Die Computertomographie (CT) liefert dreidimensionale Bilder, die die inneren Strukturen eines Prüfobjekts visualisieren – einschließlich der exakten räumlichen Position von Defekten oder anderen interessierenden Bereichen.
Die Vorteile der industriellen CT für Qualitätssicherung und F&E
Die Computertomographie ist eine der wichtigsten und leistungsfähigsten Methoden der zerstörungsfreien Prüfung in der Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle. Comet Yxlon CT-Inspektionssysteme unterstützen Hersteller und Wissenschaftler z. B. in der Elektronik-, Automobil- und Luftfahrtindustrie bei ihrem Streben nach höchster Produktqualität und effizienten Produktionsprozessen – mit weniger Ausschuss und Rückrufen, weniger Abfall und geringeren Ausfallzeiten.
Wie werden bei der industriellen CT 3D-Daten erzeugt?
Um die 3D-Darstellung eines Prüfobjekts zu generieren, erstellt ein industrielles CT-System zunächst eine Serie von 2D-Röntgenbildern aus verschiedenen Rotationswinkeln, sogenannte Projektionen. Noch während die 2D-Aufnahmen erfasst werden, kann die Rekonstruktion beginnen, beispielsweise über einen Rückprojektionsalgorithmus. Für jede Pixelzeile erstellt das System Tomogramme – virtuelle Schnitte durch das dreidimensionale Objekt. Diese Tomogramme werden anschließend von einer Software zu den finalen 3D-Daten des Objekts zusammengefügt.
Verschiedene Graustufen entsprechen unterschiedlichen Dichtewerten des Materials, sodass sich Fehler oder Unregelmäßigkeiten höchst präzise im Raum lokalisieren lassen. Bei der Beschreibung von Bildgrößen spricht man in der industriellen CT von Voxeln (Volumenpixeln), dem 3D-Äquivalent von Pixeln.
Industrielle CT: Ein breites Anwendungsspektrum
Erkennung von Porosität und Einschlussen
Gießfehler, Schweißnahtfehler, Porosität, Risse, Einschlüsse oder Lunker – bei der 3D-Inspektion visualisiert die Computertomographie Unregelmäßigkeiten zuverlässig mit ihrer exakten Position und Form. Comet Yxlon bietet eine große Vielfalt an CT-Inspektionssystemen für nahezu alle Objektgrößen – vom kleinsten Mikrochip bis hin zu kompletten Flugzeug- oder Automotorenblöcken.
Strukturanalyse, z. B. in der additive Fertigung
Die CT ermöglicht Einblicke in das Innere unterschiedlichster Objekte – von geologischen Proben wie Bohrkernen über Baustoffe für Strassen und Brücken bis hin zu additiv gefertigten Produkten. In der additiven Fertigung (AM) hilft die CT-Prüfung dabei, typische Fehler zu erkennen, die beim Powder Bed Fusion auftreten können, wie Porosität, Balling, übermässige Oberflächenrauheit oder mikrostrukturelle Probleme.
Analyse von Verbundwerkstoffen
Die Faserorientierung (z. B. von Kohlenfasern) ist ein wesentlicher Bestandteil der Verbundwerkanalyse, da sie für die Eigenschaften eines Produkts von entscheidender Bedeutung ist. Mit der CT können Anwender die Ausrichtung der Fasern eines Bauteils mithilfe einer Software visualisieren, die jedem Winkel im Raum bestimmte Farben zuweist. Starke Abweichungen lassen sich durch eine leicht erkennbare Farbe hervorheben.
Metrologie
In Metrologie 3D-Scanning wird häufig zum Vergleich von Außen- und Innenflächen eingesetzt, beispielsweise für Soll-Ist-Vergleiche, bei denen ein CT-Scan mit einem CAD-Modell abgeglichen oder zwei CT-Scans miteinander verglichen werden. Industrielle Computertomographie ermöglicht zudem die dimensionale Erfassung von Innenstrukturen, beispielsweise zur Erstellung von Konformitätsberichten für jede Kavität von Mehrkavitätenwerkzeugen für Spritzgussteile aus Kunststoff.
Montage-Analyse
Die industrielle CT kann genutzt werden, um die mechanische Passgenauigkeit von Baugruppen zu überprüfen oder Komponenten in einem Produkt wie Dichtungen oder Heizelemente zu visualisieren. Bei der Defektanalyse von elektronischen Bauteilen und Leiterplatten (PCB) liefert die CT Details zum Lunkervolumen oder zur Pad-Oberflächenstruktur einer fehlerhaften Lötperle. Sie unterstützt auch die Analyse von nur wenigen Mikrometer grossen Strukturen innerhalb von Gehäusen, wie etwa bei der Inspektion von Halbleiter-Packaging.
Die Komponenten eines CT-Prüfsystems
Die wichtigsten Teile eines industriellen CT-Systems sind die Röntgenquelle, der Röntgendetektor, der Manipulator und die Bildverarbeitungssoftware.
Die Röntgenquelle oder Röntgenröhre
Entsprechend ihrer Fokusgrösse werden die verschiedenen Röntgenquellen als Mini-, Meso-, Mikro- und Nanofokus bezeichnet. Heute kommen in CT-Systemen hauptsächlich zwei grundlegende Typen von Röntgenquellen zum Einsatz: Minifokusröhren verfügen über eine höhere Leistung als Mikrofokusröhren und arbeiten mit Beschleunigungsspannungen von ca. 20 keV bis ca. 600 keV. Mikrofokusröhren für Micro-CT-Anwendungen sind mit Spannungen zwischen ca. 20 keV und ca. 300 keV erhältlich. Die Fokusgrösse bestimmt, wie scharf die inneren Details des Objekts dargestellt werden können. Je höher die Energie der Röhre ist, desto dichter oder grössere Objekte können die Röntgenstrahlen durchdringen.
Der Detektor
Moderne CT-Systeme sind in der Regel entweder mit einem digitalen Flachdetektor (DDA) für Kegelstrahl-CT oder einem Zeilendetektor (LDA) für Fächerstrahl-CT ausgestattet – weitere Details zu den Techniken finden Sie unten. All diese Detektoren bieten eine sehr hohe Empfindlichkeit, Auflösung und Bit-Tiefe und erzeugen gestochen scharfe Bilder mit exzellentem Kontrast. Zeilendetektoren eignen sich besonders für hochwertige Fächerstrahl-CT-Scans von dickwandigen Bauteilen, die bei hohen Röntgenenergien geprüft werden.
Innovation durch die Nähe zum Kunden: der CTScan 3
Der enge Austausch mit Kunden und ein wachsames Auge für Marktentwicklungen sind die Treiber hinter Innovationen bei Comet Yxlon. Nur ein Beispiel: Inspiriert von der Notwendigkeit von Scanergebnissen, die nicht durch Röntgenstreustrahlung beeinträchtigt werden (wie sie bei Hochenergieanwendungen bei der Untersuchung dichter Materialien auftreten), hat Comet Yxlon den CTScan 3 entwickelt, ein Zeilendetektor-Array (LDA), das in puncto Bildqualität wie Auflösung, Kontrast und Stabilität ungeschlagen ist.
Der Manipulator
Der Manipulator positioniert und dreht das Prüfobjekt, damit Röntgenquelle und Detektor mehrere Aufnahmen aus verschiedenen Blickwinkeln erstellen können. Je nach Anwendung sind einige CT-Systeme mit Manipulatoren auf Stahlrahmenbasis ausgestattet, während andere auf Granit basieren, was aufgrund der höheren Temperaturstabilität im Vergleich zu Stahl eine einfachere mechanische Ausrichtung ermöglicht.
Die Software: Geminy
Geminy ist die einheitliche Benutzeroberfläche von Comet Yxlon für alle Arbeitsabläufe. Mithilfe von Assistenten und Voreinstellungen führt sie Anwender durch den Inspektionsprozess und optimiert Bildqualität und Geschwindigkeit durch leistungsstarke CT-Techniken.
Was sind die grundlegenden CT-Scanverfahren
Es gibt zwei grundlegende CT-Scantechniken: die Fächerstrahl-CT und die Kegelstrahl-CT, bei der eine Vielzahl von Scan-Trajektorien für die Bildaufnahme genutzt wird, wie z. B. Helix-Scan-CT oder Computerlaminografie.
Nachbearbeitungs-Tools zur Verbesserung der Bildqualität
Es ist die Kombination aus CT-Trajektorien und Rekonstruktions-/KorrekturalGORITHMEN, die Comet Yxlon CT-Systeme extrem leistungsstark macht. Die CT-Systeme nutzen leistungsstarke Optimierungen der CT-Bildqualität, um typische CT-Artefakte zu korrigieren, falls diese während oder vor dem Scan nicht vermieden werden können. Um Bediener bei der visuellen Bewertung der Produktqualität zu unterstützen, helfen Nachbearbeitungstools dabei, z. B. Metallartefakte, Ringartefakte, Rauschen oder parasitäre Streustrahlung zu reduzieren (ScatterFix 2.0).
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