

Röntgenzeilendetektoren werden immer dann eingesetzt, wenn fortlaufende Güter zu untersuchen sind oder wenn die Größe des Objekts nur eine streifenförmige Beleuchtung zulässt, um unerwünschte Streustrahlung zu vermeiden. Damit finden sie in verschiedensten Branchen Anwendung: der Lebensmittelindustrie, der Pharmazie oder der Kleinteil- bis hin zur Halbzeugfertigung.

Der entwickelte Zeilendetektor wird aus kundenspezifischen Einzelschaltkreisen (ASIC) aufgebaut, sodass eine kostengünstige Fertigung und vielfältige Konfigurationen – insbesondere auch praktisch beliebige Größen – möglich sind.

Die aktuell im Test befindlichen Prototypen haben eine Zeilenlänge von 102,4 mm und erreichen eine Auflösung von 100 μm. Der Aufbau aus zwei Absorber-Materialien ermöglicht die Detektion von Röntgenquanten aus den Energiebereichen 30–200 keV und 2–40 keV. Damit kann die Röntgenzeile sowohl zur Bildgebung als auch zur Diffraktion verwendet werden. Durch die minimale Zählzeit von 20 μs können Objekte je nach Prüfkonzept mit einer Geschwindigkeit von bis zu 50 m/s untersucht werden.

Zusammen mit der am Fraunhofer IKTS entwickelten CT-Steuer und Analysesoftware XVision können kundenindividuelle Röntgen-Mikro-CT-Anlagen aufgebaut und mit einer intuitiven Benutzerführung ausgestattet werden.


Leistungsangebot
 

  • Aufbau kundenindividueller Röntgenprüfanlagen und Integration in bestehende Fertigungslinien
  • Entwicklung von CT-Steuerungen und Analysesoftware
  • Durchführung von Konzeptstudien und Machbarkeitsstudien
  • Durchführung von Prüfdienstleistungen, auch bei größeren Stückzahlen

Röntgen-Computertomographie und Röntgen-Laminographie

Bei der hochauflösenden Röntgen-Laminographie wird der Prüfling mit nur einer Drehung untersucht.

Die Röntgen-Computertomographie (Röntgen-CT) ist ein computergestütztes bildgebendes Verfahren. Dabei werden aus Rohdaten Schnittbilder erzeugt, aus denen wiederum dreidimensionale Abbildungen generiert werden, die zur Fehleranalyse herangezogen werden.

Sollen kleine Teilbereiche großer, flacher Baugruppen untersucht werden, kommt ein neues Tomographieverfahren zum Einsatz. Mit der sogenannten Röntgen-Laminographie verfügt das Fraunhofer IKTS über ein Alleinstellungsmerkmal, da der Prüfling hochauflösend (bis zu 2 µm³) und mit nur einer Drehung untersucht werden kann. Umfangreiche Probenpräparationen entfallen.

Mit dem 3D-Datensatz können Streckenvermessungen oder Volumenberechnungen vorgenommen, oder auch Oberflächendaten extrahiert werden.


Leistungsangebot
 

  • Berührungslose Durchstrahlung von Materialien aller Art und Geometrie
  • Darstellung der inneren und äußeren Strukturbeschaffenheit als 3D-Datensatz bis zu einer Auflösung von 2 µm³
  • Datenextraktion für Rapid-Prototyping
  • Laminographie für Teilbereiche flacher Baugruppen, z. B. elektronische Leiterplatten

Röntgendiffraktion

Röntgendiffraktion ist die Beugung von Röntgenstrahlung an geordneten Strukturen wie Kristallen oder Quasikristallen. Aus der gemessenen Beugungsintensitätsverteilung lassen sich beispielsweise Gitterkonstanten berechnen, aus denen die Zusammensetzung eines Stoffgemischs bestimmt werden kann.

Darüber hinaus nutzt das Prüfzentrum des Fraunhofer IKTS die Röntgendiffraktion für die Bestimmung von Eigenspannungen durch das Sinus2Ψ-Verfahren (sin2Psi-Verfahren). Dabei wird die Probe in einen Reflex um einen gewissen Bereich Ψ (Psi) gekippt. Um die Verteilung der Eigenspannungen über den Prüfkörper zu erhalten, wird an verschiedenen Punkten, mindestens aber in den extremen Bereichen (Ränder, Ecken und Mitte) gemessen. Da die Textur die Ergebnisse vieler Verfahren beeinflusst, liefert auch das Sinus2Ψ-Verfahren nur zuverlässige Werte, wenn die zu untersuchende Schicht untexturiert ist. Deshalb werden an verschiedenen Punkten des Untersuchungsobjekts die Polfiguren für mindestens zwei verschiedene Reflexe aufgenommen. Aus den ermittelten Peak-Positionen lässt sich anschließend die Eigenspannung ableiten.


Leistungsangebot
 

  • Durchführung von Prüfdienstleistungen
  • Durchführung von Machbarkeitsstudien
  • Aufbau kundenindividueller Prüfanlagen