ZEISS stellt VersaXRM 5 Insight für hybride 3D-Röntgenbildgebung vor

ZEISS hat das VersaXRM 5 Insight vorgestellt, eine hybride Plattform für dreidimensionale Röntgenbildgebung, die den Durchsatz der Computertomographie mit mikroskopischer Submikrometer-Auflösung kombiniert. Das System richtet sich an das Bau- und Strukturingenieurwesen, die Inspektion elektronischer Gehäuse, die additive Fertigung sowie die biowissenschaftliche Forschung, indem es eine volumetrische Multi-Scale-Charakterisierung in einem unterbrechungsfreien Workflow auf einem einzigen Instrument ermöglicht.

Zerstörungsfreie volumetrische Multi-Scale-Charakterisierung
Die ingenieurtechnische und wissenschaftliche Bewertung von Strukturbauteilen, Verbundwerkstoffen und biologischem Gewebe erfordert typischerweise die Erfassung sowohl großflächiger Makrostrukturen als auch lokalisierter Defekte im Submikrometerbereich. Konventionelle Workflows der zerstörungsfreien Prüfung zwingen Anwender häufig dazu, zwischen Weitfeld-Mikro-Computertomographen (Mikro-CT) und separaten hochvergrößernden Röntgenmikroskopen (XRM) zu wählen. Der Wechsel zwischen getrennten Systemen erfordert das Entnehmen, Neueinspannen und manuelle räumliche Koregistrieren der Probe, was zu Präparationsfehlern und betrieblichen Verzögerungen führt.

Das VersaXRM 5 Insight vereint Übersichtsscans mit großem Sichtfeld und hochauflösende Detailaufnahmen in einer einzigen Gerätearchitektur. Anwender können ein makroskopisches Screening über eine gesamte Komponente durchführen, um strukturelle Anomalien zu erkennen, gezielte Zielvolumina (Volumes of Interest) zu definieren und tiefgehende volumetrische Scans vorzunehmen – ohne mechanische Umbauten an der Hardware oder Anpassungen an Umgebungstestkammern vornehmen zu müssen.




Erhalt der Probenintegrität durch „Resolution at a Distance“
Eine wesentliche physikalische Einschränkung bei der Labor-Röntgen-Computertomographie ist die geometrische Vergrößerung: Eine hohe Auflösung erfordert hierbei in der Regel, dass die Probe extrem nah an der Röntgenquelle platziert wird. Diese Anforderung macht häufig ein mechanisches Beschneiden, zerstörendes Trennschleifen oder physisches Entkernen großer Werkstücke erforderlich, um Kollisionen mit der Quelle oder dem Detektor zu vermeiden.

Das System nutzt die RaaD-Architektur („Resolution at a Distance“), die eine zweistufige optische Vergrößerung hinter dem Szintillator einsetzt. Dies ermöglicht eine räumliche Auflösung im Submikrometerbereich bei gleichzeitig großen Arbeitsabständen. Ingenieure können kritische Fehler, Porenverteilungen und Schweißnahtporosität in sperrigen Bauteilen, intakten Elektronikgehäusen und in mechanischen In-situ-Testzellen ohne mechanische Bearbeitung untersuchen, wodurch die Probenstruktur für longitudinale vierdimensionale Untersuchungen (4D) erhalten bleibt.




Automatisierte Navigation und beschleunigte Erfassungsworkflows
Bedienerabhängige Schwankungen, die Systemausrichtung und die Zeiten für die Volumenrekonstruktion stellen gängige Engpässe bei volumetrischen Röntgen-Workflows dar. Das VersaXRM 5 Insight nutzt die Steuerungssoftware ZEN navx, um eine automatisierte, probenbezogene Navigation sowie eine geführte Ablaufsteuerung bereitzustellen. Dadurch werden Kollisionskurven zwischen Probenhalterungen und Gerätekomponenten zuverlässig vermieden.

Um Versuchsreihen zu beschleunigen, bietet die Plattform den sogenannten FAST Mode, der schnelles Feedback für die räumliche Ausrichtung, makroskopische Bauteilprüfungen und tomographische Rekonstruktionen mittlerer Auflösung liefert. Zudem integriert das System Algorithmen künstlicher Intelligenz in die Rekonstruktionspipeline, um Strahlaufhärtung zu mindern, Ringartefakte zu reduzieren und das Volumen-Rendering aus weniger Winkelprojektionen zu beschleunigen.

Dr. Keith Duncan, Research Scientist und Director of X-ray Imaging am Danforth Plant Science Center, merkte an, dass die Detektorarchitektur einen großflächigen Flachbilddetektor mit sekundärer optischer Vergrößerung kombiniert, um ohne mechanische Rekonfiguration von einer globalen Probenübersicht zu lokalisierten Strukturdetails überzugehen.

Nicolas Gueninchault, Head of the X-ray Microscopy Field of Business bei ZEISS Microscopy, betonte, dass die Zusammenführung von durchsatzstarker Mikro-CT-Hardware mit Optiken der Röntgenmikroskopie räumliche Auflösung, Datenerfassungsgeschwindigkeit und Bedienbarkeit auf einem einzigen Chassis ausgewogen vereint.




Gezielte Anwendungen in Industrie und Materialforschung
In den Materialwissenschaften ermöglicht das System die zerstörungsfreie Visualisierung von Rissausbreitung, Mikroporenverschmelzung und Partikeldispersion während mechanischer sowie umgebungsbedingter Belastungsphasen. In der industriellen Mikroelektronik und Halbleiterfertigung unterstützt das Messgerät die zerstörungsfreie Ursachenanalyse (Root-Cause-Analyse) von Lotkugel-Ermüdung, Durchkontaktierungsbrücken (Via Bridging), Drahtbond-Ablösungen und internen Delaminationen innerhalb gehauster integrierter Schaltungen. Biowissenschaftliche Einrichtungen setzen die Plattform für die zerstörungsfreie, dreidimensionale histologische Modellierung und morphologische Phänotypisierung intakter pflanzlicher und tierischer Proben ein.

Zusätzlicher Kontext:
Dieser Abschnitt beschreibt technische Spezifikationen und Vergleiche mit Wettbewerbsprodukten, die nicht in der ursprünglichen Produktankündigung enthalten waren.

Die Hybridarchitektur der ZEISS Versa-Serie kombiniert eine geschlossene Mikrofokus-Röntgenquelle (die typischerweise zwischen 30 und 160 Kilovolt bei einer Leistung von bis zu 10 Watt betrieben wird) mit einem zweistufigen Vergrößerungsmechanismus. Der primäre Erfassungspfad nutzt einen hochauflösenden CMOS-Flachbilddetektor für das makroskopische Screening, ergänzt durch einen automatisierten Objektivrevolver mit optischen Objektiven (z. B. 0,4-fache, 4-fache, 20-fache und 40-fache Vergrößerung), die an hocheffiziente Szintillatoren und wissenschaftliche CCD- oder CMOS-Kameras gekoppelt sind. Diese Konfiguration erzielt reale räumliche Auflösungen von bis zu 500 Nanometern und minimale Voxelgrößen von bis zu 40 Nanometern – bei Quellen-Proben-Abständen von mehr als 20 bis 50 Millimetern.

Direkte Branchen-Benchmarks für zerstörungsfreie 3D-Multi-Scale-Röntgensysteme sind das Bruker SkyScan 2214 und das TESCAN UniTOM XL.

Das Bruker SkyScan 2214 nutzt eine offene Nanofokus-Röntgenquelle mit Diamantfenstern für Strahlenergien von bis zu 160 Kilovolt und erzeugt Brennfleckgrößen unter 500 Nanometern. Es bietet modulare Detektionsoptionen und kombiniert eine gekühlte 11-Megapixel-CCD-Kamera für Submikrometer-Untersuchungen mit einem 6-Megapixel-Flachbilddetektor für Übersichtsaufnahmen großer Objekte (bis zu 300 Millimeter Durchmesser). Anders als die optischen Vergrößerungsstufen der RaaD-Architektur setzt das SkyScan 2214 primär auf hohe geometrische Vergrößerung. Um die maximale räumliche Auflösung von 500 Nanometern zu erreichen, muss die Probe 1 bis 2 Millimeter vor der Quelle positioniert werden, was hochauflösende Scans großer oder gekapselter Prüfkörper einschränkt.

Das TESCAN UniTOM XL ist auf durchsatzstarke Multi-Scale-Mikro-CT ausgelegt, integriert dynamische kontinuierliche Scanfunktionen und nimmt Probengewichte von bis zu 10 Kilogramm bei einem Sichtfeld von 300 Millimetern auf. Das UniTOM XL arbeitet mit einer leistungsstarken Mikrofokus-Röntgenquelle von bis zu 160 Kilovolt und 200 Watt sowie einem Hochgeschwindigkeits-Flachbilddetektor, der eine zeitliche Auflösung für dynamische 4D-Computertomographie mit Volumenerfassungszeiten von unter einer Sekunde ermöglicht. Während es bei größeren Gussteilen und dynamischen mechanischen Kompressionszyklen überlegene Bildraten und Volumendurchsätze liefert, begrenzt sein rein geometrischer Vergrößerungsansatz die maximale räumliche Auflösung auf ca. 3 bis 4 Mikrometer. Dadurch eignet es sich weniger für die Differenzierung von Submikrometer-Poren und inneren Grenzflächen als Systeme mit mehrstufiger optischer Vergrößerung.

Bearbeitet von Natania Lyngdoh, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.

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