Strahlungsstabile Röntgendetektoren XEye

Die Röntgentechnik hat für die zerstörungsfreie Materialprüfung einen sehr hohen Stellenwert. Entscheidend für die Leistungsfähigkeit dieser Prüftechnik ist der Röntgendetektor bzw. das Röntgenbild. Während in der Vergangenheit im Wesentlichen der Röntgenfilm als bildgebendes Element eingesetzt wurde, werden sowohl im medizinischen wie auch im industriellen Bereich zunehmend digitale Röntgendetektoren verwendet. Da die Detektoren bei der Bildaufnahme selbst der Röntgenstrahlung ausgesetzt sind, ist für eine gute und konstante Bildqualität eine hohe Strahlungsstabilität der Detektoren entscheidend.

Flat Panel Detektoren und herkömmliche Zeilenkameras sind im industriellen Einsatz prinzipbedingt nach kurzer Einsatzzeit aufgrund der hohen Strahlungsenergie irreversibel geschädigt und müssen ersetzt werden. Die Röntgenstrahlung wird nicht vollständig vom Szintillator absorbiert und schädigt den direkt dahinter liegenden Halbleiter. Dies macht sich unter anderem durch Pixel- und Spaltendefekte oder der Überlagerung von verschiedenen Aufnahmen, dem sogenannte Image Lag, bemerkbar.

Mit den vom Fraunhofer IIS in der Abteilung Berührungslose Mess- und Prüfsysteme entwickelten Röntgendetektoren werden hinsichtlich Strahlungsstabilität bei vergleichbarer Empfindlichkeit und Bildqualität neue Maßstäbe gesetzt. Das Funktionsprinzip basiert auf der optischen Abbildung eines Szintillators auf Halbleiter-Sensoren. Dies ermöglicht die Abschirmung sämtlicher Halbleiterbauelemente auch bei sehr hohen Energien von der Röntgenstrahlung. Ein weiterer Vorteil dieser Methode ist auch die einfache Realisierung unterschiedlicher Detektorformate und Pixelgrößen.

Überblick über die Sensoren

Detektoren der Serie XEye sind mit einer aktiven Fläche von 200 mm x 200 mm verfügbar. Die Ortsauflösung ist je nach Anwendung auf 200 µm oder 400 µm einstellbar. Bei 400 µm Ortsauflösung wird eine Dynamik von besser als 10.000:1 erreicht. In Planung befinden sich Detektoren bis zu einer Größe der aktiven Fläche von 600 mm x 600 mm.

Speziell für die Schweißnahtprüfung wurde der Detektor XEye-S mit einer aktiven Fläche von 50 mm x 200 mm entwickelt. XEye-S besitzt eine Pixelgröße von 52 µm und erfüllt seit über einem Jahr bei 225 KV Röhrenspannung dauerhaft alle Ansprüche an konstante Bildqualität und Lebensdauer.

Für scannende Anwendungen wurde die hochempfindliche TDI-Zeilenkamera XScan entwickelt, die mit einer Auflösung von 125 µm bis 1 mm erhältlich ist und eine aktive Messbreite von bis zu 1 m ermöglicht. Die maximale Zeilenfrequenz beträgt 3 kHz, was bei einer Ortsauflösung von 0,5 mm einer Objektgeschwindigkeit von 1,5 m/s entspricht. Bei gleicher Objektgeschwindigkeit wird gegenüber herkömmlichen Zeilenkameras aufgrund des TDI-Prinzips eine wesentlich bessere Bildqualität erreicht.

Das System wird auf der Control 2007, 8.-11. Mai, in Sinsheim (Halle 6, Stand 6306) vorgestellt.

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Die Fraunhofer-Allianz Vision ist ein Zusammenschluss von Fraunhofer-Instituten zu den Themen Bildverarbeitung, optische Inspektion und 3-D-Messtechnik, Röntgenmesstechnik und zerstörungsfreie Prüfung.