Die Computertomografie (CT) liefert dreidimensionale Bilder, die die inneren Strukturen eines gescannten Objekts sichtbar machen, einschließlich der genauen räumlichen Position von Defekten oder anderen Bereichen von Interesse.

Die Vorteile von industrieller CT für Qualitätssicherung und F&E.

Die Computertomografie ist eine der wichtigsten und leistungsfähigsten zerstörungsfreien Prüfmethoden in der Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle. CT-Prüfsysteme von Comet Yxlon unterstützen Hersteller und Wissenschaftler, z. B. in der Elektronik-, Automobil- und Luftfahrtindustrie, in ihrem Streben nach maximaler Produktqualität und effizienten Produktionsprozessen – für weniger Ausschuss und Rückrufaktionen, weniger Abfall und weniger Ausfallzeiten.

Wie werden bei der industriellen CT 3D-Daten erzeugt?

Um die 3D-Darstellung eines zu untersuchenden Objekts zu erzeugen, erstellt ein industrielles CT-System zunächst eine Reihe von 2D-Röntgenbildern aus vielen verschiedenen Winkeln, sogenannte Projektionen. Wenn die 2D-Bilder aufgenommen sind, beginnt die Rekonstruktion, z. B. durch einen Rückprojektionsalgorithmus. Für jede Pixelreihe erstellt das System Tomogramme – virtuelle Schnitte durch das dreidimensionale Objekt. Diese Tomogramme werden dann von der Software zusammengefügt, um die endgültigen 3D-Daten des Objekts zu generieren.

Unterschiedliche Grautöne entsprechen unterschiedlichen Dichtewerten des Materials, so dass Defekte oder Unregelmäßigkeiten mit höchster Genauigkeit räumlich lokalisiert werden können. Bei der Beschreibung der Bildgrößen spricht man beim industriellen CT von Voxeln (Volumenpixel), die die 3D-Entsprechung von Pixeln sind.

Industrielle CT: eine große Bandbreite von Anwendungen.

Identifizierung von Porosität und Einschlüssen

Gussfehler, Schweißfehler, Porosität, Risse, Einschlüsse oder Hohlräume – bei der 3D-Prüfung macht die Computertomografie Unregelmäßigkeiten mit ihrer genauen Position und Form zuverlässig sichtbar. Comet Yxlon bietet eine Vielzahl von CT-Prüfsystemen für nahezu alle Objektgrößen – vom kleinsten Mikrochip bis zum kompletten Motorblock.

Strukturanalyse, z. B. für die additive Fertigung

CT ermöglicht Einblicke in das Innere einer Vielzahl von Objekten – von geologischen Proben wie Bohrkernen über Baumaterialien für Straßen und Brücken bis hin zu additiv gefertigten Produkten. Bei der additiven Fertigung (AM) hilft das CT-Scannen bei der Erkennung typischer Fehler, die beim Schmelzen im Pulverbett auftreten können, wie Porosität, Balling, übermäßige Oberflächenrauheit oder mikrostrukturelle Probleme.

Analyse von Verbundwerkstoffen

Die Faserausrichtung (z. B. von Kohlenstofffasern) ist ein wesentlicher Bestandteil der Verbundwerkstoff-Analyse, da sie für die Eigenschaften eines Produkts entscheidend ist. Mit CT können die Prüfer die Faserausrichtung in einem Prüfteil mittels Software visualisieren, indem jedem Winkel im Raum eine bestimmte Farbe zugeordnet wird. Schwerwiegende Fehlausrichtungen werden mit einer einfach zu identifizierenden Farbe hervorgehoben.

Metrologie

In der Messtechnik wird das 3D-Scannen häufig zum Vergleich der äußeren und inneren Oberflächen eingesetzt, z. B. für Soll-Ist-Vergleiche. Dabei kann ein CT-Scan mit einem CAD-Modell oder zwei CT-Scans miteinander verglichen werden. Die industrielle Computertomografie ermöglicht auch das Messen innerer Strukturen, z. B. für Konformitätsberichte, in denen jede Kavität von Kunststoff-Spritzgussteilen mit multiplen Hohlräumen dokumentiert wird.

Montage-Analyse

Industrielle CT kann zur Überprüfung der mechanischen Form und Passform von Baugruppen genauso eingesetzt werden wie zur Visualisierung von Komponenten innerhalb eines Produkts, z.B. Dichtungen oder Heizelemente. Bei der Fehleranalyse von elektronischen Bauteilen und Leiterplatten (PCB) liefert CT Details über das Volumen von Lunkern oder die Pad-Oberflächenstruktur einer fehlerhaften Lotkugel. CT ermöglicht auch, nur wenige Mikrometer kleine Strukturen innerhalb eines Gehäuses zu analysieren, wie z.B. bei der Inspektion von Halbleiter-Packages.

Die Komponenten eines CT-Prüfsystems.

Die wichtigsten Bestandteile eines industriellen CT-Systems sind die Röntgenquelle, der Röntgendetektor, der Manipulator und die Bildgebungssoftware.

Die Röntgenquelle oder Röntgenröhre

Entsprechend ihrer Brennfleckgröße werden die verschiedenen Röntgenquellen als Mini-, Meso-, Mikro- und Nanofokus bezeichnet. Heute werden in CT-Systemen hauptsächlich zwei Grundtypen von Röntgenquellen verwendet: Minifokusröhren haben eine höhere Leistung als Mikrofokusröhren, mit potenziellen Energien von etwa 20 keV bis 600 keV. Mikrofokusröhren für Mikro-CT-Anwendungen sind mit potenziellen Energien zwischen ca. 20 keV und 300 keV verfügbar. Die Größe des Brennflecks bestimmt, wie scharf die inneren Details des Objekts sichtbar gemacht werden können. Je höher die Energie der Röhre, desto dichtere oder größere Objekte kann die Röntgenstrahlung durchdringen.

Der Detektor

Moderne CT-Systeme sind in der Regel entweder mit einem digitalen Flachdetektor (DDA) für Kegelstrahl-CT oder mit einem Zeilendetektor (LDA) für Fächerstrahl-CT ausgestattet (weitere Einzelheiten zu den Techniken siehe unten). Alle diese Detektoren bieten eine sehr hohe Empfindlichkeit, Auflösung und Bit-Tiefe und erzeugen sehr klare Bilder mit hervorragendem Kontrast. LDAs eignen sich besonders für hochwertige Fächerstrahl-CT-Scans von dickwandigen Bauteilen, die mit hohen Röntgenenergien geprüft werden.

Innovation durch die Nähe zum Kunden: der CTScan 3

Ein enger Austausch mit den Kunden und ein scharfes Auge für Marktentwicklungen sind die Triebfedern für Innovationen bei Comet Yxlon. Nur ein Beispiel: Aufgrund der Nachfrage nach Detektoren, die gestreute Röntgenstrahlen verarbeiten können, wie sie bei hochenergetischen Anwendungen zur Untersuchung dichter Materialien auftreten, entwickelte Comet Yxlon den CTScan 3, einen Zeilendetektor, der in puncto Auflösung, Signalqualität und Stabilität unübertroffen ist.

Der Manipulator

Der Manipulator positioniert und dreht das Prüfobjekt, damit die Röntgenquelle und der Detektor mehrere Bilder aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufnehmen können. Je nach Anwendung verfügen einige CT-Systeme über Manipulatoren mit Stahlrahmen, während andere auf Granit basieren, um dank der höheren Temperaturstabilität im Vergleich zu Stahl die mechanische Ausrichtung zu präzisieren.

Die Software: Geminy

Geminy ist die zentrale Bedienoberfläche von Comet Yxlon für alle Workflows. Mit Hilfe von Wizards und Voreinstellungen führt es die Benutzer durch den Prüfprozess und optimiert die Bildqualität und Geschwindigkeit mit leistungsstarken CT-Techniken.

Was sind die grundlegenden CT-Scanverfahren?

Es gibt zwei grundlegende CT-Scantechniken, nämlich Fächerstrahl-CT und Kegelstrahl-CT, welche eine Vielzahl von Trajektorien für die Bilderfassung verwendet, z. B. Helix-CT oder Computerlaminografie.

Kegelstrahl-CT

Bei der Kegelstrahl-CT wird der kegelförmige Röntgenstrahl von einem digitalen Flachdetektor (DDA) erfasst. Kegelstrahl-CT-Systeme erzielen bei Teilen mit geringer bis mittlerer Dichte oder mittlerer Größe (< ca. 600 mm Durchmesser) eine optimale CT-Datenqualität. Sie liefern einen typischen Datensatz in 15 Minuten oder weniger. Mit Techniken wie Halbstrahl-Scans, Detektorverschiebungen oder vertikalen und horizontalen Scan-Erweiterungen lässt sich der Scan-Bereich (FOV) vergrößern.

Helix- oder Spiral-CT

Bei einer Helix-CT beschreibt das Prüfobjekt eine spiral- oder schraubenförmige Bahn relativ zur Quelle, während ein Flachdetektor die Strahlung des Kegelstrahls aufnimmt. Bei großen, hohen Prüfteilen können Helix-CT-Scans die schnellere Methode sein, um einen hochwertigen Datensatz mit weniger Artefakten zu generieren.

Computergestützte Laminografie

Bei der Computerlaminografie (CL) muss das Objekt nicht mehr vollständig um seine Achse gedreht werden. Dies ist insbesondere bei der Prüfung sehr flacher Komponenten wie Mikrochips bei höchster Vergrößerung nahe der Röntgenröhre nützlich, oder auch bei großen flachen Teilen wie Flugzeugtüren. Bei der CL führen sowohl die Röhre als auch der Detektor die Bewegung auf beiden Seiten des Prüfobjekts aus und durchdringen es somit aus verschiedenen Winkeln. Das Bild wird in einzelne oder mehrere Schnitte zerlegt.

Fächerstrahl-CT

Die herkömmliche Fächerstrahl-CT nutzt einen fächerförmigen Röntgenstrahl, der von einem Zeilendetektor (LDA) erfasst wird. Fächerstrahl-CT-Systeme drehen das gescannte Objekt, um eine einzelne Querschnittsschicht zu erzeugen, während vertikales Stitching oder Stapeln von Schichten ein 3D-Volumen ergibt. Fächerstrahl-CT-Systeme sind ideal für sehr große und dichte Teile und für Hochenergieanwendungen (≥320 kV).

Geminy

Eine Bedienoberfläche für alle Aufgaben.

Erfahren Sie mehr

Life Cycle Services

Bereit, wann und wo auch immer Sie uns brauchen.

Erfahren Sie mehr

Verwandte Themen: