»High-Speed X-ray«: Neue Röntgentechnologie erfasst schnelle Prozesse

Synchrone, zeitlich hochaufgelöste Erfassung einer optischen Aufnahme und einer Röntgenaufnahme / 03. Juli 2020

Fürth: Das Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT, ein Bereich des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS, hat eine Technologie entwickelt, die eine synchrone, zeitlich hochaufgelöste Erfassung einer optischen Aufnahme und einer Röntgenaufnahme ermöglicht. Die Technologie erlaubt es, sichtbare Oberflächen und innere, verborgene Strukturen bei dynamischen Prozessen im gleichen Vorgang aufzunehmen.

Sturzversuch eines Fahrradhelms mit künstlichem Schädel
© Fraunhofer IIS
Sturzversuch eines Fahrradhelms mit künstlichem Schädel
© Fraunhofer IIS
Sturzversuch eines Fahrradhelms mit künstlichem Schädel. Der Aufschlag lässt sich mittels Röntgentechnik in Zeitlupe verfolgen. Zwischen beiden Bildern liegen rund 11 Millisekunden.

Dynamische Vorgänge wie beispielsweise Verformungsanalysen wurden bislang fast ausschließlich mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitskameras optisch »von außen« sichtbar gemacht. Dynamisches Röntgen mit einer zeitlich hochaufgelösten Erfassung von mehr als 1000 Bildern pro Sekunde konnte nur unter hochspezialisierten Laborbedingungen durchgeführt werden – das ändert sich nun.

Unterschiedlichste Anwendungsmöglichkeiten für dynamische Prozesse

Die neue Technologie eignet sich insbesondere für die Beobachtung innerer sowie äußerer Strukturen, die eine einmalige dynamische Veränderung erfahren, wie beispielsweise bei Versagens- und Verformungsanalysen oder bei Strömungs- und Mischprozessen in Fluiden. Auch die korrekte Entfaltung eines Airbags ist mit der Technologie nachvollziehbar. Die so gewonnenen Daten ermöglichen eine genauere Soll-Ist-Analyse des zeitlichen Verhaltens mit anderen Datenquellen. »Wir haben bereits unterschiedliche Experimente durchgeführt, um das Potenzial der Technologie zu bewerten. So haben wir zum Beispiel mit dem ortsansässigen Sportartikelhersteller Uvex Sports auch dynamische Versuche an unterschiedlichen Helmen vorgenommen. Insbesondere für die Vorentwicklung von neuen Produkten sind die Ergebnisse vielversprechend und liefern wertvolle Erkenntnisse«, erklärt Dr. Norman Uhlmann, stellvertretender Bereichsleiter des Fraunhofer EZRT.

Kundenindividuelle Anpassung an die Fragestellung

Der Technologie-Demonstrator am Fraunhofer EZRT verfügt im aktuellen Messaufbau über eine Detektorfläche von 40 x 40 cm². Durch die Aufnahmegeometrie werden die Objekte bzw. der zu untersuchende Bereich im Bildfeld größer dargestellt. Dies führt zu einem Bildausschnitt von 30 x 30 cm². Die Technologie kann aber nahezu beliebig skaliert und somit exakt an die Fragestellung und die örtlichen Gegebenheiten beim Endkunden angepasst werden. Das Fraunhofer EZRT verfügt über das notwendige Know-how in allen relevanten Disziplinen wie der Entwicklung auf die Anwendung optimierter Röntgendetektoren, beim Systemdesign und der Aufnahmetechnik sowie der Verarbeitung der Bilddaten. Die detaillierte Ausgestaltung der Anlage unter allen relevanten Gesichtspunkten erfolgt im Rahmen eines Entwicklungsprojekts. Prinzipiell ist es auch möglich, Verformungsanalysen bei komplett endmontierten Fahrzeugen mit der Technologie zu untersuchen.

Langjährige Erfahrung durch Forschungsprojekte

Gemeinsam mit seinen Partnern forscht das Fraunhofer EZRT bereits seit vielen Jahren auf dem Gebiet der Hochgeschwindkeitsbildgebung mittels Röntgentechnik, unter anderem mit dem Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik EMI im Rahmen eines dreijährigen Fraunhofer-internen Projekts, das mit 3,2 Millionen Euro gefördert wird.

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