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Einen Blick ins Innere eines Objekts zu werfen, ohne den Zustand durch das Öffnen oder Demontieren verändern zu müssen: Das ist das Ziel der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP). Doch gescannt werden kann nur, was ins Prüfgerät passt. Im Projekt GiantEye entwickelt das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in seinem Bereich Entwicklungszentrum Röntgentechnik am Standort Fürth ein neuartiges Hochenergie-Computertomographie-System: Es ermöglicht die zerstörungsfreie Prüfung und Digitalisierung großer und komplexer Objekte in höchster Detailtiefe.
Traditionelle Industrietomographen stoßen an physikalische Grenzen, wenn es um große Volumina und hohe Durchstrahlungsanforderungen geht. Das im Jahr 2013 erbaute XXL-CT-System des Fraunhofer IIS gilt als die weltweit einzige öffentlich zugängliche Anlage mit der Fähigkeit, komplette Fahrzeuge und Seecontainer zu scannen, erforderte jedoch ein aufwändiges Handling der Prüfobjekte.
Gantry-Bauweise in Anlehnung an medizinische CT-Scanner
Das neue GiantEye-System geht nun technisch einen entscheidenden Schritt weiter: Anders als beim Vorgänger-System werden Strahlenquelle und Detektor in einer Gantry-Bauweise vertikal rotierend um das Prüfobjekt bewegt, ähnlich einem überdimensionalen medizinischen CT-Scanner. Dies erlaubt es, große Objekte in ihrer natürlichen, horizontalen Lage zu untersuchen, ohne sie zuerst hochkant ausrichten zu müssen. So erreichen die Forschenden geeignete Messbedingungen in hochabsorbierenden Zonen wie beispielsweise dem Speicher eines E-Autos. Dadurch fallen mechanische Belastungen weg, die das Messergebnis verfälschen oder gar das zu messende Objekt beschädigen können. »Dadurch kann die Technologie erstmals im fertigungsnahen Umfeld, wie z. B. im Anlauf der Produktion komplexer Hochvoltspeicher zum Einsatz kommen«, sagt Alexander Ennen, Leiter der Abteilung Anwendungsspezifische Methoden und Systeme am Fraunhofer IIS. Anfang 2027 soll die Anlage Industriepartnern zur Verfügung stehen.
Zentrale technische Komponenten von GiantEye sind ein Linearbeschleuniger mit einer Strahlenergie von neun Megaelektronenvolt und ein hochpräzises Manipulations- und Detektorsystem, das 3D-Messgenauigkeiten von bis zu 100 Mikrometer ermöglicht. Die Kombination aus Hochenergie-Röntgenquelle und robusten Detektoren gewährleistet auch die Durchstrahlung dicker Bauteile und dichter Materialien, wie sie insbesondere bei kompletten Fahrzeugen, Hochvoltbatterien oder Flugzeugkomponenten vorkommen. Gleichzeitig sorgt das präzise Manipulationssystem für exakte Bilddaten bei minimalen Artefakten.
Präzise und effiziente Scan-Architektur erleichtert das Handling
Ein Alleinstellungsmerkmal von GiantEye ist die Integration dieser Komponenten in eine industrielle Scan-Architektur, die sowohl Präzision als auch Effizienz vereint: Die Architektur des Systems ermöglicht erstmals Routine-CT-Untersuchungen großer Objekte im industriellen Umfeld ohne zeitraubende Vorbereitung. Die horizontale Gantry-Bauweise führt zu kürzeren Messzeiten, höherer Bildqualität und geringeren Risiken für die Prüfobjekte – besonders bei sicherheitskritischen Anwendungen wie der Analyse von Hochvoltspeichern.
Das System eröffnet auch darüber hinaus vielfältige Anwendungsmöglichkeiten wie etwa die Analyse von Crashfahrzeugen, die Endkontrolle additiv gefertigter Komponenten sowie die Materialdiagnostik von schweren Triebwerksbauteilen. An der Technischen Universität Kaiserslautern kann das sogenannte Gulliver-CT-System bereits seit 2024 Betonträger unter Last dreidimensional untersuchen – ein Schritt hin zu modularen Anwendungen großer CT-Portale. »Auch für den Bereich der öffentlichen Sicherheit ergeben sich spannende Anwendungen«, erklärt Dr. Norman Uhlmann, Leiter des Bereichs Entwicklungszentrum Röntgentechnik. »Ein solches System, das detailliertere Einblicke in den Inhalt geschlossener Transporteinheiten ermöglicht, ohne diese aufwendig öffnen zu müssen, stellt einen erheblichen technologischen Fortschritt dar.«
Industrieller Einsatz bereits Anfang 2027 möglich
»Wir stehen an der Schwelle zu einer neuen Ära der Technologie und wollen unsere Innovation weltweit für industrielle Anwendungen verfügbar machen können«, erklärt Prof. Giovanni Del Galdo, Institutsleiter am Fraunhofer IIS. »Dank unserer modularen Systemarchitektur können wir maßgeschneiderte Lösungen für unterschiedlichste Prüfaufgaben entwickeln. Dadurch eröffnen sich spannende Möglichkeiten für eine Vielzahl von Branchen, z. B. die Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt sowie die Energiewirtschaft.«
Auch an der Weiterentwicklung der Datenverarbeitung und Automatisierung arbeiten die Forschenden: Die enormen Datenmengen, die bei Hochenergie-CT-Scans entstehen, erfordern neue Algorithmen zur schnellen Rekonstruktion und Auswertung volumetrischer Bilder. »Auch die Arbeitsweise mit dem enorm umfangreichen Inhalt der Daten steht im Fokus der Entwicklung: Unser Ziel ist es, nicht nur ein Messinstrument, sondern ein gesamtes Ökosystem zur effizienten Nutzung der Daten aufzubauen«, betont Ennen. »Sobald Routine-Einsätze möglich sind, wird GiantEye die Qualitätssicherung und Produktentwicklung großer, komplexer Systeme nachhaltig verändern.«
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Gantry-Bauweise in Anlehnung an medizinische CT-Scanner
Copyright: © Fraunhofer IIS
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Elektrotechnik, Informationstechnik, Maschinenbau, Mathematik, Werkstoffwissenschaften
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsergebnisse
Deutsch
Gantry-Bauweise in Anlehnung an medizinische CT-Scanner
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