Verdreifachung

Nachrüstkit verdreifacht Durchsatz von CT-Anlagen

PolyCT eröffnet eine Möglichkeit zur Durchsatzsteigerung bestehender CT-Anlagen. Der Clou ist eine Übertragung der Anlagen-eigenen Rotation auf aktuell drei Drehachsen, um damit besonders lange, aber schmale Objekte gleichzeitig in einem Detektorfeld messen zu können und den Durchsatz so zu verdreifachen.

xy-Schnittebene des rekonstruierten Volumens einer Zündspule, gemessen an einer CT-Anlage unter Anwendung einer simultanen Messung von drei Objekten (l.), sowie der PolyCT optimierten Simultanmessung (r.). (Bild: Fraunhofer IIS)

Das Angebot an vom Gerätetyp und -hersteller unabhängigem Zubehör für industrielle CT-Geräte beschränkt sich derzeit auf Vorrichtungen zur CT-begleitenden Objektkonditionierung (Thermokammern, Belastungseinheiten), auf spezielle Objektaufnahmen, Kalibrier- und Prüfkörper sowie auf Datennachverarbeitungstools. Die Möglichkeiten, die Leistungsfähigkeit einer industriellen CT zu erweitern, adressieren spezielle Anwendungsgebiete der Computertomographie im Bereich F&E. Sie decken jedoch nur selten die immer stärker wachsende Anwendung der CT in der Serien- oder Hochdurchsatzprüfung ab. Diesen Anwendungen wird derzeit, nur bei Neuanschaffungen von CT-Anlagen Rechnung getragen, etwa durch leistungsfähigere Röntgenkomponenten oder einen höheren Automatisierungsgrad der Anlage, z.B. durch Einsatz von Handling-Systemen oder einer Automatisierung der Datenauswertung. Eine Leistungssteigerung bereits bestehender CT-Systeme z.B. in der Datenerfassung, die ein Nadelöhr für Hochdurchsatzanwendungen darstellt, war bislang nicht verfügbar.

Funktionsprinzip

Das am Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik in Zusammenarbeit mit X-ray Lab Development entwickelte PolyCT eröffnet nun eine Möglichkeit zur Durchsatzsteigerung bestehender CT-Anlagen. Der Clou ist eine Übertragung der Anlagen-eigenen Rotation auf aktuell drei Drehachsen, um damit besonders lange, aber schmale Objekte gleichzeitig in einem Detektorfeld messen zu können und den Durchsatz so zu verdreifachen. Zwar lässt sich dies auch ohne die PolyCT Vorrichtung bewerkstelligen, jedoch führt dann die Überlagerung mehrerer Objekte im Strahlengang zu erhöhtem Artefaktaufkommen oder zum Verlust von Informationen infolge unzureichender Durchdringungsfähigkeit. Durch die Drehung eines jeden zu messenden Objektes um seine eigene Achse werden für alle Objekte die optimalen Durchstrahlungseigenschaften, gleich denen bei einem Einzelscan, erzielt. Die PolyCT-Rekonstruktion verarbeitet dabei die gewonnen Messdaten automatisiert zu drei einzelnen Volumina unter Berücksichtigung der Strahlgeometrien der Dreifachmessanordnung. So wird für alle drei Drehzentren eine identische Bildqualität und Maßhaltigkeit sichergestellt. Unterstützt werden dabei alle gängigen Projektionsdatenformate industrieller CT Systeme, so kann PolyCT auch an wechselnden Anlagen in gleicher Weise genutzt werden. Das revolutionäre an der Idee ist die simple mechanische Einbindung der Einheit in den Ablauf der CT-Messung, wodurch kein aufwändiger Eingriff in die Anlagensteuerung erforderlich ist. Eine Anpassung der Aufnahmeparameter an die aus der Dreiteilung des Detektors resultierende kleinere Detektorbreite ermöglicht zusätzlich zum dreifachen Durchsatz eine Zeitersparnis in der Datenerfassung, da nur etwa ein Drittel der Projektionen für die gleiche Bildqualität benötigt wird.

Montage

Die Montage des PolyCT gleicht dem Einbringen einer Probe und bedarf in der Regel keiner mechanischen Modifikation der Anlage. Zur Kopplung wird einfach das vorhandene Spannfutter des CT-Drehtellers genutzt. Eine Arretierung der Einheit gegen das Mitrotieren erfolgt über ein mitgeliefertes flexibles Messstativ. Die Einrichtung der PolyCT erfolgt über ein integriertes Linienlaser-Modul, mit dessen Hilfe die orthogonale Ausrichtung der drei Drehzentren zum Zentralstrahl der CT-Anlage einfach möglich ist. Um den Aufwand für Ein- und Ausbau zu minimieren kann das PolyCT auch dauerhaft installiert bleiben. Dank der intelligenten mechanischen Bauweise ist die zentrale Drehachse neutral in Bezug auf die erreichbare Auflösung. Vereinfacht gesagt ist sie lediglich eine Verlängerung der CT-eigenen Drehachse und beeinflusst damit den Scan nicht mehr als ein Probenhalter. Durch den im Lieferumfang enthaltenen Überwurfdrehteller, mit einem Durchmesser von ca. 17cm und die Belastbarkeit der Zentralachse von bis zu 10kg können auch große Proben im Neutral-Modus gescannt werden. Die Voraussetzungen für die erfolgreiche Nutzung sind lediglich eine funktionierende CT-Anlage sowie ein möglichst zentrisch auf der Drehachse angebrachtes Spannfutter. Besonders für die Messtechnik Anwendung empfiehlt sich eine präzise Ausrichtung des Spannfutters, für reine ZfP-Anwendungen ist eine Exzentrizität der Einspannung im Bereich von ca.1/10mm ausreichend. Unter diesen Voraussetzungen lässt sich das PolyCT m3 für Objekte mit einem Durchmesser von bis zu 50mm und einer Höhe von ca.150mm bei einer Voxelkantenlänge von 40µm (4k Detektor) bzw. 80µm (2k Detektor) verwenden, Für Objekte mit einem Durchmesser von ca.75mm können die äußeren Drehzentren verwendet und der Durchsatz entsprechend verdoppelt werden. Die Polyreko Software bietet hierzu die entsprechenden Auswahlmöglichkeiten an und kann auf den gängigen Rekonstruktionsplattformen (Cuda, OpenCL) verwendet werden.