Posizionamento Spaziale ad Alta Risoluzione di Oggetti Piatti ed Estesi
In un progetto congiunto, l'ANKA (Angströmquelle Karlsruhe) al KIT (Karlsruhe Institute for Technology, Germania), il Fraunhofer IZFP (Institute for Non-destructive Testing Methods, Germania) Saarbrücken / Dresda, Germania, e la fonte di sincrotrone a raggi X ESRF (European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble, Francia) hanno sviluppato la laminografia di sincrotrone, che permette un imaging 3D ad alta risoluzione su grandi oggetti piatti. A titolo di esempio, il metodo è utilizzato per l'esame dei materiali compositi utilizzati nelle turbine eoliche o nel settore aerospaziale, per la ricerca sulle loro strutture interne prima, durante e dopo il deterioramento. Lo strumento è in funzione dal 2007 presso la Beamline ID19 dell'ESRF. Per mezzo dei cosiddetti metodi a contrasto di fase è stato anche possibile esaminare con successo strutture senza contrasto di assorbimento. All'ANKA, la nuova IMAGE Beamline commissionata prevede lo stesso metodo di analisi.
Strumentazione a raggi X: Richieste di Massima Stabilità e Precisione
Nella laminografia, il campione viene scansionato in rotazione intorno a un asse inclinato rispetto alla direzione del fascio. I dati di volume possono essere ricostruiti partendo dalle diverse proiezioni. A questo scopo, il campione viene posizionato tra la sorgente di raggi X e il rivelatore. I requisiti sono la massima stabilità e la precisione nel posizionamento del rivelatore e del campione in questa geometria inclinata. La ripetibilità del posizionamento del campione dopo la misurazione del riferimento del fascio è stata specificata e misurata a meno di 0,5 μm. Anche l'eccentricità della rotazione è inferiore a 0.5 μm. Questo aspetto è importante per far sì che i vari angoli di proiezione abbiano lo stesso centro di rotazione proiettato. Con una accuratezza inferiore, durante la ricostruzione si verificherebbero degli artefatti.
Posizionamento di Campioni con Precisione Sub-Micrometrica
L'angolo di rotazione del campione rispetto al fascio di raggi X di sincrotrone deve essere regolabile, mentre la posizione laterale del campione stesso permette di scegliere la sezione di interesse in modo sicuro e ripetibile. La soluzione è uno SpaceFAB a sei assi a cinematica parallela sotto stage di rotazione e di tilting su cui viene posizionato il portacampioni vero e proprio. Le caratteristiche essenziali dello SpaceFAB sono il punto di rotazione programmabile liberamente e la sua elevata rigidità. Gli intervalli di corsa lineare sono 150 mm × 150 mm × 50 mm, con una risoluzione di posizione di 0,2 μm, l'inclinazione è possibile in ±12,5° per l'angolo assiale e in ±5° per le altre direzioni. La precisione è garantita dagli encoder lineari ottici e dai componenti meccanici di alta precisione che sono azionati da una combinazione di motori passo-passo e viti a sfera.
Sopra, una tavola rotante a 360° rende possibile una deviazione di planarità assoluta di soli 0,24 μm. L'angolo del campione rispetto al fascio di raggi X può essere regolato fino a 45° con una risoluzione di 0,001°. Questo design ha un motore a cremagliera e un pignone autobloccante per mantenere la stabilità durante l'esame. Il portacampioni vero e proprio, un supporto a telaio estremamente sottile, è tenuto per via di un magnete, un giunto a flessione e un cuscino d'aria assicurano un parallelismo ottimale. Due stages lineari spostano e centrano il portacampione per 150 mm × 150 mm senza però toccarlo durante il funzionamento.
