Röntgenmesstechnik: verkanntes Potenzial

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Der Einsatz von Röntgenmesstechnik in der Herstellung von Rohren und Schläuchen birgt viele Vorteile, die andere Messverfahren nicht bieten.

Das Potenzial der Röntgenmesstechnik wird oft verkannt. Oft existieren sogar Vorbehalte gegen Röntgen allgemein, die zum Teil darauf beruhen, dass ein Bezug zur radioaktiven Strahlung hergestellt wird. Im Gegensatz zu dieser kann Röntgenstrahlung aber bei Nichtgebrauch einfach abgeschaltet werden. Ferner sind Produkte, welche mit Röntgen vermessen wurden, nicht „verstrahlt“. Das heißt, sie strahlen nicht nach. Auch während des Betriebs sind die Geräte strahlensicher und der Aufenthalt in ihrer Umgebung langfristig ungefährlich. Dies ermöglicht einen sicheren und problemlosen Umgang mit dieser Technologie.

Zu sehen sind hier der Aufbau und das Funktionsprinzip der Messung mit Röntgentechnologie. Foto: Sikora

Röntgen ist als bildgebendes Verfahren zur medizinischen Diagnostik bekannt. Es werden im Allgemeinen zweidimensionale Abbildungen erzeugt, die es dem Arzt ermöglichen, in den Körper des Patienten hineinzuschauen. Die Darstellung erfolgt in Graustufen, welche sich aus der unterschiedlichen Absorption der Röntgenstrahlung beim Durchqueren des Körpers des Patienten ergeben. Für Röntgenstrahlung sind Materialien unterschiedlich durchsichtig. Die Unterschiede in der Transparenz lassen erkennen, wo ein Material beginnt und das andere endet. So ist zum Beispiel Gewebe für Röntgenstrahlen intransparenter als die darin eingebetteten Knochen.

Analog verhält es sich beim Einsatz von Röntgen in der Messtechnik. Es ist ein zerstörungsfreier Blick in beziehungsweise durch ein Produkt möglich. Weiterhin kann zwischen verschiedenen Materialien differenziert werden, die sich in ihrer Absorption beziehungsweise Dämpfung für Röntgenstrahlung unterscheiden. Dabei wird die Absorption eines Materials von seiner Zusammensetzung, seiner Dichte und der Härte der verwendeten Röntgenstrahlung definiert.

Gase beeinflussen nicht die Messung

Insbesondere im Vergleich zu rein optischen Verfahren offenbart Röntgentechnologie einige Vorteile. Durch ihre geringe Dichte beeinflussen im Produktionsprozess auftretende Gase wie zum Beispiel Rauch oder Dampf die Messung nicht. Ebenfalls spielt die Temperatur des zu messenden Objekts für die Dämpfung und damit für das Messergebnis keine Rolle.

Bestimmung der minimalen Wanddicke: Die Wanddicke unter 45° von außen (gestrichelte rote Linie) ist größer als die tatsächliche minimale Wanddicke (durchgezogene gelbe Linie). Grafik: Sikora

Für Röntgenmesstechnik ist nach Einschalten des Gerätes und Erreichen des Betriebspunkts das Messergebnis stabil und konstant – es gibt keine Aufwärmphase oder eine Abhängigkeit von der Produkttemperatur, kein Bedarf an Koppelmedien oder gar Ansprüche an die Qualität derselben. Auch ist keine Nachführung beziehungsweise Nachkalibration der Messwerte während der Produktion erforderlich – weder manuell, noch durch Einbeziehung sekundärer Werte wie zum Beispiel einer gravimetrischen Messung. Im Vergleich zu anderen Messverfahren ist das ist ein erheblicher Vorteil.

Die Messwertstabilität und damit die Wiederholgenauigkeit sind ungleich besser als bei anderen Verfahren und degenerieren nicht über die Lebensdauer, da keine beweglichen Teile zum Einsatz kommen. Da keine Sensoren bewegt und an das Produkt angepasst werden müssen, entstehen auch keine Umrüstzeiten.

Allgemein legen diese Charakteristika die Verwendung von Röntgenmesstechnik zur Inline-Kontrolle der Extrusion von Rohren und Schläuchen nahe. Mit ihr ist nicht nur die Auflösung einzelner Schichten möglich, auch das Vorhandensein elektrisch leitfähiger Additive in den Materialien (zum Beispiel Ruß oder metallische Schichten) oder von Gewebelagen stellt kein Ausschlusskriterium dar.

Kamera zeigt Abschwächung der Strahlung durch Material

Die Röntgenmessgeräte von Sikora arbeiten mit der Röntgentransmission, was bedeutet, dass die Röntgenquelle und die Röntgenkamera sich auf gegenüberliegenden Seiten des Produkts befinden. Je nach Material und Dicke des Produkts wird ein Teil der Röntgenstrahlung im Material absorbiert und der andere transmittiert. Es ergeben sich auf der Kamera Intensitätsprofile, welche die Abschwächung der Strahlung durch das Material darstellen.

Diese Abschwächung ist mit steigender Weglänge durch ein Material exponentiell – die von der Kamera empfangene Intensität sinkt dadurch ebenfalls exponentiell. Der Grad der Abnahme ist vom Material und der Härte der Röntgenstrahlung abhängig. Dadurch ergibt sich bei Übergängen von einem zum nächsten Material ein „Knick“ in der Intensitätskurve. Durch Verwendung eines auf der zugrundeliegenden Physik basierten Mehrschichtmodells kann die genaue Position eines Übergangs von einem zum nächsten Material bestimmt werden. Somit lassen sich mit diesem Ansatz und einem geometrischen Modell des zu vermessenden Produkts sowohl Durchmesser als auch die Wanddicken durch Optimierung der zugrundeliegenden Modellparameter bestimmen.

Gesamtes Kamerabild wird bei Röntgenmesstechnik analysiert

Das X-Ray 6000 Pro zeigt im Standard acht Messwerte am Ecocontrol 6000 Prozessorsystem an. Foto: Sikora

Dabei wird nicht nur eine Einzelinformation verarbeitet, wie das bei klassischen Messverfahren (zum Beispiel Pegeldetektion, Impulslaufzeit etc.) der Fall ist, sondern das ganze Kamerabild analysiert. Rohre werden vollständig von der Röntgenstrahlung durchleuchtet, da im Gegensatz zur Messung im Kabelbereich kein metallischer Kern vorhanden ist, der die Röntgenstrahlung absorbiert.

Der entscheidende Vorteil ist, dass alle bildgebenden Elemente in einem Sikora Röntgenmesssystem bezüglich ihrer Parameter, wie zum Beispiel die Positionen, präzise und im Zusammenhang bestimmt werden. Damit entsteht ein Bezug der Messpunkte untereinander, der Aussagen über die gesamten 360° des vermessenen Produkts ermöglicht. So kann zum Beispiel die minimale Wanddicke präzise und frei über den vollen Umfang bestimmt werden.

Dies ermöglicht auch Rückschlüsse von einem verdrehten Produkt auf die Lage am Extruder. An den Schrauben des Extrusionsspritzkopfs ist die mögliche Eingriffsrichtung fix. Verdreht sich das Produkt auf dem Weg bis zum Messpunkt, ist eine Rückprojektion der Wanddicken auf den Extrusionsspritzkopf und damit eine Zuordnung der Exzentrizität zu den Verstellschrauben notwendig, um sinnvoll korrigieren zu können. Dies ist nur möglich, wenn ein 360-Grad-Modell besteht.

Dr. Hilmar Bolte, Research & Development Head of Analysis, Sikora

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