Röntgen auf der Überholspur

Röntgentechnologien eignen sich hervorragend, um selbst winzige Defekte oder Prozesse im Materialinneren sichtbar zu machen. Um der Industrie geeignete Werkzeuge an die Hand zu geben, definiert und erweitert das Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT, ein Bereich des Fraunhofer IIS, den Stand der Technik auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Prüfung entlang der Wertschöpfungskette der Materialverarbeitung. Im vergangenen Jahr veröffentlichten die Forscher zahlreiche neuartige Konzepte, mit denen sie neue Wege gehen. Auf zwei Neuheiten sind die Forscher ganz besonders stolz: die »HeiDetect Inline CT Compact R« und »MULIX«.

»HeiDetect Inline CT Compact R« prüft innerhalb der Produktionslinie

In der Automobilindustrie zeichnet sich ein klarer Trend ab: Der sogenannte Leichtbau ist zukunftsweisend und eine der Grundvoraussetzungen für die Konkurrenzfähigkeit deutscher Automobilhersteller. Um Fahrzeuge leichter und somit effizienter zu bauen, ist es ein Muss, nahezu alle Fahrzeugteile auf »Diät zu setzen«, also leichter zu machen. Die Sicherheit darf dadurch natürlich nicht abnehmen, was mittels Bauteilprüfung überwacht wird. Aus rein technologischer Sicht ist es bereits seit vielen Jahren möglich, Bauteile sogar innerhalb der Produktionslinie zu prüfen. Allerdings sind die meisten dieser Inline-Computertomographie- Systeme noch nicht wirtschaftlich umsetzbar. Die Investitionskosten für entsprechende Lösungen belaufen sich in Summe auf einen hohen sechsstelligen Betrag. Weitere Kosten für die direkte Integration in die Prozesskette heben die Investition zusätzlich in schwindelerregende Höhen. Die Forscher des Entwicklungszentrums Röntgentechnik haben deshalb gemeinsam mit der Firma Erhardt + Abt ein neues Systemkonzept entwickelt, das besonders wirtschaftlich und effizient arbeitet: die »HeiDetect Inline CT Compact R «. Eines der herausragenden Features dieses kompakten Systems ist das stark vereinfachte Bauteil-Handling. Ein Industrieroboter vereint hierbei Komponenten des Manipulator- und Beladesystems und macht zahlreiche Einzelkomponenten damit überflüssig.

CT-Bilder in wenigen Sekunden

Die Funktionsweise ist einfach und gleichermaßen effektiv: Neben dem Produktionsband, das die Prüfobjekte befördert, befindet sich die Box der Inline-CT-Anlage. Ein benachbarter Industrieroboter greift das Bauteil vom Produktionsband, steckt es vollkommen strahlendicht in die Box und dreht es um 360 Grad. Die in der Box befindlichen Röntgenkomponenten erstellen, während das Bauteil rotiert, in wenigen Sekunden aussagekräftige Computertomographie- Bilder, mit denen sich Defekte eindeutig feststellen, orten und bewerten lassen. Speziell entwickelte Algorithmen kompensieren leichte Ungenauigkeiten des Roboters mühelos und sorgen hierbei für die notwendige Bildqualität.

»DER STRAHLENSCHUTZ DER ›HEIDETECT INLINE CT COMPACT R‹ IST UM 60 PROZENT KOMPAKTER UND SPART SO PLATZ UND KOSTEN.«

Während für bislang eingesetzte Systeme meterhohe Ummantelungen notwendig waren, ist der Strahlenschutz bei dem neu entwickelten System deutlich kompakter: im Vergleich zu den am Markt erhältlichen produktionsintegrierten CT-Systemen um bis zu 60 Prozent. Das spart Platz und Kosten. Außerdem fallen die Wartungs- und Instandhaltungskosten deutlich geringer aus. Mit der »HeiDetect Inline CT Compact R« gehen die Fraunhofer- Wissenschaftler neue Wege und zeigen, dass Forschung nicht kompliziert sein muss. Das System spart Zeit, Geld, unnötige Komponenten, wertvollen Platz und tut, was es muss: zuverlässig innerhalb der Produktionslinie prüfen.

MULIX – Live-Bilder aus dem Werkstoffinneren

In Röntgensystemen nehmen Detektoren eine Schlüsselrolle ein: Sie sind dafür verantwortlich, die vom Prüfobjekt »durchgelassene« Röntgenstrahlung einzufangen. Bislang setzt man sie für industrielle Prüfaufgaben in Form von Flachbild- und Zeilendetektoren ein. Forscher des Entwicklungszentrums Röntgentechnik haben nun einen Weg gefunden, die Vorteile dieser beiden Gattungen in einem hybriden Detektor zu bündeln. Damit lassen sich sogar Prozesse im Werkstoffinneren exakt nachvollziehen und fast live beobachten. Ihre ambitionierte Technologie nennen sie MULIX (mehrzeiliger CMOS- Röntgendetektor).

Mehr Zeilen für mehr Durchblick

Der Detektor basiert auf einem Mehrzeilendetektor – einem Konzept, das bislang nur im medizinischen Bereich eingesetzt wird. Mehrzeilendetektoren arbeiten nach dem Funktionsprinzip eines Zeilendetektors, können jedoch größere Bereiche gleichzeitig abdecken, was die Aufnahmezeit erheblich verkürzt. MULIX erfasst gleichzeitig 256 Objektschichten und ist so in der Lage, auch große Objekte wie z. B. Karosserieteile in kurzer Zeit abzutasten. Das Besondere: Der Detektor liefert sehr schnelle Aufnahmen in guter Qualität. Anders als bei kommerziell verfügbaren Detektoren lässt sich zusätzlich der Krümmungsradius verändern. Damit bleibt die Flexibilität erhalten, die für die industrielle Computertomographie notwendig ist, um die Anlage an Größe und Materialeigenschaften des Prüfobjekts anzupassen.

Prozesse im Materialinneren werden sichtbar

MULIX eröffnet eine ganze Reihe neuer Anwendungsmöglichkeiten in der Werkstoffforschung oder Qualitätssicherung, beispielsweise für die Automobilbranche, für Luft- und Raumfahrt und für Forschungseinrichtungen, da sich auf diese Weise auch Prozesse im Materialinneren beobachten lassen. »Wenn wir mechanische Eigenschaften wie beispielsweise die Zugfestigkeit prüfen, können wir anhand der Aufnahmen nachvollziehen, wie ein versagensrelevanter Fehler entsteht«, erklärt Thomas Hofmann, Forscher am Entwicklungszentrum Röntgentechnik. Die Wissenschaftler haben mit ihrem Projekt bereits konkrete Absichten: »Wir suchen Industriepartner, um MULIX zu einem Prototypen weiterzuentwickeln «, erklärt der zuständige Abteilungsleiter Dr. Norman Uhlmann.

© Fraunhofer IIS/Gerhard Hagen
Das im Jahr 2013 errichtete Hauptgebäude des Entwicklungszentrums Röntgentechnik am Standort Fürth beherbergt ein weltweit einmaliges Spektrum an unterschiedlichsten Röntgensystemen.

Entwicklungszentrum Röntgentechnik: Die gesamte Wertschöpfungskette der Materialverarbeitung

Das Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT ist ein Bereich des Fraunhofer IIS in Erlangen in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP in Saarbrücken. Es bearbeitet die Themen Systementwicklung, Röntgensensorik und Simulation, Computertomographie, Bildverarbeitung, CT-unterstützte Messtechnik sowie Applikationen und Ausbildung. Das Entwicklungszentrum Röntgentechnik ist ein international führendes Forschungs- und Entwicklungszentrum für die industrielle Röntgentechnik. Es definiert und erweitert den aktuellen Stand der Technik auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Prüfung, insbesondere der röntgentechnischen und optischen Prüftechniken. Zudem positioniert es sich zwischen grundlagenorientierter Forschung im Bereich der zerstörungsfreien Bildgebung (Röntgen- und optische Verfahren) sowie der industriellen Verwertung mit Endkunden (in Form von Prototypen) und mit Systemintegratoren (über Lizenzgeschäfte). Die Kernkompetenzen hat das EZRT auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Prüfung entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Materialverarbeitung, angefangen vom Rohstoff bis zum Recycling. Zur Stärkung der Wettbewerbsposition der regionalen, nationalen und internationalen Industrie und für die Erschließung neuer Märkte und Anwendungsgebiete erarbeitet das Entwicklungszentrum Röntgentechnik anwendungsorientierte Lösungen bis hin zu Prototyp- und Kleinserienfertigungen.