antriebstechnik 3/2015

LINEARTECHNIK

LINEARTECHNIK Hochpräzise im Raum Positionierlösung für ein neues bildgebendes Verfahren an Synchrotronquellen Die Einführung einer neuen bildgebenden Analysemethode in der Computertomografie (CT) soll es nun ermöglichen, auch dreidimensionale Darstellungen von flachen, breit ausgedehnten Objekten zu errechnen. Um aussagekräftige Rohdaten zu erhalten, müssen Probe und Detektor sehr präzise und stabil positioniert werden. Die anspruchsvolle Aufgabe ließ sich mit einem speziellen Positioniersystem lösen. Dipl.-Phys. Birgit Schulze, Markt & Produkte bei Physik Instrumente (PI) in Karlsruhe In einem gemeinsamen Projekt haben das ANKA (Angströmquelle Karlsruhe) am KIT (Karlsruher Institut für Technologie), das Fraunhofer IZFP (Institut für zerstörungsfreie Prüfverfahren), Saarbrücken/Dresden, und die ESRF (European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble, Frankreich) die Synchrotronlaminografie entwickelt, mit der sehr große flächige Objekte, z. B. aus dem Windkraft- oder Flugzeugbereich, auf Fehler in der inneren Struktur, die durch Belastung und Versagen verursacht sind, und Fehler aus dem Herstellungsprozess untersucht werden können. An der Synchrotronstrahlungsquelle ESRF mit mehr als 40 Strahlrohren ist das Instrument bereits seit 2007 an der Imaging Beamline ID19 in Betrieb. Mit seiner Hilfe gelang es dort z. B. ein Bein in einer versteinerten Urzeitschlange dreidimensional abzubilden, ohne den einzigartigen Fund zu zerstören. Mithilfe von sog. Phasenkontrastmethoden können auch Strukturen ohne Absorptionskontrast erfolgreich untersucht werden. An ANKA ist vorgesehen, interessierten Nutzern die gleiche Analysemethode an der neuen Image Beamline zur Verfügung zu stellen. Höchste Anforderungen an die Positionierung Mit herkömmlicher CT ist eine Rekonstruktion der Volumeninformation von ausgedehnten asymmetrischen Körpern nicht zu leisten, denn die unterschiedlich langen Wege der Strahlung in der Probe verhindern eine zuverlässige Messung von Projektionsdaten. Bei der Laminografie rotiert die Probe unter einem Winkel zur Strahlrichtung und wird dabei abgetastet und durchleuchtet. Aus der Summe der Informationen in verschiedenen Rotationspositionen können die Volumendaten rekonstruiert und eine dreidimensionale Darstellung errechnet werden. Die Probe wird dazu zwischen Röntgenquelle und Detektor positioniert. Während der Untersuchung sind höchste Präzision und Stabilität unabdingbar, damit die spätere Rekonstruktion verwertbare Darstellungen liefern kann. Positionsstabiliät während der Aufnahme muss sowohl für Detektor als auch für die Probe gewährleistet sein. Der Detektor ist mit 100 kg sehr schwer und nicht im Schwerpunkt gehalten: die Herausforderung ist also, diese Last trotzdem mit einer Ablaufgenauigkeit unter 0,1 µrad bzw. 100 nm und einer Auflösung von 50 nm zu positionieren und dabei Hebelwirkungen und Momente auszuschalten. Bei der Probenposi tionierung soll der Winkel, unter dem die Probe vom Synchro tron- Röntgenstrahl getroffen wird, einstellbar sein. Die Probe wiederum gilt es in jeder Position individuell, sicher und wiederholbar feinjus tieren zu können. Obendrein sollte das ganze Instrument auch noch einfach aus dem Strahlengang zu fahren sein, wenn es nicht genutzt wird bzw. während Referenz messungen durchgeführt werden. 20 antriebstechnik 3/2015

LINEARTECHNIK Komplexe Aufgabenstellung praxisgerecht gelöst Dank intensiver Zusammenarbeit der Auftraggeber mit den Ingenieuren und Entwicklern der Firma Physik Instrumente ließ sich diese komplexe Aufgabenstellung jedoch praxisgerecht lösen. Schließlich hat das Unternehmen im Bereich „Beamline Instrumentation“ gerade in diesem Anwendungsgebiet wertvolles Know-how und langjährige Erfahrung. Ziel des Spezialistenteams, das von PI miCos koordiniert wird, ist es, anwendungsgerechte Lösungen zu entwickeln, die über das Anbieten von Einzelkomponenten hinausgehen und die Systemintegration ebenso einschließen wie die vollständige Instrumentierung. Beim Instrument für die Computerlaminografie wurden diese Fähigkeiten erneut unter Beweis gestellt. Im Prinzip besteht die Detektor- und Probenpositionierung aus drei kooperierenden Systemen: einem Hubtisch mit Granitunterbau, einem in drei Achsen beweglichen Detektortisch und der Probenpositionierung. Letztere setzt sich zusammen aus einem sechsachsigen Positioniersystem sowie einem Rotations- und Kipptisch, auf dem der eigentliche Probenträger magnetisch gehalten wird. Die Herausforderungen verbergen sich in den Details, die erst die Raffinesse dieser Ingenieursleistung zu Tage bringen. Details, auf die es ankommt So war bei der Konzeption des Hubtisches die große Gesamtmasse von 2,5 t eine Herausforderung, denn sie muss präzise und parallel gehoben werden. Dafür sorgt eine Dreipunktluftlagerung. Auf diese Weise lässt sich die Anlage mit minimalem Kraftaufwand verschieben, steht gleichzeitig aber auch stabil, sobald der Luftstrom ausgeschaltet ist. Die Verkippung des Granit- 01 Prinzipielle Anordnung der Computer-Laminografie an der Beamline ID 19 am ESRF 02 Im Prinzip besteht die Detektor- und Probenpositionierung aus drei kooperierenden Systemen antriebstechnik 3/2015 21