SimCT - Modellierung und Simulation eines industriellen Röntgen 3D Computertomographie Systems

Motivation: Industrielle 3D Röntgen Computertomographie ist eine relativ neue Methode, die in den letzten Jah-ren vermehrt zur zerstörungsfreien Prüfung und zur Geometriebestimmung eingesetzt wird. Bei Computertomo-graphie (CT) im Allgemeinen und bei 3D-CT im besonderen Ausmaß wird die Qualität des Messergebnisses einer gescannten Probe stark durch Messbedingungen und die eingestellten Messparameter beeinflusst. Dieses Opti-mierungsproblem, das zum jetzigen Stand für jede neue Messaufgabe durch die Erfahrung des Anlagenbedieners gelöst wird, soll in einer Simulationssoftware für industrielle 3DCTs automatisiert werden. Monte-Carlo Simulatio-nen können Wechselwirkungen von Röntgenstrahlen sehr gut abbilden sind aber auf Grund ihres enormen Re-chenaufwandes für die angesprochene Optimierungsthematik einer vollständigen CT-Aufnahme ungeeignet und können lediglich als Referenz für simple Objektgeometrien herangezogen werden. Ziel dieser Arbeit ist folglich eine zeitoptimierte Simulation, welche die auftretenden Wechselwirkungen in vernünftiger Zeit mit ausreichender Genauigkeit berücksichtigt. Ergebnisse: Es werden Ergebnisse sowie physikalische Modelle des aktuellen Simulations-Tools zur Generie-rung von Projektionsbilder präsentiert. Im Detail wird ein Modell für polychromatische Röntgenquellen mit Direkt-strahl-Target inklusive Vorfilterplatten vorgestellt. Reale Röntgenröhren sind keine idealen Punktquellen, deshalb wird deren geometrische Verschmierung durch den Brennfleck, welcher auch driften kann, berücksichtigt. Der Brennfleck-Drift entsteht durch Instabilitäten der Röntgenröhre und wurde durch experimentelle Untersuchungen abgeschätzt. Die Abschwächung der generierten Röntgenquanten im Messobjekt durch Photoabsorption, kohä-rente und inkoheränte Streuung wird durch Wirkungsquerschnitte des entsprechenden Materials berücksichtigt. Das Messobjekt bzw. die Messobjekte selbst werden in der Simulation durch ein Oberflächen-Modell, bestehend aus Dreiecken und einem Material, definierbar durch massengewichtete chemische Summenformeln, repräsen-tiert. Die so abgeschwächten Röntgenstrahlen werden dann durch eine experimentell bestimmte energieabhängi-ge Detektorempfindlichkeit gewichtet und aufintegriert. Folglich ist es möglich absolute Grauwerte in Abhängigkeit von Anlagenparametern zu schätzen. Für ausgewählte Objekte werden Vergleiche zwischen realer Messung, einer vollständigen Monte-Carlo Simulati-on der Wechselwirkungen im Messobjekt und der optimierten Simulation präsentiert. Diskussion und Schlussfolgerungen: Der aktuelle Stand des Simualtions-Tools bietet die Möglichkeit ideale sowie strahlaufhärtungsbehaftete Projektionen zu generieren und eröffnet somit ein breites Spektrum an Möglich-keiten für weiterführende Untersuchungen. Es kann die gesamte Prozesskette, d.h. die Generierung von Rönt-genstrahlen in der Röhre, die Wechselwirkungen der Röntgenstrahlen mit Vorfilter bzw. Messobjekt und die Wechselwirkungen mit dem Detektor, simuliert werden. Ursachen für Abweichungen zwischen realen und simulierten Messergebnissen werden erläutert und diskutiert.