Klick-CT: Modulare und kompakte Mikro-CT Messtechnik bis 0,3 μm

Wissenschaftler der Fraunhofer Projektgruppe NanoCT Systeme in Würzburg sowie des Anwendungszentrums CT in der Messtechnik in Deggendorf entwickeln gemeinsam ein kompaktes, modulares Mikro-CT-System für höchste Ansprüche, welche Proben bis 5 mm Messvolumen und mit bis zu 0,3 μm/Voxel abtastet. Das System ist umrüstbar auf Phasenkontrast und Dunkelfeld-CT und somit hervorragend geeignet für die Materialforschung zur Analyse dreidimensionaler Strukturen, wie z.B. Faserstoffe, Metallgefüge, granulare Stoffe und Schäume.

3D-CT-Aufnahme einer Holzprobe
© Fraunhofer IIS

Beispiel für eine Mikro-CT-Messung: Holz

Das System Klick-CT

Der Name »Klick-CT« steht für eine einfache Bestückung der Mikro-CT mit flexiblen Quell- und Detektorkomponenten sowie für eine einfache intuitive Bedienung der Messtechnik. In der hochauflösenden Variante ist die Klick-CT mit einer geschlossenen Mikrofokus-Quelle (150 kVp, ~5 μm Brennfleck) sowie mit einer hochauflösenden Röntgenkamera ausgestattet. Letztere erlaubt den vollautomatischen Wechsel zwischen drei Sichtfeldern (Field-of-View), von denen das Kleinste Ihre Proben mit 0,3 μm/Voxel abtastet, und das Größte bis zu 5 mm Messvolumen erfasst (1,4 μm/Voxel Abtastung).

Anwendungen

Typische Anwendungen für Mikrostrukturen, die mit Hilfe der Klick-CT gemessen werden, sind Kohlefaser- und Glasfaserkomposite (Faserdichte und räumliche Orientierung), Metalllegierungen (Phasenanteile und Form im Gefüge), metallische sowie organische Schäume (Porengröße und Verteilung) sowie Naturmaterialien wie Holz, Knochen und Stein.

3D-CT-Aufnahme einer CFK-Platte

Beispiel für eine Mikro-CT-Messung: CFK-Platte

Alleinstellungsmerkmale

Dank modernster Algorithmen aus dem Entwicklungszentrum Röntgentechnik (EZRT) ist es mit der Klick-CT möglich, kleine Bereiche mit hoher Auflösung auch innerhalb größerer Proben zu messen. Mithilfe dieser Region-of-Interest-(ROI)-CT erübrigt sich die aufwendige Präparation von sehr kleinen Proben, was besonders bei spröden Werkstoffen wie CFK von enormem Vorteil ist. Die exakte Ab-Werk-Kalibrierung der Klick-CT sowie die einfache semi-automatische Re-Kalibration garantieren die dauerhafte Maßhaltigkeit der Messungen auf kleinster Skala und ersparen das manuelle Justieren von Rekonstruktionsparametern. Ihre hohe räumliche Auflösung verdankt die Klick-CT – im Gegensatz zu herkömmlichen Mikro-CT-Systemen, welche mit starker projektiver Vergrößerung arbeiten – ihrer innovativen Röntgenkamera. Das System wird hierdurch nicht nur kostengünstiger, es entledigt sich auch bekannter Probleme wie Quellfleckdrift und Leistungsschwankungen, die den herkömmlichen Mikro-CT-Systemen inhärent sind.

Ausblick

Gleich der Quelle ist die Röntgenkamera leicht montier- und demontierbar. In Kürze wird das Fraunhofer EZRT einen Umrüstsatz für die Klick-CT anbieten, welcher es erlaubt, die hochauflösende Kamera gegen ein Tallbout-Lau-Gitter-Interferometer auszuwechseln, mit dem CT-Bilder im differentiellen Phasen- und Dunkelfeld-Kontrast gemessen werden. Die Klick-CT wird somit das erste kompakte Laborsystem sein, welches eine solche Umrüstung unterstützt, die ihrerseits wiederum preisliche und technische Vorteile gegenüber einem Zweitsystem bietet.

Tabelle: Kennwerte der Klick-CT für die drei verschiedenen Sichtfelder der Röntgenkamera (sCMOSChip: 2048² Pixel mit 6.5 μm/Pixel) und 50 mm Quell-Detektor-Abstand. *bei Pixelbinning verändern sich die gezeigten Werte, dafür ist die Messzeit deutlich kürzer im Vergleich zur vollen Auflösung. Die Messfeld-Erweiterung bedingt eine doppelte Winkelabtastung, somit doppelte Messzeit. Die reale Ortsauflösung der 3D Messung hängt vom Szinitillationsschirm ab und liegt i.d.R. etwas unter dem lichtoptischen Grenzwert.

Optik Voxel-sampling/μm Messfeld (FOV)/mm Erweitertes Messfeld/mm
20 X 0,30 0,62 1,1
10 X 0,56 1,2 2,1
4 X 1,4 2,8 5,0