Phasenkontrast- und Dunkelfeld-Mikro-CT

Beschreibung der Messmethode

Das Phasenkontrast- / Dunkelfeld-Mikro-CT ist ein gitterbasiertes Röntgenbildgebungssystem, welches speziell für die Untersuchung von Materialproben und die zerstörungsfreie Prüfung von Bauteilen ausgelegt ist. Mit Hilfe von Absorptions- und Beugungsgittern können zusätzlich zur Röntgenabsorption die Brechung und Streuung der Röntgenstrahlen untersucht werden. Unterschiedliche Materialien können so mit einem höheren Kontrast dargestellt werden. Zudem liefert das Streusignal Informationen über die Mikrostruktur der Probe, die unterhalb der Auflösungsgrenze des Systems liegen. Damit eröffnen sich neue Anwendungsgebiete für die Röntgenbildgebung in denen die Auflösung herkömmlicher Röntgengeräte bisher der limitierende Faktor war. So kann zum Beispiel mit Hilfe des Streusignals die Faserorientierung in Faserverbundwerkstoffen untersucht werden. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die zeitlich aufgelöste Beobachtung der Mikrostrukturänderung, die während der Aushärtung von Zement stattfindet und sich auf einer Längenskala von wenigen Mikrometern abspielt.

Das Phasenkontrast- und Dunkelfeld-Mikro-CT mit der Röntgenröhre im Vordergrund und dem Detektor im Hintergrund. Dazwischen befinden sich die Absorptions- und Beugungsgitter sowie der Probentisch ©05.

Spezifikationen

Probenumgebung

Die Proben werden in eine Eulerwiege eingespannt, die zu den drei Raumrichtungen x, y, und z auch die Möglichkeit bietet die Probe um verschiedene Rotationsachsen zu rotieren. Dies ist notwendig, um Tomographiemessungen durchzuführen. Jedoch sind zusätzliche Rotationsachsen notwendig, um die Orientierung der Mikrostrukturen genau zu untersuchen. Die Probengröße ist durch das Sichtfeld begrenzt und sollte unter 10 cm liegen.

Großaufnahme des Probentisches. In diesem Fall wurde ein Metallbauteil gemessen ©05.

Anwendungsbeispiel

Das Applikationsbeispiel zeigt die dreidimensionale Visualisierung der Faserorientierung eines Knoten aus Kohlefasern. Bei der Tensor-Tomografie [1] der Probe werden mehrere Tomografie Messungen von der Probe aufgenommen. Dabei wird die Probe durch Rotation um zusätzliche Rotationsachsen für jede Messung in eine neue Position gebracht. Damit lässt sich die bevorzugte Streurichtung in jedem Voxel rekonstruieren. Ein so aufgenommener Datensatz besteht also im Vergleich zur herkömmliche Mikro-CT aus Tensordaten, da in jedem Voxel ein Streutensor anstatt eines einzelnen Grauwertes rekonstruiert wird. Das untenstehende Bild zeigt die die Vorzugsorientierung der Fasern in einem Knoten aus Kohlefasern in jedem Voxel [2]. Dies wird durch Vektoren verdeutlicht. Die Farbskala stellt die Ausprägung dieser Vorzugsrichtung dar.

Dreidimensionale Visualisierung der Faserorientierung eines Knoten aus Kohlefasern. Während die Richtung der Vektoren die Vorzugsorientierung in jedem Pixel veranschaulicht, wird die Ausprägung dieser Vorzugsorientierung durch die Farbskala veranschaulicht ©05.

Veröffentlichungen

1.    Malecki A. (2014): X-ray tensor tomography. In: EPL. Vol.:105/3
2.    Jud C. (2014) MSc thesis: Correlation of X-ray Micro-CT with X-ray Tensor Tomography

Ansprechpartner

Institution: Lehrstuhl für Biomedizinische Physik / TU München
Name: Friedrich Prade
Email:

Tel: #49-(0)89-289-10833