CT-Artefakte

Strahlaufhärtungskorrektur für die industrielle CT

Strahlaufhärtung lässt die Mitte eines Bauteils weniger dicht erscheinen als seine Ränder und zieht dunkle Streifen zwischen dichten Strukturen. Voxray QRT modelliert das Röntgenspektrum während der Rekonstruktion. So bleiben die Grauwerte im ganzen Bauteil mit einem einzigen Scan konsistent.

Zur Fallstudie

Was ist Strahlaufhärtung?

Eine Röntgenröhre sendet ein Spektrum von Energien aus, nicht eine einzige. Material absorbiert niederenergetische Photonen leichter als hochenergetische. Nach einem dicken oder dichten Bereich besteht der Strahl deshalb vor allem aus hochenergetischen Photonen: Er ist härter geworden. Ein härterer Strahl verliert pro Millimeter Material weniger Intensität.

Die gefilterte Rückprojektion (FDK), mit der die meisten CT-Anlagen ausgeliefert werden, geht von einer einzigen Röntgenenergie aus. Sie deutet die schwächere Schwächung entlang langer Wege als geringere Dichte. Je dicker und dichter das Material entlang eines Strahls, desto größer der Fehler.

Woran Sie sie erkennen

  • Cupping: Ein homogenes Bauteil erscheint in der Mitte dunkler als am Rand.

  • Dunkle Streifen oder Bänder zwischen dichten Strukturen wie Pins, Akkuzellen oder Schrauben.

  • Dasselbe Material bekommt je nach Wandstärke und Position unterschiedliche Grauwerte. Globale Schwellwerte und die Oberflächenbestimmung funktionieren dann nicht mehr.

  • Materialien geringer Dichte neben dichten verlieren Kontrast, sodass Poren, Risse und Einschlüsse dort verschwinden.

Vorher und nachher

Konventionelle Rekonstruktion und Voxray QRT im Vergleich an echten Scans. Ziehen Sie den Regler, um zu vergleichen.

Motor eines Ölabscheiders, mit FDK rekonstruiert, mit hellem Rand, Cupping und blassen Wicklungen
FDK
Derselbe Motor, mit Voxray QRT rekonstruiert, mit gleichmäßigen Grauwerten und klaren Wicklungen
Voxray QRT
Schnitt durch den Motor eines Ölabscheiders. FDK zeigt einen hellen Rand und eine dunklere Mitte (Cupping), und die Kupferwicklungen und Rotormagnete verlieren an Kontrast. QRT zeigt sie gleichmäßig und ohne hellen Rand.
Schnitt durch den Stecker, rekonstruiert mit Dual-Energy-Fusion
FBP (Dual Energy)
Derselbe Schnitt, rekonstruiert mit Voxray QRT aus einem einzigen Scan
QRT (Single Energy)
Stromstecker mit Pins aus Kupferlegierung. Links: Dual-Energy-Fusion aus zwei Scans. Rechts: QRT aus einem einzigen Scan, das die Poren und das Kunststoffpartikel zwischen den Pins deutlicher zeigt.

Übliche Methoden gegen Strahlaufhärtung

Jede konventionelle Methode löst einen Teil des Problems und kostet an anderer Stelle.

Physischer Vorfilter

Funktionsweise: Ein Kupfer- oder Zinnfilter vor der Röhre entfernt niedrige Energien, bevor sie das Bauteil erreichen.

Grenzen: Verringert Cupping, beseitigt es aber nicht, und kostet Signal. Scans werden verrauschter oder länger.

Höhere Röhrenspannung

Funktionsweise: Erhöht den Anteil hochenergetischer Photonen im Spektrum.

Grenzen: Senkt den Kontrast zwischen Materialien ähnlicher Dichte.

Linearisierung (Softwarekorrektur)

Funktionsweise: Bildet die gemessene Schwächung auf eine Gerade ab, kalibriert an einem Referenzbauteil oder mit einem von Hand eingestellten Polynom.

Grenzen: Setzt ein einziges Material voraus. In Multimaterial-Bauteilen korrigiert sie ein Material und verfälscht die anderen.

Dual-Energy-CT

Funktionsweise: Scannt das Bauteil zweimal mit zwei Röhrenspannungen und fusioniert die beiden Volumen.

Grenzen: Verdoppelt die Messzeit, und die Registrierung der beiden Volumen kann Ausrichtungsartefakte erzeugen.

So geht Voxray QRT mit Strahlaufhärtung um

QRT begradigt nicht die Projektionen vor der Rekonstruktion. Es modelliert das polychromatische Röntgenspektrum und die Physik der Messung und berechnet das Volumen, das die aufgenommenen Projektionen am besten erklärt. Die Strahlaufhärtung ist Teil dieses Modells und wird deshalb nicht zu Cupping oder Streifen.

Multimaterial-Bauteile

Metall, Kunststoff und Verbundwerkstoff im selben Bauteil, wo die Linearisierung für ein Material scheitert.

Ein Scan

Kein zweiter Scan mit anderer Röhrenspannung und keine Registrierung zweier Volumen.

Automatische Korrektur

Die Korrektur läuft während der Rekonstruktion, und die Standardeinstellungen liefern bei fast allen Datensätzen gute Ergebnisse.

Ihre Anlage, Ihre Software

QRT liest die Rohprojektionen Ihrer vorhandenen CT-Anlage und speichert VGI oder DICOM für Ihre Analysesoftware.

3D-Rendering des 7-poligen Stromsteckers

Fallstudie

Defekterkennung in einem 7-poligen Stromstecker

Gemeinsam mit der Robert Bosch GmbH, Corporate Research, haben wir gefilterte Rückprojektion, Dual-Energy-Fusion und QRT an einem Stecker mit Pins aus Kupferlegierung in einem Kunststoffgehäuse verglichen und mit einem Schliffbild validiert. QRT zeigte Poren, Spalte und ein Kunststoffpartikel zwischen den Pins aus einem einzigen Scan, in der Hälfte der Messzeit der Dual-Energy-CT.

Zur Fallstudie

Häufige Fragen zur Strahlaufhärtung

Wie entsteht Strahlaufhärtung in der CT?

Röntgenröhren senden ein Spektrum von Energien aus. Material absorbiert niederenergetische Photonen stärker als hochenergetische, sodass die mittlere Energie des Strahls entlang seines Wegs steigt. Eine Rekonstruktion, die von einer einzigen Energie ausgeht, macht daraus Cupping und Streifen.

Was ist der Unterschied zwischen Strahlaufhärtung und Metallartefakten?

Strahlaufhärtung tritt in jedem Material auf und wächst mit Dicke und Dichte. Sie ist eine der Ursachen von Metallartefakten: Hinter Metall kommen Photonenmangel und Streustrahlung hinzu, die zusammen helle und dunkle Streifen quer durch den Schnitt erzeugen.

Kann ich Strahlaufhärtung mit einem Vorfilter vermeiden?

Ein Kupfer- oder Zinnvorfilter verringert die Strahlaufhärtung, beseitigt sie aber nicht und senkt das Signal. Die meisten Labore kombinieren einen Filter mit einer Softwarekorrektur.

Funktioniert die Strahlaufhärtungskorrektur bei Multimaterial-Bauteilen?

Die Linearisierung setzt ein einziges Material voraus und scheitert deshalb, wenn Metall und Kunststoff in einem Bauteil sitzen. QRT modelliert das Röntgenspektrum und die Materialien und funktioniert daher auch bei Multimaterial-Baugruppen wie Steckern, Akkus und Elektronik.

Muss ich meine CT-Anlage oder meine Scaneinstellungen ändern?

Nein. QRT liest die Rohprojektionen Ihrer vorhandenen Anlage. Ihre Scaneinstellungen und Ihre Analysesoftware bleiben, wie sie sind.

Kann ich QRT mit meinen eigenen Scans testen?

Ja. Fordern Sie eine kostenlose Testversion an und rekonstruieren Sie Ihre eigenen Datensätze auf Ihrer Workstation, oder wählen Sie den Rekonstruktionsservice und schicken Sie uns einen Datensatz, den wir für Sie rekonstruieren.

Entfernen Sie Strahlaufhärtung aus Ihren eigenen Scans

Rekonstruieren Sie Ihre eigenen Daten in einer kostenlosen Testversion mit QRT, oder sprechen Sie mit uns über Ihre Bauteile.

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