用于X射线分层摄影的定位

扁平、扩展对象的高精度空间定位

在一个联合项目中,位于KIT(德国卡尔斯鲁厄理工学院)的ANKA(安卡同步辐射光源)、位于萨尔布吕肯/德累斯顿的Fraunhofer IZFP(德国无损检测方法研究所)和X-射线同步光源ESRF(位于法国格勒诺布尔的欧洲同步辐射中心)开发出了同步辐射X-射线分层摄影法,可在大型扁平对象上实现高分辨3D成像。例如,该方法已被用于检查风力涡轮机或航空航天中的复合材料,以研究其在故障前、中、后期的内部结构。该仪器于2007年起在ESRF的光束线ID19处投入工作。通过相衬法,它还可以不利用吸收衬度对结构进行成功检查。ANKA处新建立的IMAGE光束线可提供相同的分析方法。

X-射线仪器:对稳定性和精度具有最高要求

X-射线分层摄影法中,样本绕一条相对于光束方向倾斜的轴旋转而被扫描。体数据可通过不同的投射而被重构。为此,样本在X-射线光源和检测器之间被定位。要求是在这个倾斜几何结构中定位检测器和样本需实现最大的稳定性和精度。光束参考测量后的样本定位的重复精度在小于0.5微米时确定和测量。旋转偏心量也小于0.5微米。这一点很重要,因为如此一来,不同投射角度才能具有相同的投射旋转中心。低精度时,重构过程中可能出现伪影。

亚微米级精度的样本定位

样本相对于同步X-射线光束旋转的角度应可调整,而样本本身的横向位置使得区域的选择可随意、安全、可重复。解决方案是在旋转和倾斜平台下方安装一个六轴并联运动SpaceFAB,将实际的样本支架放置在其上方。SpaceFAB的主要特征是枢轴点可自由选择、刚性高。线性行程为150毫米 × 150毫米 × 50毫米,位置分辨率为0.2微米,轴角度可实现±12.5度倾斜,其他方向为±5度。光学线性编码器以及由步进电机和滚珠丝杠组合驱动的高精度机械元器件可确保精度。

在上方,一个360度转台可确保仅0.24微米的绝对平面度偏差。样本相对于X-射线光束的角度可调整至45度,分辨率为0.001度。这种设计具有自锁机架和小齿轮驱动,以在检查中保持稳定。实际的样本支架是一个磁性支撑的极薄框架支架,柔性铰链接头和气垫实现最佳平行度。两个线性平台在150毫米 × 150毫米的范围内移动和对中样板支架,但在操作中无接触。