Institut fr Produktionsmesstechnik, Werkstoffe und Optik

Charakteristika und Anwendungen der Rntgentomographie

Nikolaus Herres

Interstaatliche Hochschule fr Technik Buchs NTB Werdenbergstrasse 4, CH-9471 Buchs (SG) http://www.ntb.ch 25. Mrz 20091

bersicht

Was ist das: Charakteristika

Rntgen-Computer-Tomographie? Gte einer 2D-Abbildung bergang zur 3D-Abbildung Erstellung der Rekonstruktion Schadensanalyse Produktkontrolle Reverse Engineering

Anwendungen

Zusammenfassung

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Was ist Rntgen-Computer-Tomographie ?

Rntgendurchstrahlungsmessung + Probenbewegung + Bildverarbeitung / -auswertung 3D-Darstellung von Objekten

zerstrungsfrei

fr Schadensanalyse

fr Produktkontrolle

fr Reverse Engineering3

Gte einer Abbildung:

der Kontrast74W

(I)

Beispiel:26Fe, 29Cu, 30Zn

Durchstrahlungs-Aufnahme eines Kugelschreibers

Kontrast entsteht durch Variation der Elemente der Materialdicke ~ (r Z4 ) t1H, 6C, 7N, 8O

Quelle: Phoenix X-ray4

Gte einer Abbildung:1 Absorptionsunterschied an benachbarten Probenstellen

der KontrastZ t,r E ~ 1/l

(II)

Ordnungszahl: Materialdicke und -dichte: Rntgen-Strahlungsenergie:

A - B tB - tC

Schwchungskoeffizient : Schwchung : Kontrast :

rZ 4

E3 I I 0 e t K I max I min I max I min

2 Streustrahlung 3 Detektor-Grauwertauflsung

Einsatz von Blenden und Filtern verbessert K idealerweise: mit 16 bit (digitale Bildkette)

Ziel: einen Kontrast von wenigstens 1 % herzustellen und nachzuweisen5

Gte einer Abbildung:

die Zeichenschrfe

(I)

Beispiel: Landepunkt eines ca. 25 m dicken Golddrahts

Geometrische Unschrfe: einige mDetailerkennung sub-m ( bildbearbeitet )

Quelle: Phoenix X-ray6

Gte einer Abbildung:4 Geometrische UnschrfeUg = (FDD/FOD - 1) F typische Foki: typische Mastbe: = ( m - 1) F

die Zeichenschrfe

(II)

F = 0,5 ... 50 m m = 1,5 ... 6

resultierende Unschrfe: Ug = 0,25 ... 300 m

5 Detektor-Rauschen wird verringert durch:

Mittelung und Integrationtypische Bild-Aufnahmedauer: 1 ... 6 sec / frame 10 ... 60 min / 600 framesQuelle: Feinfokus7

bergang zur 3-D AbbildungWie bei 2D-Aufnahmen: die Bildvergrsserung D/d geschieht ber die Positionierung der Probe

Neu: die Probe wird in Schritten gedreht: Winkelschrittweite < 1, Anzahl: > 400 Wichtig: die Probe muss whrend der Drehung vollstndig innerhalb des Strahlenkegels bleiben.

Quelle: Phoenix X-ray

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Erstellung der 3-D Rekonstruktion aus 2-D ProjektionenBeispiel: Kopf einer Zndkerze (Phoenix X-ray)Bearbeitung der Daten einer Scheibe

Projektion (600 Aufnahmen)

Inversion

log + Filter Rckprojektion einer Aufnahme

Rekonstruktion

berlagerung aller RckprojektionenPrinzip Volumen-Modell9

Anwendungen

Schadensanalyse

Nachweis von Lunkern in Guss

Gussteil

Lage eingebauter KomponentenProduktkontrolle

Lambda-Sonde Heizstab

Vergleich von 2D/3D Rntgen-Durchstrahlung

Reverse Engineering

Vermessung der Bauteilgeometrie

Werth

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ZusammenfassungDie CT liefert dreidimensional aufgelste Bilder mit Materialkontrast. Die Ortsauflsung der CT ist durch die Probengrsse begrenzt, sie erreicht nur fr kleine Proben den Mikrometerbereich. Stark anisotrop absorbierende Materialkombinationen und sperrige Proben knnen Artefakte erzeugen und die Rekonstruktion erschweren. Beliebige Schnitte durch eine Probe knnen dargestellt werden. Die Abnahme beliebiger Mae und der Vergleich mit CAD-Daten sind mglich.

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