Röntgenverfahren

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

Röntgenzeilendetektoren ersetzen Schritt für Schritt die bisher in der Radiographie noch üblichen Röntgenfilme und sind vor allem für die Röntgen-Computertomographie unerlässlich. Sie werden meist dann eingesetzt, wenn fortlaufende Güter zu untersuchen sind oder wenn die Größe des Objekts nur eine streifenförmige Beleuchtung zulässt, um unerwünschte Streustrahlung zu vermeiden.

Beim herkömmlichen Detektorprinzip werden die einfallenden Röntgenphotonen zunächst in sichtbares Licht und in einem zweiten Schritt mittels Photodioden in elektrische Signale umgewandelt. Der vom Fraunhofer IKTS entwickelte Zeilendetektor L100 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.

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.

Der entwickelte Zeilendetektor wird aus kundenspezifischen Einzelschaltkreisen (ASIC) aufgebaut, sodass eine kostengünstige Fertigung und vielfältige Konfigurationen – insbesondere auch praktisch beliebige Größen – möglich sind. Zusammen mit der am Fraunhofer IKTS entwickelten CT-Steuer- und Analysesoftware XVision können kundenindividuelle Röntgen-Mikro-CT-Anlagen realisiert 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

 

Technische Details

 

  • Zeilenlänge: 102,4 mm
  • Auflösung: 100 μm
  • Energiebereich: 30 bis 200 keV und 2 bis 40 keV
  • Prüfgeschwindigkeit: bis zu 50 m/s

 

Anwendungsfelder

 

  • Inline-Qualitätssicherung und Materialklassifikation für:
    • Lebensmittelindustrie und Pharmazie
    • Kleinteil-/Halbzeugfertigung
© Fraunhofer IKTS
Für die schnelle zerstörungsfreie Prüfung stehen am Fraunhofer IKTS modernste Röntgenverfahren zur Verfügung.
© Fraunhofer IKTS
Detail-Foto des aktiven Bereichs: der Absorber (links oben) ist mittels Drahtbonden mit der Auswerteelektronik (unten rechts) verbunden.

Mikro-Computertomographie

© Fraunhofer IKTS
Röntgen-CT einer Einzeiger-Halsuhr, gefertigt um 1600 (Ausstellungsstück der Staatlichen Kunstsammlungen Dresden).

Die industrielle Mikro-Computertomographie (μCT) ist ein etabliertes Analyseverfahren für technische und naturwissenschaftliche Anwendungen und wird zunehmend in der Untersuchung künstlerischer und kultureller Güter eingesetzt. Sie ist ein ideales Verfahren, um Lufteinschlüsse, Risse und andere Materialinhomogenitäten innerhalb eines beliebig geformten Objekts sichtbar zu machen. Die Mikro-Computertomographie ermöglicht eine zerstörungsfreie dreidimensionale Prüfung von Objekten mit hoher räumlicher Auflösung.

Das Fraunhofer IKTS verfügt über eine Mikro-CT-Anlage, die je nach Kundenwunsch an die Prüfaufgabe angepasst wird. Dies gestattet sowohl die Untersuchung von sehr kleinen Komponenten wie Elektronikbauteilen als auch von großen Objekten wie Kunstgegenständen oder Fossilien.

 

Technische Details

 

  • 225 kV Mikrofokus-Röntgenröhre
  • 2048 x 2048 Pixel-Flächendetektor
  • Reale Auflösung: max. 1 μm
  • Probengröße: max. 60 cm (größte Ausdehnung)
  • Probengewicht: max. 6 kg

 

Anwendungsfelder

 

  • Material- und Produktentwicklung für die Elektronikindustrie und Medizintechnik
  • Prüfung von Massenteilen
  • Prüfung von archäologischen Funden und Kunstgegenständen

Hochauflösende CT-Laminographie

© Fraunhofer IKTS
Untersuchung an einer elektronischen Baugruppe mittels hochauflösender Röntgen-Laminographie.

Die hochauflösende Computerlaminographie (High Resolution Computed Laminography, HRCL) ist ein neu entwickeltes Röntgentomographie-Verfahren des Fraunhofer IKTS, wobei der Prüfling hochauflösend (bis zu 2 µm³) und mit nur einer Drehung untersucht werden kann. Umfangreiche Probenpräparationen entfallen. Das Verfahren ermöglicht, kleine Bereiche insbesondere großflächiger und planarer Schaltungsträger hochaufgelöst und zerstörungsfrei zu untersuchen. Durch einen veränderten Messaufbau und einen optimierten Rekonstruktionsalgorithmus im Vergleich zur Mikro-CT stellt die hochaufgelöste Untersuchung von Leiterplatten beliebiger Größe nun kein Problem mehr dar. So können beispielsweise Steuerplatinen für die Automobil- oder Leistungselektronik sowie eingebettete Systeme zerstörungsfrei und ohne Präparationsaufwand analysiert werden.

 

Technische Details

 

  • 225 kV Mikrofokus-Röntgenröhre
  • 2048 x 2048 Pixel-Flächendetektor
  • Reale Auflösung: max. 900 nm
  • Probengröße: max. 60 cm (größte Ausdehnung), bei Prüfungen von Teilbereichen auch größer
  • Probengewicht: max. 6 kg

 

Anwendungsfelder

 

  • Schnelles Sichtbarmachen von Rissen in Fügestellen elektronischer Bauteile auf deren Schaltungsträger
  • Prüfung von in CFK-Platten eingebetteten Systemen

Röntgendiffraktion

Die Röntgendiffraktion ist ein Verfahren, mit dem das Fraunhofer IKTS die Zusammensetzung von Stoffgemischen bestimmt. Dabei wird Röntgenstrahlung an geordneten Strukturen wie Kristallen oder Quasikristallen gebeugt und die Beugungsintensitätsverteilung gemessen.

Darüber hinaus nutzt das Fraunhofer IKTS die Röntgendiffraktion für die Bestimmung von Eigenspannungen durch das Sinus2y-Verfahren. Dabei wird die Probe in einen Reflex um einen gewissen Bereich y (Psi) gekippt. Um die Verteilung der Eigenspannungen über den Prüfkörper zu bestimmen, 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 Sinus2y-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

 

Anwendungsfelder

 

  • Bestimmung der Zusammensetzung von Stoffgemischen und von Eigenspannungen in der Material- und Produktentwicklung
  • Studien zur Ursachenklärung bei Bauteilfehlern