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Anwendungsgebiete der Röntgenbildgebung

Die Möglichkeit der zerstörungsfreien Untersuchung von Objekten und deren inneren Strukturen macht die Röntgenbildgebung bereits jetzt zu einem wichtigen Werkzeug in der Industrie. Ob in der Elektronikbranche, dem Energiesektor, der Automobil- und Luftfahrtindustrie, der Medizintechnik, der Lebensmittelindustrie oder dem Bauwesen, bei der Entwicklung neuer Materialien, im Bereich der Mikrosystemtechnik oder der additiven Fertigung, zur Fehleranalyse, Qualitätskontrolle oder zur Prozessoptimierung, die Röntgenbildgebung ist eine Querschnittstechnologie mit breitem Anwendungsspektrum. Die vielfältigen Entwicklungen und rasanten Fortschritte auf diesem Gebiet werden auch in Zukunft branchenübergreifend enorme Potentiale zur Steigerung der Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit bieten.


Auswahl verschiedener Anwendungsbeispiele

Digitale Radiographie: Platine mit Bauteilen

Die digitale Röntgen-Radiographie ermöglicht eine schnelle Prüfung von Bauteilen und wird daher häufig zur Qualitätskontrolle in der Produktion eingesetzt. Elektronikkomponenten können hiermit zum Beispiel auf fehlerhafte Kontakte oder Kabelbrüche untersucht werden. Eine drei-dimensionale Erfassung des Objekts ist mit dieser Methode nicht möglich.


Mikro-CT: Porositäten in Beton

Bei der Mikro-Computertomographie wird das Objekt von verschiedenen Richtungen durchstrahlt und aus den aufgenommenen Daten anschließend ein drei-dimensionales Computermodell davon rekonstruiert. Dadurch lässt sich zum Beispiel in Gesteinsproben, wie hier im Fall von Beton, die Verteilung von Porositäten visualisieren oder quantitativ auswerten.


Mikro-CT: Knochenarchitektur

Mit der Mikro-Computertomographie kann man Strukturen ab einer Größe von etwa 5-10 µm darstellen und damit zum Beispiel die trabekuläre Architektur von Knochen untersuchen. Hiermit lässt sich in der Medizintechnik der Wiederaufbau von Knochenmaterial studieren oder Informationen zur Modellierung der Knochenelastizität und -belastbarkeit gewinnnen.


Mikro-CT: Antike Gürtelschnalle

Die Mikro-Computertomographie ist eine zerstörungsfreie Untersuchungsmethode und daher meist die erste Wahl bei der drei-dimensionalen Analyse wertvoller oder einzigartiger Objekte wie Kunstwerke oder antike Gegenstände.


CFK-Fasern visualisiert mittels Sub-Mikro-CT

Submikro-CT: CFK Faserstrukturen

Die Submikro-Computertomographie ermöglicht drei-dimensionale Einsichten in Objekte, wobei Auflösungen bis unterhalb eines Mikrometers erreicht werden können. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel die einzelnen Fasern in kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen darstellen und analysieren.


Geologische Untersuchung von Gestein mittels Mikro-CT

Submikro-CT: Zirkonium Oxid

Mit der Submikro-Computertomographie kann man feinste Risse und kleinste Porositäten in Materialien sichtbar machen. Hierdurch lässt sich zum Beispiel die Qualität bei verschiedenen Herstellungsprozessen oder auch die Hitzebeständigkeit von Materialien prüfen.


Zahnrad geprüft mittels Dunkelfeld-Tomographie

Dunkelfeld-Radiographie: Kunststoffzahnrad

Die digitale Radiographie wird häufig verwendet, um Lufteinschlüsse in Spritzguss-Bauteilen zu detektieren. Je kleiner die Lufteinschlüsse, desto leichter können diese bei der Prüfung jedoch übersehen werden. Mithilfe der Dunkelfeld-Radiographie könnte die Verlässlichkeit hierbei deutlich erhöht werden.


Impact Schaden CFK im Dunkelfeld

Dunkelfeld-Radiographie: CFK Schäden

Der Einsatz von kohlenstofffaserverstärkten Bauteilen (CFK und GFK) in der Luftfahrt- und Automobilindustrie nimmt stetig zu. Die neu entwickelte Dunkelfeldbildgebung zeigt großes Potential, CFK-Strukturen zu prüfen und z.B. Aufprall- und Einschlagschäden zu detektieren sowie zu charakterisieren und damit zukünftig bei der Qualitätssicherung von faserverstärkten Bauteilen genutzt werden zu können.


Lebensmittelprüfung mittels Dunkelfeld

Dunkelfeld-Radiographie: Fremdkörper in Joghurt

Die Dunkelfeldbildgebung ist auf Strukturen sensitiv, welche unterhalb der eigentlichen Auflösungsgrenze des verwendeten Röntgensystems liegen. Dadurch lassen sich auch feine Details in größeren Objekten wie Fremdkörper in einem Joghurt sicher identifizieren.


Lebensmitteluntersuchung mittels Dunkelfeld

Dunkelfeld-Radiographie: Solanum Lycopersicum

Wenn die inneren Strukturen eines Objekts in der digitalen Radiographie nicht genügend Kontrast erzeugen, ist gegebenenfalls die Dunkelfeld-Radiographie eine vielversprechende Alternative. In diesem Beispiel können die in der normalen Radiographie verborgenen Samen und Transportwege innerhalb einer Tomate dank der Dunkelfeld-Radiographie sichtbar gemacht werden.


Tubuli Visualisierung Tensor-Tomographie

Tensor-Tomographie: Tubuli im Zahn

Die Tensor-Tomographie ist die drei-dimensionale Erweiterung der Dunkelfeldbildgebung. Strukturen unterhalb des eigentlichen Auflösungsvermögens können hiermit charakterisiert werden. Auf diese Weise lässt sich im Vergleich zur gewöhnlichen Mikro-Computertomographie sogar die Ausrichtung kleinster Kanäle in einem Zahn darstellen.


Detektion von Gold mit Dual-energy

Dual-energy-CT: Golderz mit Blei

Mithilfe von Multi-Energie-Verfahren wie dem Dual-energy Verfahren lassen sich die verschiedenen Materialien in einem Objekt genauer charakterisieren und besser voneinander unterscheiden. Dadurch kann man zum Beispiel in der hier gezeigten Golderz-Gesteinsprobe die enthaltenen Goldpartikel klarer von anderen Materialien wie Blei abgrenzen.


Kontrastverstärkung durch Phasenkontrast

Phasenkontrast-CT: Pflanzensamen

In manchen Fällen lässt sich aufgrund der geringen Schwächung der Röntgenstrahlen nicht der notwendige Kontrast zwischen einzelnen Strukturen erzielen. Hier können bei einer hochauflösenden Submikro-Computertomographie Messung wie bei diesem Samen dank spezieller Algorithmen allerdings oftmals kontrastreichere Phasenkontrastbilder extrahiert werden.


Tumor Röntgenfärbung

Kontrastmittel-Färbung: Tumorvisualisierung

Bei biologischen Gewebeproben ist eine deutliche Kontraststeigerung durch die Anwendungen geeigneter Kontrastmittel möglich. Durch eine vor der Messung durchzuführenden Präparation der Probe können hiermit zum Beispiel Tumore visualisiert werden.


Iterative Rekonstruktion Zigarette

Datenprozessierung: Tabakerzeugnis

Bei tomographischen Untersuchungen mit sehr hohen Auflösungen kann es schon durch kleinste Bewegungen der Probe zu Verschmierungen feiner Details im rekonstruierten Bild kommen. Mit fortgeschrittenen Algorithmen für die Datenprozessierung können solche Artefakte nachträglich korrigiert werden, so dass eine Wiederholung der Messung nicht notwendig ist.