Live-Messungen mit Röntgen

Fraunhofer Vision auf der Control 2012 (8. – 11. Mai)
Halle 1, Stand 1502
Dreimal täglich finden Live-Messungen moderner Materialien statt. Die Proben werden mit dem Röntgen-Computertomographie-Gerät CTportable vor Ort aufgenommen; im Anschluss erfolgt die Auswertung und Analyse der Volumenbilder mit der Analyse-Software MAVI. Die Geometrie der Mikrostruktur kann so nicht nur visualisiert sondern auch quantitativ charakterisiert werden. Es können auch eigene Proben zur Untersuchung mitgebracht werden (max. Volumen: 40 x 40 x 40 mm). Die Messungen finden jeweils um 10:00, 12:00 und 14:00 statt, wobei jeweils eine Materialklasse bzw. eine geometrische Eigenschaft im Zentrum der Messung steht: Metallschäume, Faserverbundwerkstoffe und Polymerschäume.

Material

Offenzelliger Aluminiumschaum Offenzellige Metallschäume sind leicht und zugleich mechanisch stabil, eignen sich hervorragend als Basis für Katalysatoren, zur akustischen und mechanischen Dämpfung und als Crashabsorber. Durchströmungs- und mechanische Eigenschaften hängen eng mit der Homogenität der zellularen Struktur zusammen. µCT mit 3-D-Bildanalyse erlaubt die Rekonstruktion und anschließende Vermessung der einzelnen Zellen. So können Zellgrößen- und Zellformverteilungen gewonnen werden.

Faserverbundwerkstoffe

Faserverbundwerkstoffe kommen bereits seit längerem im Bereich der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz und finden nun auch in der Automobilindustrie zunehmend Verbreitung. Für die simulationsgestützte Auslegung von Bauteilen werden präzise Angaben über die Mikrostruktur benötigt. Insbesondere die lokale Faserverteilung und die lokale Faserorientierung haben entscheidenden Einfluss auf die Materialeigenschaften. Vorzugsrichtung und Stärke ihrer Ausprägung sowie lokale Orientierungstensoren können aus 3-D-Bilddaten gewonnen werden.

Polymerschäume

Polymerschäume verfügen aufgrund ihrer geometrischen Feinstruktur über besondere Eigenschaften. Auf Basis der 3-D-Volumenbilder können insbesondere die Porosität und Homogenität sowohl lokal als auch für die gesamte abgebildete Probe analysiert werden.

Messablauf
1. Messung und Tomographie der Material-Probe mit CTportable
2. Auswertung und Charakterisierung der Mikrostruktur der Probe mit MAVI
Röntgen-CT zur Aufnahme der Probe mit CTportable
Mithilfe der Röntgen-Computertomographie (CT) lassen sich im Materialinneren verborgene Strukturen beliebig komplexer Objekte aus fast allen Werkstoffen mit hoher Genauigkeit erfassen und charakterisieren. Die CT ist daher eine geeignete Methode zur Charakterisierung moderner Hightech-Materialien in den unterschiedlichen Materialstadien wie Materialentwicklung (Charakteristik), -verarbeitung (Qualitätssicherung) und Betrieb (Zuverlässigkeit) zu entwickeln.
CTportable ist ein tragbares CT-Gerät, mit dem Proben wie Keramiken, Metallschäume oder Kunststoffe bis maximal 40 x 40 x 40 mm tomographiert werden können. Durch Abmaße von nur 35 x 30 x 23 cm ist der Platzbedarf sehr gering. Das Gerät ermöglicht den Verzicht auf ein spezielles Labor oder besonders geschultes Personal, wodurch sich die Investitionskosten deutlich verringern. Der Anschluss über die USB-Schnittstelle an ein Notebook gewährleistet einen einfachen Aufbau und einfache Handhabung. Es wird keine weitere externe Hardware benötigt. Durch ein Gewicht von unter 20 kg wird eine größtmögliche Mobilität erreicht. Dadurch kann eine deutliche Zeitersparnis erreicht werden, da die Messung direkt bei der Probe stattfinden kann und Ergebnisse sofort zur Verfügung stehen.

Auswertung der Probe mit MAVI

Da die mit Computertomographie gewonnenen Volumenbilder die volle Information über die räumliche Mikrostruktur enthalten, können sie mit der Software MAVI (Modular Algorithms for Volume Images) analysiert, modelliert und visualisiert werden.

MAVI ist speziell für die Analyse der komplexen Mikrostruktur von Werkstoffen (wie Polymer-, Metall- und Keramikschäume, Sintermaterial, Beton) konzipiert, kann aber auch dreidimensionale Bilder anderer Strukturen wie z. B. Knochen oder Schnee erfassen und verarbeiten. Die Software misst Volumen, Oberfläche, Krümmungsintegrale und die Eulerzahl für die vollständige Struktur oder für einzelne Objekte, findet Anisotropien und bevorzugte Richtungen und bestimmt deren Stärke.

Die Faserrichtungsanalyse in Teilvolumina erlaubt z. B. die Berechnung des makroskopischen, anisotropen, viskoelastischen Verhaltens des Verbundmaterials direkt aus der Faser-Matrix-Mikrostruktur. Der damit hergestellte Zusammenhang zwischen Mikrostruktur und makroskopischen Eigenschaften wird zur Materialoptimierung eingesetzt.

In der Fraunhofer-Allianz Vision arbeiten die Fachabteilungen aus derzeit 16 Fraunhofer-Instituten im Bereich Bildverarbeitung und optische Mess- und Prüftechnik zusammen. Unter dem Motto »Qualitätssicherung von Hightech-Materialien und Leichtbaustrukturen mit Bildverarbeitung und optischer Mess- und Prüftechnik« stellen die Fraunhofer Vision-Institute am Messestand bei der Control 2012 innovative Lösungen vor, die bei der Entwicklung und Erprobung sowie bei der Qualitätssicherung neuer Materialien zum Einsatz kommen können.

Bilder in Druckqualität:
Bild 1 (fraunhofer_vision_control_ezrt_itwm_livemessung_bild_1.jpg): Offenzelliger Aluminiumschaum (Quelle: Fraunhofer ITWM).

Bild 2 (fraunhofer_vision_control_ezrt_itwm_livemessung_bild_2.jpg): Faserverbundwerkstoff (Quelle: Fraunhofer EZRT.

Bild 3 (fraunhofer_vision_control_ezrt_itwm_livemessung_bild_3.jpg): Polymerschaum (Quelle: Fraunhofer EZRT.

Bild 4 (fraunhofer_vision_control_ezrt_itwm_livemessung_bild_4.jpg): CTportable (Quelle: Fraunhofer EZRT).

Bild 5 (fraunhofer_vision_control_ezrt_itwm_livemessung_bild_5.jpg): Mit Computertomographie gewonnenes Volumenbild eines Kieselgels (Quelle: Fraunhofer ITWM).

Fachkontakt:
Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT
Dipl.-Ing. Michael Salamon
Dr.-Mack-Str. 81
97062 Fürth
Telefon: +49 911 58061-7562
Fax: + 49 911 58061-7599
E-Mail: michael.salamon@iis.fraunhofer.de
www.iis.fraunhofer.de/bf/xrt/
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
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