Röntgendetektoren

Die Röntgentechnik hat für die zerstörungsfreie Materialprüfung einen sehr hohen Stellenwert. Entscheidend für die Leistungsfähigkeit dieser Prüftechnik ist der Röntgendetektor bzw. das Röntgenbild. Auf Basis des Röntgenbildes werden Entscheidungen über das zu untersuchende Objekt getroffen, entweder vom Mensch selber oder auf Basis von Bildverarbeitungsalgorithmen oder KI. Während in der Vergangenheit an erster Stelle der Röntgenfilm oder Bildverstärker als bildgebendes Element eingesetzt wurden, werden sowohl im medizinischen wie auch im industriellen Bereich heute meist digitale Röntgendetektoren verwendet. 

Da die Detektoren bei der Bildaufnahme der Röntgenstrahlung ausgesetzt sind, ist für eine gute und konstante Bildqualität eine hohe Strahlungsstabilität der Detektoren entscheidend. Im industriellen 24/7 Betrieb sind Bildverstärker, Flat-Panel-Detektoren und herkömmliche Zeilenkameras 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. Durch Streustrahlung des Objektes und des Detektorgehäuses selber wird auch die Ausleseelektronik seitlich des aktiven, bildgebenden Halbleiters getroffen und geschädigt. Dies macht sich unter anderem durch Pixel- und Spaltendefekte, dem Ausfall einzelner Pixel oder ganzer Spalten und Zeilen des Detektors bemerkbar.

Die am Fraunhofer-Entwicklungszentrums Röntgentechnik EZRT entwickelten XEye-Röntgendetektoren sichern über Jahre hinweg ein zuverlässiges Ergebnis in der industriellen Röntgenprüfung. Ein Nachführen von Bildverarbeitungsparametern für die automatische Fehlerdetektion ist aufgrund der stabilen Bildqualität nicht länger erforderlich.

Das Fraunhofer EZRT seit mehr als zwanzig Jahren an der Entwicklung von Röntgendetektoren, die auch bei hohen Röntgenenergien eine konstante Bildqualität liefern, die mit derjenigen von Flachbilddetektoren vergleichbar ist. Das Prinzip der XEye-Röntgendetektoren beruht auf der digitalen Aufnahme eines Szintillators (Leuchtfolie), die – angeregt durch die Röntgenstrahlung – sichtbares Licht emittiert. Mehrere optische Kameras erfassen überlappende Teilbereiche des Szintillators, die Einzelbilder werden anschließend nahtlos zu einem Gesamtbild zusammengefügt. Das patentierte Strahlenschutzkonzept, das sämtliche elektronischen und optischen Komponenten vor Röntgenstrahlung bis derzeit 450 kV Röhrenspannung abschirmt, gewährleistet eine lange Lebensdauer und eine konstant hohe Bildqualität der XEye-Röntgendetektoren.

Neben den aufgezählten Vorteilen liegt die Stärke der XEye-Technologie in Ihrer Flexibilität. Bisher werden XEye-Detektoren überwiegend in klassischen Röntgensystemen für die ZfP in Kombination mit industriellen Röntgenquellen mit max. 2 KW Röhrenleistung und Röntgenenergien bis typisch 225 bis 450 keV eingesetzt. Aufgrund des Grundprinzips der XEye, der optischen Abbildung eines Szintillators, können XEye-Röntgendetektoren auch auch für Systeme eingesetzt werden, bei denen Linearbeschleuniger oder ein Synchrotron als Strahlungsquelle dienen. Natürlich unterscheiden sich hier der interne Aufbau, d.h. der optische Lichtweg und die Abschirmung von XEye-Detektoren für Energien bis "nur" 450 keV.

Eine weitere Variante der XEye-Technologie ist der Einsatz von Hochgeschwindigkeits-Bildsensoren. Damit können zugleich große wie auch hochaufgelöste Röntgendetektoren entwickelt werden welche mit einer Bildaufnahmefrequenz bis zu bspw. 4 kHz in der Lage sind schnelle und dynamische Prozesse zeitaufgelöst festzuhalten. Diese XEye-Hochgeschwindigkeitskameras können je nach Ausführung sowohl mit normalen industriellen Röntgenquellen wie auch mit Linearbeschleunigern oder einem Synchrotron betrieben werden. Da die Bilddaten aufgrund der extrem hohen Datenrate nicht schritthaltend auf einen PC übertragen und ausgewertet werden können sind diese Detektoren nicht für den 24/7 Betrieb geeignet sondern für einzelne Versuche und Testreihen ausgelegt. Durch Nutzung der XEye-Technologie wird jedoch ein ausreichender Strahlenschutz gewährleistet.

XEye-Röntgenkameras werden in verschiedensten Industrieanwendungen erfolgreich wie beispielsweise zur Prüfung von Längsschweißnähten an Stahrohren. Seit mehr als acht Jahren täglich rund um die Uhr nehmen die Detektoren Röntgenbilder auf ohne dass eine Veränderung der Bildqualität festgestellt wird. In der Automobilindustrie werden XEye-Detektoren zur zuverlässigen Prüfung von bspw. Fahrwerkgussteilen und Rädern im Fertigungszyklus genutzt. In verschiedenen CT-Systemen  wie zum Beispiel CT von Motorkolben im Fertigungstakt oder CT zur Phänotypisierung von Pflanzen werden XEye-Detektoren ebenfalls eingesetzt. Andere Nutzungsbereiche sind beispielsweise die Inspektion elektronischer Baugruppen, die Detektion von Fremdkörpern in Lebensmitteln oder die Zählung von SMT-Komponenten auf Spulen.