DGZfP-JAHRESTAGUNG 2003

ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung

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Röntgen-Computertomographie in der industriellen Fertigung (Kraftfahrzeug-Zulieferer) - Anwendungen und Entwicklungsziele

Erich Zabler, Marianne Rosenberger und Ralf B. Bergmann Robert Bosch GmbH, Zentralabteilung Forschung und Vorausentwicklung, Angewandte Physik (FV/FLP), D-70049 Stuttgart
Kontakt: Zabler Erich Dr.-Ing.

Kurzfassung

Die Röntgen-Computertomographie erreicht beim heutigen Stand der Technik mit einer räumlichen Auflösung von einigen 10 ľm Mess-, bzw. Rekonstruktionszeiten von typisch 30 min bei leicht durchstrahlbaren Objekten. Die Methode ermöglicht außerdem neue Möglichkeiten der Detektion von Ungänzen und der Vermessung sonst unzugänglicher geometrischer Strukturen. In diesem Stadium kann sie bereits bei Auswahlprüfungen und auch als Referenzverfahren zur Verifikation anderer, einfacherer Prüftechniken sehr nützliche Dienste leisten. Darüber hinaus wächst bei der Fertigung kritischer Teile zunehmend der Wunsch nach einer dem Serientakt der Massenfertigung von typischerweise 10 s schritthaltenden 100%-Prüfung (Real-Time CT). Hierzu muss die Mess- und Rekonstruktionszeit inklusiv der automatisierten Gut/Schlecht-Klassifikation der Prüfteile gegenüber heutigem Stand um fast zwei Größenordnungen verkürzt werden. Bei der Fertigung von Präzisionsteilen wie z.B. Diesel-Einspritzventilen besteht der Wunsch, eine Auflösung bzw. Genauigkeit von < 1 ľm zu erreichen. Darüber hinaus sollen auch andere Anforderung erfüllt werden, die meist dem Wunsch der Prozess- und Funktionsoptimierung von Komponenten entspringen jedoch mit den am Markt erhältlichen Systemen noch nicht erreicht werden (wie z.B. extrem schnelles Röntgen zur Beobachtung bewegter Teile). Zu diesen Problemen werden Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt.

1. Einleitung

1.1. Prinzip der Röntgen-Computertomographie

Die Röntgen-Computertomographie (RCT) ist eine erfolgreiche Weiterentwicklung der einfachen Durchleuchtungstechnik (Radiographie). Im Gegensatz zu Anwendungen in der Medizin kann man jedoch in der industriellen Anwendung eine wesentlich höhere Strahlungsdosis verwenden. Da sich das zu untersuchende Teil im Gegensatz zur medizinischen Anwendung während der für die Tomographie erforderlichen Anzahl von radiographischen Aufnahmen nicht selbst bewegt, sondern in exakt gleicher Position bleibt, werden Bewegungsunschärfen vermieden. Auf diese Weise lassen sich nach in der Literatur bekannten Methoden [1, 2], sehr scharfe ‚virtuelle' Schnittbilder herstellen, ohne - wie bisher üblich - den Prüfkörper zur Herstellung von Schliffbildern zu zerstören. 1.2. Übersicht der Einsatzgebiete Nach unserer Erfahrung in der Bosch-Forschung kann die RCT bei der Fertigung und Entwicklung sehr effizient auf folgenden Gebieten eingesetzt werden:
  • Detektion von Poren, Lunkern, Rissen und Materialdopplungen in Guss- und Vergussteilen (z.B. aus Aluminium, Stahl, Kunststoff oder Keramik)
  • Detektion von Poren, Lunkern, Rissen und Materialdopplungen in kaltverformten, z.B. tiefgezogenen Teilen
  • Prüfung der Qualität von Verbindungsstellen (Schweißen, Löten, Kleben, ...)
  • Prüfung auf korrekte und vollständige Montage
  • Vermessung und Prüfung verdeckter geometrischer Strukturen (Rundungsradien, Wandstärken, Winkel, Konturverläufe, ...)
  • Messung von Dichteverteilungen
Während sich in der Anfangszeit das Interesse auf die Untersuchung von Gussrohlingen von vergleichsweise großen Reihenpumpen aus Aluminium mit einer Masse von 14 kg konzentrierte, deren maximale, zu durchstrahlende Abmessungen bei ca. 30 cm liegen [3], besteht der heutige Bedarf hauptsächlich in der Untersuchung von kleineren Teilen mit einer Masse von nur einigen hundert Gramm. So kommt man für die meisten Anwendungen heute mit einer sehr scharf abbildenden (räumliche Auflösung ca. 10 ľm) Mikrofokus-Röntgenröhre (< 225 keV) aus, während große Reihenpumpen die stärkste z. Zt. verfügbare Standardröhre mit Strahlenergien von bis zu 450 keV erfordern.

2. Ausgewählte typische Beispiele

Die Zahl der untersuchten Beispiele ist inzwischen sehr groß [2, 3]. Wir betrachten im Folgenden einige typische und aktuelle Beispiele.

2.1. Defekte in Guss- und Sinterteilen

Beim Abkühlen und dem damit meist verbundenen Schrumpfen von heiß vergossenen Teilen können im Innern des Teils leicht Hohlräume entstehen, da das von außen abkühlende Material - im Falle eines noch nicht optimierten Gießprozesses - ein Nachfließen zum Auffüllen der Hohlräume verhindert. Die meist zerklüfteten Hohlräume werden als Schrumpflunker oder Vakuolen bezeichnet. Sie können gefährliche Kerbwirkungen zeigen. Von mehr runder Form sind meist sog. Gasporen, die durch Ausgasung gelöster Stoffe beim Abkühlen der Schmelze entstehen und nicht mehr durch die bereits verfestigte Außenhaut entweichen können. Ein Beispiel, bei dem die RCT entscheidend zur Verbesserung des Fertigungsprozessen beigetragen hat, zeigt Bild 1. Es zeigt ein aufgeschnittenes Kunststoffzahnrad, welches zahlreiche und große Lunker aufweist, die in tomographischen Schnitten hervorragend sichtbar gemacht werden konnten. Die Vakuolen treten zudem genau an der mechanisch kritischen Zone unterhalb der Zähne auf. Nicht zuletzt die klare Analyse dieser Defekte ermöglichte auch deren Behebung. Durch eine Optimierung der Speisergeometrie, wird die Bildung von Vakuolen vermieden, siehe Bild 2, und die Prüfung sicher auf Stichproben reduziert.

a) b) c)
Bild 1: a) mechanischer Schnitt durch ein Kunststoff-Schneckenrad (Durchmesser 92 mm) mit zahlreichen Vakuolen; b) tomographische Schnitte durch das Schnecken- rad.

a) b)
Bild 2: a) mechanischer Schnitt durch ein lunkerfreies Zahnrad, hergestellt mit b) optimiertem Speiser.

Beispielhaft für eine Fehleranalyse steht Bild 3. Hier trat bei einer elektronisch gesteuerten Diesel-Verteilerpumpe an der markierten Stelle im Betrieb Kraftstoff aus. Eine tomographische Prüfung der fraglichen Zone ließ klar den durch Schrumpflunker gebildeten Leckagekanal erkennen. Im Bereich der Auflagekante des Nockenrings der Pumpe traten bei einer bestimmten Charge bisweilen Kavitationsschäden durch Öffnung oberflächennaher Poren auf, siehe Bild 4. Durch tomographische Untersuchung einer eng begrenzten Zone um die Auflagekante konnten gefährliche Poren detektiert werden.

a) b)
Bild 3: a) Verteilerpumpe VP44 mit rot markierter Leckagezone, b) tomographischer Schnitt durch das Pumpengehäuse, der die dafür verantwortlichen Lunker zeigt.

a) b)
b)
Bild 4: Kavitationsschäden durch oberflächennahe Poren a) im Bereich der Auflage des Nockenrings, b) Schliffbild, c) tomographischer Schnitt im Auflagebereich

Bild 5 zeigt Ventilkugeln aus Keramik mit schalenförmigen Abplatzern, die im Betrieb unbedingt vermieden werden müssen. Vor Ausfall zeigen solche Kugeln helle und dunkle Flecken, bzw. Linien an der Oberfläche, die man optisch detektieren kann. Etwas tiefer liegende, ebenfalls schalenförmige Dichteunterschiede können jedoch trotz des geringen Kugeldurchmessers von nur 1,34 mm röntgenologisch und zwar vorzugsweise tomographisch gut sichtbar gemacht werden. Obwohl sich hier mindestens 8 Kugeln gleichzeitig prüfen ließen, wäre die Messzeit für eine 100%-Prüfung nach derzeitigem Stand der Technik noch zu lang.

a) b)
Bild 5: Keramikkugeln: a) Kugel mit. ‚Abplatzern', b) tomographischer Schnitt (Pixelgröße 11 ľm) durch 3 defekte Kugeln, bei denen die Fehler sich durch helle Flecken (Dichteunterschiede) abzeichnen.

2.2. Detektion von Ungänzen in kaltverformten, z.B. tiefgezogenen Teilen

Durch Prozesse der Kaltverformung, wie z.B. Tiefziehen, können Ungänzen (Poren, Risse, Materialdopplungen), die bereits im Ausgangsmaterial vorhanden waren, verschärft werden; es können jedoch auch durch den Verformungsvorgang neue Defekte hinzugefügt werden, so dass eine Prüfung nach dem Verformungsvorgang unvermeidlich erscheint. Während für einfache Hülsenformen durchaus einfachere Prüfverfahren (Wirbelstrom, Ultraschall, [5, 6]) in Betracht kommen, erscheint für komplexerer Formen, wie die in Bild 6 dargestellt Tiefziehhülse, nur die RCT ein sicheres und geeignetes Verfahren zu sein, um alle relevanten Ungänzen zu erfassen. Aber auch hier sind nach derzeitigem Stand der Technik die Messzeiten für eine 100%-Prüfung noch um 2 Größenordnungen zu lang.


Bild 6:
Tomographisch detektierte Schlauchpore in einer Tiefziehhülse

Bild 7:
CT-Abbildung eines Wellrohrbalgs mit künstlich eingebrachten ‚Rissen' in 3D-Darstellung

Komplex ist auch die Form eines doppelwandigen Wellrohrbalgs. Auch hier kann nur die RCT-Prüfung innere und äußere Ungänzen zuverlässig erfassen. Bild 7 zeigt die 3D-Rekonstruktion künstlicher, mittels Laserschnitt eingebrachter ‚Fehler' von der Abmessung B x H x L = 50ľm x 50ľm x 100ľm, die parallel und senkrecht zur Balgachse eingebracht wurden, um das Auflösungsvermögen der RCT-Prüfung zu testen.

2.3. Defekte in Füge- und Verbindungsstellen

Der weitaus größere Teil der Poren, die beim Laserschweißen in der Schmelzzone entstehen, sind von außen nicht zu sehen und verschließen sich auch meist Prüfverfahren, die noch oberflächennahe Ungänzen zu detektieren vermögen. Solche Ungänzen können auch nicht radiographisch erfasst werden, sind aber tomographisch klar zu erkennen. Bild 8 lässt sogar auf den Entstehungsmechanismus der dort sichtbaren Gaspore schließen, siehe Teilbild b. Direkt unter der Pore ist nämlich aufgrund ihres Dichteunterschieds eine zeilige Struktur im Massivmaterial des Sitzträgers zu erkennen, evtl. ein Metalloxyd, das beim Erschmelzen eine Sauerstoffblase freisetzte, die nicht mehr zur Oberfläche entweichen konnte. Solche zeilige Strukturen dürfen laut Spezifikation im Massivmaterial nicht enthalten sein.

a) b)
Bild 8: a.) Lasergeschweißte Verbindung zwischen Spritzlochplatte und Sitzträger eines Benzin-Einspritzventils, b.) orthogonale CT-Schnitte durch die Schweißnaht, welche eine Pore und ihren Ursprung sichtbar machen

Bild 9 zeigt eine tomographisch aufgenommene Schweißnaht, deren Qualität auch sonographisch gut geprüft und beurteilt werden kann. Um jedoch festzustellen, wie genau die Ultraschallmethode die in den Schweißnähten tatsächlichen enthaltenen Ungänzen wie Poren, Lunker und Risse wiedergibt, leistet die RCT gute Dienst als Referenzverfahren. Mittels geeigneter Softwaretools lassen sich aus den Rekonstruktionsdaten ohne weiteres die Anzahl, Größe, Form und Lage der einzelnen Ungänzen extrahieren, auflisten und auf das genaueste mit den Pflichtenheftforderungen, bzw. den US-Ergebnissen vergleichen. Die herkömmliche Schliffbildanalyse erscheint dagegen extrem aufwendig und wesentlich ungenauer.

a) b)
Bild 9: a) 3D-Darstellung der zu untersuchenden Schweißnaht, b) tomographischer Schnitt durch die Schweißnaht mit absichtlich schlecht gewählten Schweißparametern.

2.4. Prüfung auf korrekte und vollständige Montage

Bei sehr vielen Teilen ist nach erfolgter Montage von außen her nicht mehr einfach festzustellen, ob diese korrekt und vollständig erfolgte. Beispielhaft zeigt Bild 10 die Überprüfung, ob eine in der Diesel-Einspritzdüse montierte Düsennadel mittig sitzt.

a) b)
Bild 10: a) Einspritzdüse des Common Rail Injectors, b) tomographische Prüfung auf mittigen Sitz der Düsennadel.

Neben dieser statischen Prüfung wäre auch eine dynamische Prüfung von Interesse (s.u.), bei welcher festgestellt wird, ob sich die Nadel auch mittensymmetrisch aus ihrem Dichtsitz hebt oder dabei evt. desachsiert. Teilweise geht es jedoch auch um die Beantwortung einfacherer Fragen, ob z.B. ein erforderliches Kraftstoff-Feinsieb eingesetzt wurde oder nicht. Solche Aussagen fallen oft auch automatisch bei der dimensionellen Vermessung und Prüfung auf Materialdefekte der Teile mit an, sodass sich eine separate Prüfung erübrigt.

2.5. Vermessung unzugänglicher Geometrieparameter

Nach einem anfänglich dominierenden Bedarf an qualitativer tomographischer Prüfung zur Detektion von Material und Bearbeitungsfehlern kommt von Seiten der feinmechanischen Präzisionsfertigung von Dieseleinspritzkomponenten immer mehr auch der Wunsch nach dimensioneller Prüfung bzw. Messung hinzu. Die dort eingesetzten Verfahren zur hochgenauen, optischen oder taktilen Messung von Oberflächen und geometrischen Strukturen versagen an den für diese Messtechniken unzugänglichen Stellen. Hier erscheint die RCT als eine wichtige Ergänzung. Es erscheint auch möglich, beide Messtechniken in einem Gerät zu vereinen. Diese Absicht ist gepaart mit dem Wunsch, die nach heutigem Stand der Technik gültige Auflösungs-, bzw. Genauigkeitsgrenzen der RCT von 5...10 ľm mindestens in den Bereich von 1 ľm zu verschieben.

a) b)
Bild 11: a) Diesel-Einspritzdüse: Zu vermessende Geometrieparameter, b.) Messung der Stegbreite zwischen Zulauf- und Zentralbohrung

Bild 12: Vermessung des Spickelradius' R: a) konventionell zerstörend, b) radiographisch, c) tomographisch.

So gibt es beispielsweise an der Einspritzdüse eines Common Rail Einspritzsystems eine ganze Reihe von geometrischen Parametern, welche tomographisch vermessen werden sollen, siehe Bild 11a. Sehr einfach lässt sich beispielsweise die zwischen der tiefen Zuleitungsbohrung und der Zentralbohrung bestehende Wandstärke messen, siehe Bild 11b. Die Zuleitung bildet an ihrer Mündung in den sog. Druckraum eine Verschneidungskante (Spickel), deren Rundungsradius (200 ľm) sorgfältig geprüft und eingehalten werden muss. Bild 12 zeigt deutlich die Überlegenheit der tomographische Vermessung. Wünschenswert ist auch die genaue und schnelle röntgenologische, d.h. tomographische Vermessung der 6-zähligen Spritzlochgeometrie von CR-Einspritzdüsen, die heute stichprobenartig an Abformkörpern gemessen wird, siehe Bild 13a. Zwar sind die Abspritzkanäle auch feinsten optische Sonden höchster Genauigkeit zugänglich, doch kann auch diese Messung wegen des Zeitaufwands nur stichprobenartig vorgenommen werden. Hier verspricht eine weiterentwickelte RCT eine berührungs- und zerstörungsfreie, schnelle und gleichzeitige Vermessung aller Kanäle an allen Teilen. Erste Messungen, wie in Bild 13b und c dargestellt, zeigten zwar eindrucksvoll das Potential der Messmethode, reichen aber an die Auflösungs- und Genauigkeitsansprüche der Anwender (< 1ľm) noch nicht heran. Des weiteren besteht auch noch eine erhebliche Diskrepanz bzgl. der Messzeit, die es zu überwinden gilt.

Bild 13: Vermessung der Spritzlochgeometrie einer CR-Düse: a) mittels Abformkörpern (REM-Aufnahme), b) mittels tomographischer Schnitte. c) 3D-Darstellung der rekonstruierten CT-Daten.

3. Ausblick

Wie die bisherigen Ausführungen zeigen, leistet die RCT schon nach heutigem Stand der Technik in der industriellen Fertigung sehr gute und nützliche Dienste bei:
  • Stichprobenprüfung,
  • 100%-Prüfung bei geringen Stückzahlen (100 ... 1000) bei kritischen Chargen oder beim Fertigungsanlauf,
  • Referenzmessung oder Verifikation für einfachere Prüfverfahren, z.B. Ultraschall,
  • Fehleranalyse (Feldausfälle),
  • Funktions- und Prozessoptimierung.
Gleichzeitig wird auch klar, in welche Richtung die Weiterentwicklung gehen muss, um den Messbedarf der Fertigung besser und umfassender abdecken zu können.

3.1. Schnelle RCT

Größtes Hindernis für eine breitere Anwendung zur 100%-Prüfung in der Fertigung ist die derzeitige Mess- und Rekonstruktionszeit von ca. 10 ... 60 min pro Messung, je nach Größe de Objekts und der Qualität der Wiedergabe. Zwar können teilweise Zeitvorteile gewonnen werden durch:
  • gemeinsame Vermessung mehrerer Teile,
  • gleichzeitige Vermessung mehrerer Parameter eines Teiles,
was jedoch meist nicht ausreicht, an die Taktzeiten von Produkten, für welche eine tomographische Messung lohnend erscheint, heranzukommen. Diese liegen typisch im Bereich 5 ... 20 s. Demnach müsste die gesamte Mess- und Auswertezeit um etwa einen Faktor 100 verkürzt werden. Bild 14 zeigt ein Anlagenkonzept, das ohne grundlegende Neuentwicklungen für schnelle Messungen geeignet erscheint. Es unterscheidet sich in folgenden 3 Punkten wesentlich von derzeitigen Standardanlagen:
  • Der Drehtisch wird - ähnlich wie in der Medizin - kontinuierlich gedreht und nicht für jede Aufnahme angehalten.
  • Die dadurch entstehende Bewegungsunschärfe, wird durch eine gepulste Röntgenquelle stark unterdrückt.
  • Zur Beschleunigung der Rekonstruktionsrechnung werden mehrere PCs modernster Bauart (Dual P4-Prozessoren mit 2 GHz Taktfrequenz) zusammengeschaltet.

Bild 14: Möglicher Aufbau einer schnellen CT-Anlage für Mess- oder Prüfaufgaben im Fertigungstakt

Erste interessante Anwendungsmöglichkeiten für eine solche schnelle CT-Anlage bestünden vor allem bei der Überprüfung von Laserschweißnähten z.B. an Benzineinspritzventilen oder auch bei der Prüfung der dort eingesetzten Tiefziehhülsen und Wellrohrbälgen.

3.2. Hochauflösende RCT

Im Bereich des dimensionellen Messens sollte die Auflösung um mindestens einen Faktor 10 verbessert und auf < 1 ľm gebracht werden. Hauptursachen für die begrenzte Auflösung heute üblichen Röntgensystem sind:
  • Der endliche Brennfleckdurchmesser von 5..10 ľm der heute gängigen Mikrofokus-Röntgenröhren, die Ihre Strahlung kegelförmig abgeben.
  • Die endliche Auflösung der gepixelten Röntgendetektoren, welche bei gleicher Größe bei weitem noch nicht an die Auflösung der konventionellen Röntgenfilme heranreichet, die in einer Fertigung nicht einsetzbar erscheinen.
Höhere Auflösung versprechen die heute schon an der Schwelle des Einsatzes stehenden, sog. Nanofocusröhren mit einem Brennfleckdurchmesser von < 1 ľm, deren Strahlenergie aber zunächst noch auf Werte um 100 kV begrenzt scheint.


Bild 15:
Spritzlochgeometrie einer CR-Düse, aufgenommen a.) mit einer Mikrofocusröhre (Auflösung 10 ľm), b.) mit Synchrotronstrahlung (Auflösung 4 ľm)

Kleine Objekte von einer Ausdehnung < 1 cm lassen sich auch heute schon mit der gewünschten Auflösung darstellen, wenn man dazu - in Verbindung mit einem hochauflösenden, monolithisch hergestellten Detektor (2000 x 2000 Pixel) das parallele, erforderlichenfalls auch monochrome Röntgenlicht benutzt, welches in einem Synchrotron (z.B. ERSF, Grenoble/FR) erzeugt wird. Bild 15 zeigt eine damit rekonstruierte Darstellung der Spritzlochgeometrie der CR-Düse; Bild 16 mit einer Auflösung unter 1 ľm die innere Struktur einer Keramikkugel (vgl. Bild 5).

Bild 16: Mit Synchrotronstrahlung aufgenommenes Tomogramm einer Keramikkugel mit Ungänzen, die hier deutlich als schalenförmige Bindungsfehler erkennbar sind.

3.3. Hochgeschwindigkeits-Radiographie

Neben den bisher geschilderten statischen Untersuchungen gibt es bisweilen Bedarf, auch Teile in Bewegung zu beobachten, die anderen, vor allem bildhaften Erfassungen nicht zugänglich sind. So will man beispielsweise die Bewegung einer Düsennadel beobachten können, wenn sie sich aus ihrem Sitz hebt. Bewegt sie sich unsymmetrisch, d. h. in einer leichten Taumelbewegung aus dem Sitz, siehe Bild 17, hat das negative Auswirkungen auf den Abspritzkegel des abgespritzten Kraftstoffes, deren genau Ursache man aber nicht kennt. Ein genaueres Verständnis dieses Sachverhalts könnte wesentlich zu einer Optimierung der Nadelführung beitragen.

Bild 17: Öffnungsvorgang eines Diesel-Einspritzventils, dargestellt durch Differenzbildung von jeweils zwei Radiographien (Mikrofokussystem 5 W, Auflösung 5 ľm)

Bei den extremen Forderungen an die zeitliche und räumliche Auflösung ist diese Aufgabe auf jeden Fall zunächst nur radioskopisch lösbar. Die geforderte Auflösung liegt bei 5 ľs pro Bild und 5 ľm in beiden Raumrichtungen. Bei der Aufnahme sollen nicht nur wenige Einzelbilder, sondern quasi ein ‚Film' entstehen. Bild 18 zeigt den möglichen Aufbau einer solchen Anlage, wie er in einer Vorstudie konzipiert wurde. Auch er wäre im wesentlichen mit vorhandenen Komponenten darstellbar, wenngleich der verwendete Bildsensor leicht modifiziert werden müsste. da es heute keinen Bildsensorchip gibt, der in der Lage wäre, Bilder in der hier geforderten Geschwindigkeit auszulesen.


Bild 18: Hochgeschwindigkeits-Radiographieanlage zur Beobachtung schnell bewegter, unzugänglicher Teile.

3.4. Möglichkeiten der Röntgen-Phasenkontrasttomographie

Strukturen und Gefügezonen mit nur geringfügig unterschiedlicher Dichte gegenüber dem Umgebungsmaterial können im Absorptionskontrast grundsätzlich nur schwer sichtbar gemacht werden. Im reinen Absorptionskontrast lässt sich eine Struktur oder Strukturschwankung nur sichtbar machen, wenn sie die Absorption des durchgehenden Röntgenstrahls um > 1% ändert. Entscheidend ist das Produkt aus Längenausdehnung der Struktur und der Differenz des Absorptionskoeffizienten. Ist einer der beiden Faktoren null, kann die Struktur nicht erkannt werden. Strukturen müssen also immer eine gewisse Volumenausdehnung haben und einen deutlichen Unterschied im Absorptionsverhalten zeigen, um sichtbar gemacht werden zu können. In kohärentem, parallelen Röntgenlicht, wie es beispielsweise ein Synchrotron liefern kann, lassen sich Prüfteile nicht nur im Absorptionskontrast, sondern auch im Phasenkontrast betrachten. Hier werden dann auch die Grenzen zwischen Gefügebezirken sichtbar, die sich nur sehr wenig in ihrer Dichte unterscheiden. Wie Bild 19 zunächst nur an einer Schnittprobe zeigt, könnte sich damit evt. ein alter Wunsch der Laserschweißtechnik erfüllen lassen, nämlich Schweißlinsen - ähnlich wie in den sonst üblichen, zerstörend hergestellten Schliffbildern - auch zerstörungsfrei sichtbar machen zu können. Genaugenommen zeigt Bild 19 eine radiographische Überlagerung von Phasen- und Absorptionskontrast. Die Schweißlinse ist jedoch auch in tomographischen Aufnahmen, wenn auch nicht so deutlich, erkennbar.


Bild 19:
Phasenkontrastaufnahme einer Schnittprobe aus dem Benzineinspritzventil EV 6: Die Schweißlinse wird im Phasenkontrast sichtbar.

Man kann jedoch auch bei Röntgenröhren mit einer Brennfleck-, bzw. Fokusgröße im Bereich 1 ľm (Nanofocusröhren) unter vernünftigen Laborbedingungen (Abstand Quelle-Detektor < 50 cm) die räumliche Kohärenz des ‚weißen Röntgenlichts' für Phasenkontrastmessungen ausnutzen [4]. Darüber hinaus ist zu prüfen, ob nicht auch die mit normalen Mikrofocusröhren erzeugte Röntgenstrahlung genügende Kohärenz aufweist, um damit ähnliche Effekte erzeugen zu können.

4. Fazit

  • Kein anderes zerstörungsfreies Prüfverfahren hat vergleichbare Durchdringungsfähigkeit wie die Röntgentechnik.
  • Röntgen-CT besitzt mit Querschnitts- und 3D-Darstellungen weit höhere Aussagekraft als einfache Durchleuchtung (Radiographie). D.h. tomografische Schnitte bieten im Gegensatz zu Radiographien höheren Kontrast; sie sind weitgehend maßhaltig und verzerrungsfrei.
  • Defekte sind genau lokalisierbar, verborgene Strukturen lassen sich geometrisch 3-dimensional genau vermessen.
  • Die Röntgen-CT besitzt noch ein hohes Entwicklungspotential, mit dem sich viele der spezifischen Wünsche industrieller Anwender erfüllen lassen. Möglicherweise bewirkt die industrielle Anwendung sogar einen kräftigen Entwicklungsschub auf die Röntgen-Computertomographie.

Danksagung

Den Experten und Kollegen des EZRT der Fraunhofer Gesellschaft Saarbrücken/Erlangen, auf deren CT-Anlage die meisten der hier gezeigten Ergebnisse gewonnen wurden und welche die oben gemachten Aussagen erst ermöglichten, sei für die stets hervorragende Beratung und sehr gute Zusammenarbeit gedankt.

Referenzen

  1. Dössel, O.: ‚Bildgebende Verfahren in der Medizin - Von der Technik zur medizinischen Anwendung', Springer-Verlag, Berlin - Heidelberg, 2000
  2. Maisl, M. u.a.: ‚Anwendungen der industriellen 3D-Computertomographie', Dach-Jahrestagung 2000 der DGZFP, Innsbruck 29.-31. Mai 2000
  3. Zabler, E.; Siegle, A.: ‚Röntgen-Computertomografie blickt in die Produkte hinein', Bosch-Zünder, 80. Jahrg. Nr. 12, Stuttgart Dez. 2000
  4. Mündliche Kommunikation mit Dr. R. Hanke, IIS der Fraunhofer-Gesellschaft, Erlangen
  5. Tönshoff, H.K., Inasaki, I.: ‚Sensors in Manufacturing', Volume 1, WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim 2001
  6. Deutsch, V. u.a.: ‚Ultraschallprüfung - Grundlagen und industrielle Anwendungen', Springer-Verlag, Berlin - Heidelberg, 1997

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