Hochauflösende Laborsysteme werden vielfach unterschätzt

Hochauflösende Computer-Tomographie-Systeme haben in den vergangenen Jahren sowohl in der öffentlichen Forschung als auch in den F&E-, Qualitätssicherungs- und Messtechnikabteilungen vieler Unternehmen Einzug gehalten. Dennoch wird die inzwischen erreichbare Qualität der CT-Ergebnisse von kompakten Laborsystemen vielfach noch unterschätzt. In einer bei der International Society for Optical Engineering (SPIE) veröffentlichten Studie wurde nun erstmals ein hochauflösendes Laborsystem, bei dem die für die CT erforderliche Röntgenstrahlung mittels einer nanofocus Röntgenröhre erzeugt wird, mit den an einem Synchrotron-Speichering erzielten CT-Ergebnissen verglichen. Dabei zeigte sich, dass selbst für mittelständische Unternehmen inzwischen Labor-CT-Systeme verfügbar sind, die in vielen Anwendungsbereichen den Vergleich mit den Großforschungseinrichtungen nicht zu scheuen brauchen.

Durch die Möglichkeit, Materialien und Bauteile mit sehr hoher Auflösung komplett dreidimensional zu erfassen und virtuell beliebige Schnitte durch ihr Inneres anzulegen, eröffnet CT völlig neue Analysemöglichkeiten für die Materialforschung und Qualitätsüberwachung. Jeder Unterschied bezüglich Materialzusammensetzung oder Dichte kann dreidimensional visualisiert und analysiert werden. Dies macht exakte Aussagen über die Lage von Fasern, Lunkern, Metalleinlagen etc. möglich, ohne das Untersuchungsobjekt zu zerstören. Darüber hinaus ermöglicht hochauflösende Computer-Tomographie auch die zeitsparende 3D-Messung von Bauteilen, die aufgrund ihres komplexen Aufbaus nicht zerstörungsfrei mit optischen oder taktilen Koordinatenmessgeräten untersucht werden können. Dank neuer Hard- und Software können inzwischen aussagekräftige CT-Ergebnisse in bislang unerreicht kurzer Zeit und hoher Qualität erzielt werden.

Die auf Röntgenröhren basierten CT-Messungen wurden an einem phoenix|x-ray nanotom® von GE Sensing & Inspection Technologies, Wunstorf, vorgenommen. Derartige hoch auflösende Tomographen von der Größe eines Klaviers sind mittlerweile in dutzenden europäischen Unternehmen und Forschungsinstituten im Einsatz. Mit seiner Granitmanipulation und seiner 180 kV / 15 W high-power nanofocus Röntgenröhre kann das nanotom® sowohl für hochauflösende Scans schwach Röntgenstrahlung absorbierender Proben mit Voxelauflösungen unter 500 Nanometern als auch für stark absorbierende metallische Proben mit Voxelgrößen von wenigen Mikrometern eingesetzt werden.

Die Synchrotron-Messungen wurden mit dem vom GKSS Forschungszentrum Geesthacht betriebenen Micro-CT Aufbau an der Beamline W2 am HASYLAB/DESY in Hamburg durchgeführt.

Die Proben wurden für die Studie so gewählt, dass ein möglichst breites Spektrum verschieden absorbierender Materialien mit unterschiedlichsten Photonen-Energien untersucht werden konnte. So war es möglich, einen sowohl quantitativen als auch qualitativen Vergleich von CT-Scans biologisch-medizinischer Proben mit vergleichsweise schwachen Absorptionsverhalten genauso wie materialwissenschaftlicher Proben mit hohem Absorptionskontrast zu ziehen und die Vor- und Nachteile der jeweiligen CT-Methode gegeneinander abzuwägen. Die Ergebnisse der Studie können sich sehen lassen: es wurde gezeigt, dass hochauflösende Labor-CT-Systeme in vielen Anwendungsbereichen nicht nur in Bezug auf die Qualität der Ergebnisse, sondern gerade auch bezüglich Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit eine hervorragende Alternative zur Synchrotron-basierten CT darstellen können. Mit der zunehmenden Verbreitung von Laborsystemen in Industrie und Forschung können die nur sehr begrenzten Messzeiten an den großen Speicherringen zukünftig vor allem für die Grundlagenforschung genutzt werden.

 

EPP440

Die vollständige Studie von Oliver Brunke, Kathleen Brockdorf, Susanne Drews, Bert Müller, Tilman Donath, Julia Herzen und Felix Beckmann „Comparison between x-ray tube-based and synchrotron radiation-based μCT” ist erschienen in: Developments in X-Ray Tomography VI, edited by Stuart R. Stock, Proceedings of SPIE Vol. 7078, (2008).

Die Produktlinie phoenix-x-ray von GE Sensing & Inspection Technologies bietet hochauflösende 2D-Röntgeninspektion und 3D-Computer-Tomographie. Am Standort Wunstorf bei Hannover befindet sich neben der F&E des Unternehmnens auch die Produktion der phoenix|x-ray Röntgeninspektionssysteme, Tomographen und Röntgenröhren. Weitere Service- und Dienstleistungszentren bestehen in Stuttgart, München, Lewistown (Pennsylvania, USA), Newark (Kalifonien, USA), Limonest (Frankreich) und Manila (Philippinen). Ein weiteres Zentrum wird demnächst in Shanghai eröffnet. phoenix|x-ray ist „Center of Excellence“ für Computer-Tomographie sowie Mikroelektronik- und materialwissenschaftliche Anwendungen von GE Sensing & Inspection Technologies.