Innovationen für die Tomographie

Ist das Bauteil in Ordnung oder sind bei der Produktion Fehler aufgetreten? Sind die inneren Strukturen so ausgebildet wie gewünscht? Untersuchen lässt sich dies mit einem Computertomographen: Er nimmt zahlreiche einzelne Röntgenbilder auf und setzt diese zu Schnittbildern zusammen. So erhält man ein dreidimensionales Modell des Bauteils, ohne dieses zerstören zu müssen.

Bisher wiegen diese Anlagen meist mehrere Tonnen, die leichtesten bringen immerhin noch etwa 50 Kilogramm auf die Waage. Stefan Hebele entwickelte während seiner Diplomarbeit am Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen einen Computertomographen, der mit seinen 19 Kilogramm nur etwa so viel wiegt wie ein Kasten Bier. Seine Abmessungen sind mit 350 mal 300 mal 230 Millimetern sogar kleiner – sie entsprechen eher der Größe eines kleinen Postpakets. »Es ist der erste Computertomograph, der nach dem Arbeitsschutzgesetz von nur einer einzigen Person uneingeschränkt getragen werden darf«, sagt Hebele, Platz 2 der Hugo-Geiger-Preise.

Die Bedienung ist einfach: Einschalten, ein USB-Kabel anschließen, Klappe öffnen, Probe hineinstellen – und los geht’s. »Das Gerät ist so handlich, dass es auch mobile Anwendungen erlaubt. So ist es beispielsweise denkbar, mobile Dienstleistungen anzubieten. Statt Proben neuer Materialien oder Prototypen zu verschicken, könnten Firmen dann einfach einen Anbieter mit dem Gerät ins Haus kommen lassen. Die Ergebnisse liegen schneller vor und die Geheimhaltung ist eher gewährleistet, als wenn man die Probe aus den Händen gibt«, sagt Hebele. Ein weiterer Vorteil liegt im Preis: Der Computertomograph ist mit 55 000 Euro weitaus kostengünstiger als seine tonnenschweren Kollegen, die ab einem Preis von jenseits der 100.000 Euro zu haben sind. Untersuchen lassen sich fast alle Proben, die eine Größe von vier mal vier mal vier Zentimetern nicht überschreiten.

Gleichzeitige Messung von Transmission und Reflexion
Den 3. Platz erreichte Anika Brahm vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena. Sie beschäftigte sich in ihrer Masterarbeit ebenfalls mit einer Art der Tomographie und entwickelte ein Terahertz-Messsystem, das es erlaubt, durchgelassenes und reflektiertes Licht in nur einem Messdurchlauf zu ermitteln. »Terahertz-Strahlen liegen zwischen Infrarot- und Mikrowellenstrahlen und können Stoffe wie Holz, Textilien und Kunststoffe durchdringen«, erklärt sie. Bestehende Verfahren bestrahlen die Bauteile, Pakete oder andere Objekte und messen, wie viel Strahlung das Objekt durchdringt oder aber an ihm reflektiert wird. Beide Methoden enthalten dieselbe Information, aber nicht alle Stoffe lassen sich gleich gut mit einer Variante untersuchen. So lässt beispielsweise Metall keine Terahertz-Strahlung durch, darauf aufgebrachte Schichten können aber in Reflexion untersucht werden. »Da wir mit dem entwickelten Messsystem Transmission sowie Reflexion realisieren können, sind wir flexibler bei der Untersuchung«, sagt Brahm. Eine weitere Neuerung: Das System hilft nicht nur dabei, Störstellen oder andere Materialfehler ausfindig zu machen, sondern untersucht auch das charakteristische Frequenzspektrum. Ein solches Spektrum verrät den Forschern, um welches Material es sich handelt – so können sie etwa in Paketen Sprengstoffe aufspüren. »Da das Gerät die spektrale Information erstmalig in drei Dimensionen ermittelt, können wir genau sagen, wo sich welcher Stoff befindet«, fasst Brahm zusammen.
Hugo-Geiger-Preis – Wissenschaftlichen Nachwuchs fördern:
Mit diesem Preis zeichnet das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie drei hervorragende und anwendungsorientierte Diplomarbeiten oder Dissertationen. Kriterien der Beurteilung sind: wissenschaftliche Qualität, wirtschaftliche Relevanz, Neuartigkeit und Interdisziplinarität der Ansätze. Die Arbeiten müssen in unmittelbarer Beziehung zu einem Fraunhofer-Institut stehen oder dort entstanden sein. In diesem Jahr erhält der erste Preisträger einen Betrag von 5 000 Euro, der zweite 3 000 Euro und der dritte 2 000 Euro.