Strahlungsstabile Röntgendetektoren

Die Röntgentechnik hat für die zerstörungsfreie Materialprüfung einen sehr hohen Stellenwert. Entscheidend für die Leistungsfähigkeit dieser Prüftechnik ist der Röntgendetektor bzw. das Röntgenbild. Während in der Vergangenheit an erster Stelle der Röntgenfilm als bildgebendes Element eingesetzt wurde, werden sowohl im medizinischen wie auch im industriellen Bereich heute zunehmend digitale Röntgendetektoren verwendet. Da auch die Detektoren bei der Bildaufnahme der Röntgenstrahlung ausgesetzt sind, ist für eine gute und konstante Bildqualität eine hohe Strahlungsstabilität der Detektoren entscheidend.

Im industriellen Umfeld sind Flat-Panel-Detektoren und herkömmliche Zeilenkameras nach kurzer Einsatzzeit aufgrund der hohen Strahlungsenergie irreversibel geschädigt und müssen ersetzt werden. Die Röntgenstrahlung wird nicht vollständig vom Szintillator absorbiert und schädigt den direkt dahinter liegenden Halbleiter. Dies macht sich unter anderem durch Pixel- und Spaltendefekte oder die Überlagerung von verschiedenen Aufnahmen, das sogenannte Image-Lag, bemerkbar.

Die konstant hohe Bildqualität und lange Lebensdauer des digitalen Röntgendetektors XEye des Fraunhofer-Entwicklungszentrums Röntgentechnik EZRT in Fürth sichern über Jahre hinweg ein zuverlässiges Ergebnis in der industriellen Röntgenprüfung. Ein Nachführen von Bildverarbeitungsparametern für die automatische Fehlerdetektion ist aufgrund der stabilen Bildqualität nicht länger erforderlich.

Das Prinzip dieser Röntgendetektoren beruht auf der digitalen Aufnahme einer Leuchtfolie (Szintillator), die – angeregt durch die Röntgenstrahlung – sichtbares Licht emittiert. Mehrere optische Kameras erfassen überlappende Teilbereiche des Szintillators, die Einzelbilder werden anschließend nahtlos zu einem Gesamtbild zusammengefügt. Das patentierte Strahlenschutzkonzept, das sämtliche elektronischen und optischen Komponenten vor Röntgenstrahlung bis mindestens 225 kV Röhrenspannung abschirmt, gewährleistet die lange Lebensdauer und stabile Bildqualität der Röntgendetektoren.

© Fraunhofer IIS
XEye 5030 zeichnet sich durch eine große Detektorfläche und gleichzeitig hohe Auflösung aus

Anwendungsfelder

XEye-Röntgenkameras werden in verschiedenen Industrieanwendungen, beispielsweise der Schweißnahtprüfung, seit mehr als acht Jahren täglich rund um die Uhr eingesetzt, ohne dass eine Veränderung der Bildqualität festgestellt wurde. In der Automobilindustrie werden XEye-Detektoren zur zuverlässigen Prüfung von Fahrwerkgussteilen und Rädern im Fertigungszyklus genutzt. Durch die hohe Bildwiederholrate können in weniger als 25 Sekunden dreidimensionale Objektdaten von Motorkolben mit einem in die Fertigungslinie integrierten Computertomographie-System erzeugt werden. Auch in anderen Bereichen der industriellen Qualitätssicherung werden Röntgendetektoren des Fraunhofer EZRT erfolgreich eingesetzt, beispielsweise für die Lötstelleninspektion an elektronischen Baugruppen, die Detektion von Fremdkörpern in Lebensmitteln oder die Zählung von SMT-Komponenten in Spulen.

Die jüngste Entwicklung des Fraunhofer EZRT ist die hochauflösende Röntgenkamera XEye5005 mit einer Pixelgröße von 50 μm: Sie kann sowohl als Matrix - als auch als Zeilenkamera betrieben werden. Als Zeilendetektor arbeitet sie nach dem TDI-Prinzip (Time Delay Integration), sodass Bauteile in Bewegung, beispielsweise auf einem Fließband, mit deutlich verbesserter Bildqualität aufgenommen werden können. TDI-Zeilendetektoren sind auch als Dual-Energy-Versionen mit Zeilenbreiten von über 1 m verfügbar.

Das Abbildungsformat von 50 x 5 cm² eignet sich beim Einsatz als Flächendetektor für die Helix-Computertomographie, die eine Erstellung von dreidimensionalen Objektdaten mit besonders hoher Qualität ermöglicht.

XEye Röntgendetektor in System von Erhardt + Abt
© Erhardt + Abt Automatisierungstechnik GmbH

Bislang entwickelte Röntgendetektoren

 
  • Aufnahmefläche 50 x 40 cm², 40 x 20 cm², 20 x 20 cm²
  • Pixelgröße 50–400 μm
  • Max. Bildwiederholrate bis zu 50 fps
  • Dynamikbereich bis zu 80 dB

 
  • Aufnahmefläche 19 x 14 cm²
  • Pixelgröße 100 μm
  • Max. Bildwiederholrate > 1.600 fps
  • Dynamikbereich > 60 dB

 
  • Detektor für die Schweißnahtprüfung in Rohren
  • Aufnahmefläche 18 x 5 cm²
  • Pixelgröße 47,5 μm und 95 μm
  • Belichtungszeit 0,5–30 s
  • Dynamikbereich > 60 dB

 
  • Maßgeschneiderte Lösung zur Inspektion von Schweißnähten
  • Aufnahmefläche 20 x 5 cm²
  • Pixelgröße 52 μm
  • Belichtungszeit 0,5–30 s
  • Dynamikbereich > 60 dB

 
  • Aufnahmefläche 13 x 13 cm²
  • Pixelgröße 65 μm
  • Max. Bildwiederholrate bis zu 4,5 fps
  • Dynamikbereich > 60 dB

 
  • Wahlweise als TDI-Zeilen- oder Matrixkamera einsetzbar
  • Aufnahmefläche 50 x 5 cm²
  • Pixelgröße 50–400 μm
  • Zeilenfrequenz bis zu 10 kHz
  • Bildwiederholrate bis zu 50 fps
  • Dynamikbereich bis zu 80 dB

 
  • TDI-Zeilendetektor
  • Zeilenlänge 50 cm, 26,6 mm
  • Pixelgröße 125–500 μm, Pixelgröße 26 μm
  • 256 TDI-Zeilen
  • Zeilenfrequenz bis zu 3 kHz
  • Dynamikbereich bis zu 78 dB

 
  • TDI-Zeilendetektor
  • Zeilenlänge 50 cm, 26,6 mm
  • Pixelgröße 125–500 μm, Pixelgröße 26 μm
  • 256 TDI-Zeilen
  • Zeilenfrequenz bis zu 3 kHz
  • Dynamikbereich bis zu 78 dB