CT ist als Instrument zur Qualitätssicherung im Automotive-Bereich etabliert. In diesem Vortrag werden Praxisanwendungen sowie die Herausforderungen an CT-Inline-Systemen vorgestellt.

Die Technologie der hybriden Teilchen (oder Photonen) zählenden Bilddetektoren wurde seit mehr als 2 Jahrzehnten durch Institutionen wie das CERN Medipix-/ Timepix-Chips) oder das Paul-Scherrer-Institut (Pilatus- / Eiger-Chips) entwickelt. Die Ursprünge dieser Technologie kommen aus der Hochenergie-Physik mit ihren Beschleuniger-basierten Experimenten, bei denen ein zuverlässiger und rauschfreier Nachweis jedes ionisierten Teilchens gefordert wird .Eine Energieauflösung wird ebenfalls oft gefordert. Das ist auch in der klassischen Radiographie von Nutzen, so wurden diese Detektoren auch dafür optimiert. Neueste Photonen zählenden Detektoren besitzen folgende exzellenten Bildeigenschaften: rauschfreie Photonen-Detektion in einem hohen Dynamikbereich (SNR > 2500 erreichbar), hohe räumliche Auflösung (bis zu 10 µm Pixelgröße), Energieschwellen bis zur vollen spektralen Auflösung und eine sehr hohe Geschwindigkeit (bis zu Tausenden Bildern pro Sekunde). Diese hybriden Detektoren können mit hochabsorbierenden Sensorschichten aus CdTe, CZT oder GaAs bestückt werden, um bildgebende Anwendungen mit Gamma- oder harten Röntgenstrahlen zu realisieren, in denen bisher Szintillator basierende Bilddetektoren dominierten (z.B. für NDT, SPECT, PET). Im Beitrag wird der erste wirklich große Photonen zählende Detektor mit CdTe und einer lückenlosen Detektionsfläche, die aus einer theoretisch unbegrenzten Anzahl von Medipix- / Timepix-Modulen besteht, gezeigt. Die erste kommerzielle Version eines solchen Detektors hat eine Fläche von 7cm x7cm, 1,6 Megapixel und erfüllt die Anforderungen der Prüfklasse „B“ in der industriellen Radiographie. Die Energie auflösenden Fähigkeiten dieses Detektors erlauben eine „Farb-Radiographie“, in der verschiedene Materialien in verschiedene Farben dargestellt werden. Der 2. Teil dieses Beitrags stellt einen voll spektral auflösenden Gamma- und Röntgen-Bilddetektor mit dickem CdTe und 2,4 Megapixel vor, der auf Timepix3-Chips basiert und eine sehr hohe Ortsauflösung von ~10 µm erreicht. Die hohe Zeitauflösung von Timepix3 wird mit großem Nutzen für eine substantielle Verbesserung der erhaltenen Bilder und Spektren zur Unterdrückung interner Fluoreszenzstrahlung sowie Compton-Streuungsanteilen, die die Bildinformation verschmieren, verwendet.

Ein optimaler und auslegungskonformer Betrieb ist das Ziel eines jeden Anlagenbetreibers. Unregelmäßigkeiten sollten möglichst ohne Betriebsunterbrechung detektiert und lokalisiert werden können. Die Einflüsse auf die Betriebsweise von Rohrleitungen und Chemieanlagen sind sehr vielfältig. Ablagerungen in Rohrleitungen führen beispielsweise zu erhöhten Druckverlusten oder gar zu Durchsatzeinbußen; Ablagerungen in Behältern zum Verlust wertvollen Lagervolumens. Ursachen für das Fehlverhalten von Kolonnen sind häufig Beschädigungen von Einbauten, die bei Packungs- oder Füllkörperkolonnen zu einer ungleichmäßigen Fluidverteilung über den Kolonnenquerschnitt führen können. Typische Probleme von Bodenkolonnen sind das Fluten einzelner Böden, das Mitreißen von Flüssigkeit, das Schäumen oder das Durchregnen. Mit Hilfe von Gamma-Durchstrahlungsverfahren, die auf der Schwächung der von einer umschlossenen Quelle emittierten ionisierenden Strahlung basieren, sind in der Lage, die beschriebenen Fehler zu detektieren und zu lokalisieren. Im Beitrag werden nach einer kurzen Erläuterung der physikalischen Grundlagen und des Messprinzips an Hand von Praxisbeispielen die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten und Grenzen des Gamma-Durchstrahlungsverfahrens vorgestellt.

In den letzten zwei Jahren wurden 11 neue Standards/Standardrevisionen zur RT veröffentlicht (ohne Strahlenschutz) und 5 werden dafür gestrichen. Es wird über die neuen Anforderungen ausgewählter Normen bzw. Normrevisionen informiert und insbesondere auch über die veränderten Parameter, die bei Prüfpraxis und bei der Klassifizierung zu berücksichtigen sind. Das wichtigste Projekt ist die Revision der DIN EN ISO 17636-1, -2, RT von Schweißverbindungen, in ISO TC 44 SC 5 WG 1. Die Standards zur Schweißnahtprüfung in der Kerntechnik, DIN 25435, wurden ins Englische übertragen und bei ISO TC 85 SC 6 bearbeitet. Hauptaktivität bei ASTM ist gegenwärtig die Überarbeitung der CT-Standards und die Berücksichtigung der Anforderungen an das dimensionelle Messen. Der Guide ASTM E 1441 zur Bestimmung von MTF, Kontrast-Detail-Funktion (CDF) und Kontrast-Diskrimination-Diagramm (CDD) wird revidiert. E 2445 zur CR Long Term Stability wird ebenfalls revidiert. Die Revision soll auch in die ISO 16371-1 eingehen. Dazu ist ein Round Robin-Test geplant. Auch die Standards zur Durchstrahlungsprüfung auf Korrosion und Ablagerungen in Rohren mit Röntgen- und Gammastrahlen (EN 16407-1, -2, 2014) wurden revidiert. Diese Revision wurde als DIN EN ISO 20769-1, -2 in 2018 veröffentlicht und EN 16407 wird zurückgezogen. Die Revision der Standards EN 12543 und EN 12679 zur Messung der Brennfleckgröße und der Strahlergröße ist mit Verzögerung in Überarbeitung, um die digitalen Detektoren und Messmöglichkeiten mit Bildverarbeitungsprogrammen zu berücksichtigen. Ein Entwurf zur Messung der Brennfleckgröße von nano-Fokusröhren wird derzeit vom Europäischen Metrologie-Programm EMPIR gefördert. Zur radiographischen Gussteilprüfung wurde der Standard EN 12681 revidiert und 2018 veröffentlicht. Er wurde um Zulässigkeitsgrenzen erweitert und die digitale Radiographie wurde in Teil 2 berücksichtigt.

Zum Schutz oder zur Veredelung werden viele Werkstoffe gezielt beschichtet, wobei die Beschichtung in zunehmendem Maße als Mehrschichtsystem aufgetragen wird. Solche Werkstoffbeschichtungen erfordern während oder nach dem Beschichtungsprozess eine Kontrolle hinsichtlich Materialeinsatz und Funktionalität. Dazu wird ein Messsystem benötigt, welches auch die Einzelschichtdicken innerhalb eines Mehrschichtsystems zerstörungsfrei, berührungslos und ohne Gefährdung des Benutzers ermitteln kann. Die Terahertz-Technologie hat in zahlreichen Laboruntersuchungen bewiesen, dass sie eine geeignete Technik zur Vermessung solcher Mehrschichtsysteme im technisch interessanten Dickenbereich von 10-200 μm ist. Der Einsatz im industriellen Umfeld stellt allerdings noch weitere Anforderungen an die Technik. Die Integration in den Produktionsprozess erfordert zum Beispiel einen Sensor, der mittels Roboter positioniert werden kann. Ferner gibt es im kontinuierlichen Produktionsprozess immer Lagetoleranzen, so dass sich die Probe zur Messung nicht immer an der gleichen Stelle befindet. In einer Produktionshalle sind zudem durch die Vielzahl an Maschinen immer Vibrationen vorhanden, die den Messprozess stören können. Das Messsystem muss mit diesen Störgrößen umgehen können. Zur Erfüllung dieser anwendungsbedingten Anforderungen wird das Terahertz-Messsystem mit zusätzlicher Sensorik ausgestattet. In mehreren Feldversuchen in Produktionsstätten der Automobilindustrie wurde die Einsatzfähigkeit erfolgreich demonstriert. In dieser Präsentation werden das Messsystem und der Einsatz der zusätzlichen Sensorik sowie die Ergebnisse der Feldversuche vorgestellt.

Die Verwendung der Schlierenoptik zur Visualisierung von Dichtegradienten in transparenten Medien (Wasser und Luft) ist seit langer Zeit bekannt und gut verstanden. Im industriellen Umfeld findet sich jedoch nur wenig Anwendung, da z.B. die Visualisierung von Strömungen an Fahrzeug- und Flugzeugteilen simuliert oder durch PIV (particle image velocimetry) ersetzt werden konnten. Durch die Verwendung von gepulsten Lichtquellen, schnellen Triggern und hochauflösenden Kameras, lässt sich die Schlierenoptik nutzen, um die Propagation von Ultraschallwellen in transparenten Medien darzustellen und zu quantifizieren. Im Vortrag soll der entwickelte Schlierenaufbau zur Charakterisierung von Ultraschallprüfköpfen aus der zerstörungsfreien Prüfung gezeigt und Ergebnisse vorgestellt werden. Verwendet wurden unter anderem fokussierende und nicht fokussierende Prüfköpfe bei 4 MHz und 5 MHz in einem Burst-Mode mit einigen wenigen Zyklen. Die Ultraschallwellen konnten sowohl in Waser als auch transparenten Kunststoffen zeitaufgelöst dargestellt werden. Die verwendete Beleuchtung wurde mit wenigen ns gepulst und bei niedriger Leistung betrieben. Die Abbildungsoptik ermöglichte ein Betrachtungsfeld von ca. 6 cm x 6 cm mit einer Auflösung von weniger als 100 µm. Ebenfalls gezeigt werden konnte die Interaktion der Ultraschallwellen mit verschieden künstlichen Defekten, wie z.B. Rissen oder Löchern. Der Aufbau ist geeignet, Prüfköpfe bis zu einer Frequenz von 20 MHz hinsichtlich der Schallwellengeometrie zu charakterisieren. In weiteren Schritten sollen Phased-Array Prüfköpfe untersucht, sowie die Scherwellenpropagation visualisiert werden. Ebenfalls Gegenstand der Entwicklung ist die Messung des Schalldrucks und die teilautomatisierte Umsetzung der Charakterisierung. Darüber hinaus sollen die bestehenden Bildverarbeitungsalgorithmen zur Quantifizierung weiterer Schallparameter optimiert werden. Diese Weiterentwicklungen ermöglichen zukünftig die schnelle und vollständige Beurteilung der Qualität von Ultraschallprüfköpfen.

Die Technologie des Ultraschalls ist aufgrund ihrer systemischen Diversität für die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche einsetzbar. In Abhängigkeit der verwendeten Systemkomponenten lassen sich Anwendungen wie Füllstandmessungen, Bauwerksprüfung, medizinische Bildgebung oder auch Seebodenvermessungen mit denselben technologischen Verfahren realisieren. Der Vortrag hat das Ziel, den heutigen Einsatz der Ultraschalltechnologie im Unterwasserbereich zu skizzieren und hierbei die Ähnlichkeiten und Unterschiede zu den Verfahren in anderen Anwendungsbereichen der Ultraschallnutzung (insbesondere in der Zerstörungsfreien Prüfung) aufzuzeigen. Im Fokus des Vortrages stehen hierbei die Methoden und Systeme zur bildgebenden Sonar-Technik auf Basis der Phased-Array-Technologie. Der aktuelle Stand von Wissenschaft und Technik im Bereich der Sonar-Bildgebung wird dargestellt und diskutiert. Darüber hinaus werden Perspektiven zukünftiger Technologien aufgezeigt, welche das Potenzial besitzen, die akustische Unterwasserbildgebung weiterzuentwickeln.

Phased-Array-Technik und Bildgebung mit Ultraschallwellen sind nach langer Entwicklungszeit inzwischen auf dem Weg zu allgemeiner Verbreitung. Daher bietet sich an, die verschiedenen Techniken und deren Begriffe wie z.B. Phased-Array, SAFT, TFM, FMC und Sparse-Array zusammenfassend in Beziehung zu setzen. All diesen Techniken liegt dieselbe Idee zu Grunde, nämlich durch gezielte Überlagerung von Ultraschallsignalen den gewünschten Effekt zu erreichen. Die verschiedenen Techniken werden kurz charakterisiert und neben den Unterschieden wird beschreiben, auf welche Weise bei all diesen Techniken das Phänomen der konstruktiven Interferenz jeweils genutzt wird.

Die bildgebende Ultraschall-Prüfung von Punktschweißverbindungen im industriellen Maßstab erfolgt heute überwiegend mittels C-Bild-Darstellung auf Basis von Matrix-Prüfköpfen ohne Phased-Array-Funktionalität. Dabei wird die laterale Bildauflösung durch die Größe der Einzelelemente limitiert. Phased Array-Systeme mit TFM-Bildgebung bieten prinzipiell die Möglichkeit, die Bildauflösung zu erhöhen und eine zuverlässigere i.O./n.i.O.-Klassifizierung der Schweißpunkte bis hin zur vollständigen 3D-Rekonstruktion vorzunehmen. Dabei sind allerdings einige Besonderheiten zu beachten, wie z.B. die relativ große Ausdehnung der Einzelelemente, die geringe Anzahl der Elemente in x/y-Richtung sowie der störende Einfluss des Elektrodeneindrucks. Im vorliegenden Beitrag wird die Wellenausbreitung bei der Prüfung von Zweiblechverbindungen im Detail untersucht und daraus Schlussfolgerungen für die TFM-Bildgebung abgeleitet. Es werden TFM-Ergebnisse an verschiedenen Schweißpunkten vorgestellt und mit hochauflösenden Referenzmessungen am Ultraschallmikroskop verglichen.

Moderne Phased-Array-Ultraschallprüfgeräte stellen dem Prüfer eine Vielzahl verschiedener Verfahren zur Ultraschallprüfung zur Verfügung, damit dieser seine Aufgabe bestmöglich erfüllen kann. Dieser Vortrag zeigt die Techniken auf, die in modernen Prüfgeräten implementiert sind. Anhand von Beispielen aus der Praxis werden die Vor- und Nachteile der einzelnen Verfahren gezeigt und diskutiert. Linear-, Sektor- und Compound-Scans gehören zu den Standardtechniken, die unter anderem bei der Schweißnahtprüfung eingesetzt werden. Die Prüfung mit der Total Focusing Method (TFM) basierend auf der Full Matrix Capture (FMC) Datenaquisition stellt besondere Anforderungen insbesondere an portable Prüfelektroniken und wird zum Beispiel zur Prüfung von HDPE-Muffen oder Wasserstoffinduzierten Rissen eingesetzt. Der Vortrag zeigt die Vorteile gegenüber den klassischen Techniken und diskutiert mögliche Nachteile. Abschließend wird gezeigt, wie die Vorteile der Total Focusing Method mit Plane Wave Imaging (PWI) auch bei höheren Prüfgeschwindigkeiten und kleineren Datenmengen genutzt werden können.