Text - Fraunhofer

Presseinformation
Fraunhofer Vision auf der Control 2013 (14. - 17. Mai 2013) in Stuttgart
Halle 1, Stand 1502
Röntgen in Raum und Zeit mit 4D-Computertomographie
Kurztext
Die 3D-Röntgencomputertomographie erlaubt es, komplexe Objekte vollständig,
berührungslos und zerstörungsfrei einschließlich aller äußeren und inneren
Strukturen zu erfassen. Als Ergebnis erhält man ein statisches 3D-Abbild des
Objekts. Mit am Fraunhofer EZRT in Fürth neu entwickelten Verfahren kann nun als
»4. Dimension« zusätzlich die Zeit in Form von Bewegung beobachtet werden. Mit
dieser sog. »4D-Computertomographie« ist es nunmehr möglich, Bewegungsabläufe,
die verborgen im Inneren von Objekten ablaufen, vollumfänglich darzustellen und zu
analysieren. Informationen über diese dynamischen Prozesse im Materialinneren
können zur Beurteilung der Auswirkungen auf einzelne Objektkomponenten
herangezogen werden und tragen zur Optimierung der Produktionsprozesse und
Verbesserung der Produkte bei.
Langfassung
Im industriellen Umfeld werden zur Prüfung von Produkten seit vielen Jahren
dreidimensionale Röntgencomputertomographiesysteme (3D-CT) eingesetzt. Immer
häufiger werden sie bei der Messung dimensionaler Strukturen, im Reverse
Engineering, der Vollständigkeitsprüfung sowie in der zerstörungsfreien
Materialprüfung angewendet. Die 3D-Röntgencomputertomographie erlaubt es,
komplexe Objekte vollständig, berührungslos und zerstörungsfrei einschließlich aller
äußeren und inneren Strukturen zu erfassen. Der erzeugte Datensatz ist ein
statisches 3D-Abbild eines realen, gemessenen Objekts.
Am Fraunhofer EZRT wurden nun Verfahren entwickelt, um den statischen 3D-CT
Datensatz um Informationen über Zeit und Bewegung zu erweitern. Mit dieser sog.
»4D-Computertomographie« ist es nunmehr möglich, dynamische Prozesse im
Inneren von Objekten zu visualisieren und analysieren.
Dies geschieht mittels mehrerer, zeitlich aufeinanderfolgender Volumendatensätze,
der sogenannten »Volumenfolge«. Die zeitliche Auflösung dieser 3D-Prozesse ist
dabei bislang ein begrenzender Faktor. Den Wissenschaftlern des Fraunhofer EZRT
ist es nun gelungen, die Abtastgeschwindigkeit auf 1 Hz (eine Abtastung pro
Sekunde) zu steigern. Hierzu entwickelt das Fraunhofer EZRT verschiedene
Aufnahme- und Rekonstruktionsverfahren für Vorgänge, die sich über die Zeit
verändern. Die durch diese Verfahren gewonnenen Rekonstruktionsdaten
ermöglichen eine 4D-Analyse des räumlich-zeitlichen Verhaltens und der
Wechselwirkung von Komponenten unter extremen äußeren Einflüssen,
beispielsweise während Belastungstests, die in der Qualitätskontrolle durchgeführt
werden.
Hierzu gibt es unterschiedliche Aufnahmekonzepte: Zum einen das klassische CTAbtast-Verfahren, bei dem das Objekt während der Aufnahme um 360 Grad gedreht
wird. Zum anderen manipulationsfreie Verfahren wie die Tomosynthese zur
schichtweisen Darstellung flacher Objekte oder eine Gantry-Variante, bei der das
bildgebende System um das Objekt rotiert. Bei diesem Aufnahmeverfahren erfolgt
keine Beeinflussung der Prozesse durch die CT, so dass eine Betrachtung
bewegungsempfindlicher Prozesse in-situ möglich ist.
Anwendungsgebiete für die »4D-Computertomographie« sind Untersuchungen der
zeitlichen Auswirkung von Zug- und Druckversuchen, Temperaturverläufen oder des
Einwirkens von Chemikalien auf die inneren Strukturen der untersuchten Objekte
sowie daraus resultierende Prozess- und Qualitätsanalysen. So können die
Bewegungen eines Verbrennungsmotorkolbens und der Wälzkörper im Kugellager
erstmalig vollumfänglich dargestellt und analysiert werden.
Weitere Anwendungsbeispiele sind Materialtransportprozesse in chemischen
Reaktorgefäßen bei Temperaturen über 2000 Grad Celsius und Entstehungs- und
Zerfallsprozesse von Schäumen (z. B. Proteinschäume in der
Lebensmittelforschung). Diese bisher im Verborgenen liegenden Abläufe sowie
deren Auswirkungen auf einzelne Produktkomponenten liefern Informationen, die
dabei helfen, Produktionsprozesse zu optimieren und Produkte zu verbessern.
In der Fraunhofer-Allianz Vision arbeiten die Fachabteilungen aus derzeit 16
Fraunhofer-Instituten im Bereich Bildverarbeitung und optische Mess- und
Prüftechnik zusammen. Unter dem Motto »3D-Bildverarbeitung für die industrielle
Qualitätssicherung« stellen die Fraunhofer Vision-Institute am Messestand bei der
Control 2013 innovative Lösungen vor, bei denen 3D-Technologien die Entwicklung
und Qualifizierung neuer Systeme unterstützen. Der Einsatz optischer 3DMesstechnik dient darüber hinaus der Absicherung und Objektivierung von
Fertigungsprozessen und ermöglicht schnelle Qualitätsregelkreise im Takt der
Produktion.
Bild in Druckqualität:
Bild 1 (fraunhofer_vision_control_ezrt_4d_ct_bild_1.png): Rotierende GantryVariante zur Untersuchung von Flüssigkeitsverteilung im Granulat einer
Chromatographiesäule (FAU Erlangen-Nürnberg, Department Chemie- und
Bioingenieurwesen) (Quelle: Fraunhofer EZRT)
Fachkontakt:
Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Dipl.-Ing. Markus Eberhorn
Dr.-Mack-Str. 81
90762 Fürth
Telefon: +49 9131 58061-7525
Fax: +49 9131 58061-7599
E-Mail: [email protected]
www.iis.fraunhofer.de
Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT
Dipl.-Ing. Michael Salamon
Dr.-Mack-Str. 81
97062 Fürth
Telefon: +49 911 58061-7562
Fax: +49 911 58061-7599
E-Mail: [email protected]
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Pressekontakt:
Fraunhofer-Allianz Vision
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