Onderzoek Jan De Beenhouwer

Abstract

3D-printen, en additive manufacturing in het bijzonder, is de afgelopen jaren getransformeerd van een prototyping- naar een volwaardige productietechnologie. De drijvende kracht achter deze transformatie was de behoefte aan op maat gemaakte, lichtgewicht onderdelen en een efficiënter gebruik van grondstoffen om afval te verminderen. De huidige trend gaat in de richting van steeds complexere onderdelen, bestaande uit meerdere materialen om hun fysieke en/of mechanische eigenschappen te verbeteren. De complexiteit van de onderdelen versterkt de nood aan gespecialiseerde inspectie- en kwaliteitscontrolemethoden. In dit project zal de complementariteit tussen verschillende beeldvormingstechnologieën zoals 3D röntgenbeeldvorming, thermische beeldvorming en terahertz beeldvorming worden onderzocht binnen het toepassingsgebied van 3D inspectie en metrologie van 3D geprinte onderdelen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Billen Pieter
• Co-promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: Vanlanduit Steve
• Co-promotor: Van Passel Steven

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Conventionele röntgen beeldvorming gebaseerd op basis van absorptie is welbekend van bv. medische thoraxfoto's. Door duizenden röntgenfoto's te verzamelen kan een 3D beeld van de microstructuur van een object gereconstrueerd worden, wat veel toepassingen kent in industriële inspectie en metrologie van vervaardigde materialen. Röntgen beeldvorming biedt nog twee types contrast: fase contrast (door refractie aan interfaces) en dark-field (verstrooiing onder ultra-kleine hoeken). Die laatste twee kunnen enkel gemeten worden met gespecialiseerde grating hardware, zoals in de edge-illumination (EI) techniek. Fase contrast kan voor 'zachte 'materialen, zoals polymeren, tot 1000 keer helderder zijn dan attenuatie contrast. Helaas vereist EI minstens drie metingen om de contrasten te scheiden, wat tot lange verwerkingstijden leidt. Het doel van dit project is eigenschappen van fase contrast te gebruiken voor efficiënte inspectie en metrologie van vervaardigde materialen. Om het aantal metingen te beperken zullen algoritmes uitgerust met voorgaande kennis in de vorm van 3D mesh modellen ontwikkeld worden. Inspectie en metrologie technieken gebaseerd op een gelimiteerd aantal metingen zullen ontwikkeld worden waarin gemeten fasecontrast beelden vergeleken worden met gesimuleerde CAD projecties. Voor metrologie zal adaptiviteit van het oppervlakte mesh aan gemeten projecties geïmplementeerd worden. De methodes zullen gevalideerd worden op industriële objecten met plastics en metalen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Sijbers Jan
• Mandaathouder: Merckx Jannes

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Additive manufacturing (AM) zorgt voor een ontwerp- en industriële revolutie in sectoren zoals ruimtevaart, energie, auto's, medisch, gereedschap en consumentengoederen. Tegen 2027 zal de omvang van de AM-markt naar verwachting bijna verdrievoudigen tot meer dan € 30 miljard. Bij AM wordt ~30% van de onderdelen laag voor laag gemaakt door metaal of polymeer te smelten met een krachtige laser. Deze lasergebaseerde AM (LBAM) omvat de meest voorkomende printtechnieken: laser powder bed fusion (LPBF) voor metalen; selectief lasersinteren (SLS) van polymeren. LBAM heeft beperkingen in zowel productiviteit als efficiëntie. Ruwweg 10% van de prints moet worden verwijderd vanwege diverse defecten, wat leidt tot dure inspecties na de bouw omdat de doeltoepassingen meestal high-end en veiligheidskritisch zijn. Er is dus duidelijk behoefte aan een betere printkwaliteit en minder kostbaar afval. Nieuwere LBAM-printers verhogen de productiviteit doordat meerdere lasers materiaal samensmelten. Dit introduceert nieuwe mechanismen voor defectvorming: verkeerde uitlijning tussen scanvelden, thermische interacties tussen lasers in de buurt, interferentie van spatdeeltjes en laserdiffusie van damppluimen in de buurt. Alle lasers moeten gecoördineerd worden om deze defecten te vermijden door een hoger niveau van controle over de lokale thermomechanische omstandigheden. Ook moet het monitoringsysteem hogere datasnelheden aankunnen. Traditionele off-axis bewakingssystemen vereisen een camera per laser, en deze oplossing is niet goed schaalbaar (onbetaalbare kosten, complexe installatie). Een off-axis in-line bewakingssysteem maakt een speciale sensor per laser overbodig, wat een schaalbare oplossing oplevert en het bewakingssysteem integreerbaar maakt in bestaande machines. Een dergelijk systeem bestaat nog niet. De bovenstaande behoeften en hiaten in de stand van de techniek (SOTA) vertalen zich naar de volgende onderzoeksthema's die door MultipLICITY worden aangepakt: 1) Het samenvoegen van informatie van meerdere sensortypes om een breder scala van defect producerende omstandigheden te detecteren. Deze samenvoeging van gegevens moet in een real-time regelkring gebeuren, waardoor onderzoek naar fusie- en analysealgoritmen met beperkte middelen nodig is; 2) Generieke printerbesturing en defectdetectie voor meerdere materiaalsoorten, waarvoor beperkte of geen omscholing nodig is. MultipLICITY wil de kwaliteit, productiviteit en efficiëntie van LBAM verhogen door in-line bewaking en controle uit te breiden naar meerdere defecten, meerdere materialen en meerdere lasersystemen, tegen een concurrerende prijs.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project zorgt voor de financiering van snelle terahertz detectie hardware, als onderdeel van een full-field beeldvorming systeem. Met de nieuwe beeldvormingsapparatuur wordt het mogelijk om nieuwe experimentele data op te nemen die van vitaal belang zijn voor onderzoek naar tomogafische reconstructiealgoritmen en kunnen we tomografische reconstructieconcepten uitbreiden van röntgenbeeldvorming naar het THz-domein.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Sijbers Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

X-stralen computertomografie (XCT) wordt veelvuldig toegepast in materiaalwetenschappen en industriële toepassingen (bvb. niet-destructief testen en inspectie) voor niet-invasieve beeldvorming. Terwijl bij traditionele XCT het beeldcontrast enkel gegenereerd wordt door absorptie van X-stralen, wordt met fasecontrast X-stralen beeldvorming ook het lokale verstrooiingsvermogen in het object en de faseverschuiving van de X-stralen gemeten, waardoor nieuwe contrasten zichtbaar worden. Edge Illumination (EI) is een fasecontrast-techniek die compatibel is met conventionele, polychromatische X-stralen bronnen en heeft daardoor een groot potentieel voor toepassing in de industrie. De scantijden van EI-XCT zijn echter substantieel langer dan deze van traditionele XCT. Om dit te verhelpen, zal ik nieuwe acquisitie- en reconstructiemethodes ontwikkelen voor EI-XCT, die in staat zijn om drie complementaire contrasten te genereren in een opnametijd die vergelijkbaar is met die van traditionele XCT. De ontwikkelde methodes worden gecombineerd met een iteratieve reconstructie techniek om een kwantitatieve reconstructie te bevorderen. Een snelle en kwantitatieve EI-XCT methode zal het potentieel om EI-XCT industrieel inzetbaar te maken, sterk verhogen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan
• Mandaathouder: Huyge Ben

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Op het gebied van veiligheid hebben de douane- en grensinspectie de afgelopen 20 jaar geen baanbrekende technologische ontwikkelingen gekend in de afgelopen 20 jaar, sinds de invoering van röntgenapparatuur. De beperkingen van deze huidige technologieën worden nog verergerd door de toenemende diversiteit en nieuwheid van de materialen, instrumenten en methoden voor illegale handel. Deze beperkingen in combinatie met de groeiende behoeften op het gebied van inspectie en controle vragen om een innovatieve oplossing. Om een stap verder te komen dan de bestaande planaire scanmethoden met beperkte materiaalidentificatieresultaten hebben verschillende studies potentiële oplossingen geïdentificeerd die gericht zijn op: - hoogenergetische 3D-röntgentomografie - Neutronenondervraging/fotofissie - Nucleaire resonantiefluorescentie (NRR) Hoewel deze goede resultaten en prestaties laten zien, hebben zij ook een aantal belangrijke nadelen, die hun mogelijke toepassingen beperkt. Bovendien hebben deze oplossingen geen gemeenschappelijke technologische bouwstenen, wat betekent dat zij alleen kunnen leiden tot afzonderlijke verwijderingen. Het voorgestelde MULTISCAN3D onderzoekt een nieuw alles-in-één systeem dat tegelijk een gebruiksvriendelijke, flexibele, verplaatsbare oplossing die informatie van hoge kwaliteit biedt voor: - Snelle hoogenergetische 3D-röntgentomografie (als eerste lijn) - Neutronenondervraging/fotofissie (als tweede lijn) - NRR op basis van smalle gammastralenbundels (als tweede lijn) MULTISCAN3D zal beginnen met het onderzoeken en definiëren van behoeften en eisen, op een technologisch neutrale manier, met de meest vooraanstaande douaneautoriteiten van Europa, die zullen worden vertaald in technische specificaties. De hoofdbestanddeel van het onderzoek zal worden geconcentreerd op drie delen, waarna laboratoriumvalidaties en demonstratie in reële omgevingen demonstratie zullen worden uitgevoerd. Deze drie werkgebieden zijn: - Laser-plasma-gebaseerde versnellers als röntgenbronnen - 3D-reconstructie voor multi-view configuraties en gegevensverwerking - Detectoren en bronbewaking Tegelijkertijd zullen aanvullende technieken met chemische en SNM-identificatiemogelijkheden worden onderzocht.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Terahertz (THz) tomografie is een opkomende technologie die gebruik maakt van elektromagnetische straling met terahertz frequentie voor tomografische beeldvorming. Net als röntgenstralen geven THz-golven informatie over het inwendige van een object door interactie met het object. THz-golven interageren op verschillende manieren met vele materialen. Ze worden geabsorbeerd in polaire materialen zoals water, dringen door in de meeste verpakkingsmaterialen (plastic, papier, keramiek, ...) en worden volledig gereflecteerd door metaal. In tegenstelling tot röntgenstralen zijn er geen negatieve effecten bekend van THz-golven, waardoor de toepassing ervan aantrekkelijk is voor biomedische doeleinden en voor industriële inspectie, niet-destructief onderzoek, materiaalkunde en agro-food toepassingen. De Gaussische THz-bundel divergeert echter veel sneller dan een röntgenstraal en reflectie- en refractie-effecten spelen een dominante rol, waardoor het gebruik van conventionele X-ray reconstructietechnieken wordt verhinderd. In dit project richten we ons op de ontwikkeling van op voorkennis gebaseerde iteratieve reconstructie technieken voor THz tomografie die de fysica van de THz-beeldvorming in het beeldreconstructie proces modelleren, in tegenstelling tot het uitvoeren van voor- of nabewerkingsstappen. Dergelijke algoritmen zijn bijna onontgonnen voor THz-beeldvorming en kunnen de toepasbaarheid van de techniek sterk vergroten door een aanzienlijke verbetering van de beeldkwaliteit.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Sijbers Jan
• Mandaathouder: Lumbeeck Lars-Paul

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Q-INSPEX richt zich op de ontwikkeling van nieuwe niet-invasieve beeldvormings- en beeldverwerkingsprotocollen om objecten en proefpersonen kwantitatief te inspecteren. De belangrijkste beeldvormingstechnologieën hierin zijn röntgen-, (nabij)infrarood en TeraHertz beeldvorming. Deze technologieën zijn grotendeels complementair aan elkaar en kunnen ingezet worden als (i) een R&D tool om specifieke karakteristieken van materialen (eetwaren, verf, polymeren,...) te meten, (ii) als een kwaliteitscontroleprocedure, geïmplementeerd in een industriële omgeving (bv. compatibel met verwerkingssnelheden) of (iii) inspecties in het veld van gewassen en infrastructuur (bv. corrosie). Bovendien kunnen ze worden toegepast in een breed scala van domeinen: productie van additieven, composieten, kunstvoorwerpen, archeologie, textiel, gewassen, voeding, enz.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Janssens Koen
• Co-promotor: Scheunders Paul
• Co-promotor: Steenackers Gunther
• Co-promotor: Van der Snickt Geert
• Mandaathouder: De Samber Björn
• Mandaathouder: Levrau Elisabeth

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Veel eigenschappen van voeding, planten of zaden die relevant zijn voor procestechniek of kwaliteit zijn gerelateerd aan de microstructuur. Inzicht in de microstructuur is daarom essentieel om de kwaliteit van voeding te beheersen. In de fabrieken van de toekomst vereisen flexibele en efficiënte processen speciale sensortechnologie en geautomatiseerde analysemethoden. In deze context wint X-stralen computer tomografie (XCT) terrein als een niet-destructieve methode om zeer gedetailleerde beelden van zowel interne als externe kenmerken te maken. De huidige XCT analyse van voeding heeft echter een aantal beperkingen: i) Veel microstructuur kenmerken blijven onzichtbaar door zwak beeldcontrast in zachte materie. ii) Zichtbaarheid en kwantificering van de structuur van absorptie XCT-beelden hangt sterk af van de beeldresolutie, terwijl relevante kenmerken op subresolutie-grootte vaak niet detecteerbaar zijn. iii) Kwaliteitscontrole vereist betrouwbare detectie- en classificatiemethoden die werken aan proceslijnsnelheden en die momenteel buiten het bereik van de levensmiddelenindustrie liggen. Met fasecontrast XCT kunnen beelden worden verkregen met een contrast dat het conventionele XCT-contrast ver overtreft. Deze techniek was alleen beschikbaar bij synchrotronfaciliteiten, maar recente ontwikkelingen laten nu ook XCT lab opstellingen toe. De toepassing van de techniek op voedselanalyse staat echter in zijn kinderschoenen en 3D inline toepassingen worden gehinderd door de lange acquisitietijd. Het doel van dit project is om deze beperkingen te overwinnen door het ontwikkelen van nieuwe (inline) XCT fasecontrast acquisitie, reconstructie en inspectie-algoritmen die specifiek zijn voor de voedingsindustrie. Dit stelt ons in staat om uitdagingen aan te pakken zoals beperkte zichtbaarheid van microstructurele kenmerken, niet-detectie van kenmerken met subresolutiegrootte en incompatibiliteit van betrouwbare detectie- en classificatiemethoden aan proceslijnsnelheden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Sijbers Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Elektrische impedantiebeeldvorming met behulp van micro-elektrode-arrays met hoge dichtheid (HD-MEA's) is een opkomende niet-invasieve technologie om celculturen te monitoren. De bedoeling van dit project is om een praktische elektrische impedantietomografie (EIT)-strategie te ontwikkelen voor 3D-beeldvorming van cellen gekweekt op 2D HD-MEAs.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Atom probe tomografie is een analyse-instrument waarmee de chemische samenstelling van naaldvormige monsters op nanoschaal in 3D kan worden bepaald. De methode werkt door veld-geïnduceerde verdamping. Ionen worden dan opeenvolgend uitgestoten door de top van de naald en worden geabsorbeerd door een positiegevoelige detector. Het resultaat is een tomografisch, atomair beeld van het verdampte volume, weergegeven als een puntenwolk waarin elk punt een atoom is. De huidige reconstructie methoden werden echter ontwikkeld voor homogene monsters en houden geen rekening met de complexe vorm van het oppervlak die zich ontwikkelt tijdens het veldverdampingsproces. Het doel van dit project is om nieuwe reconstructiemethoden te ontwikkelen die rekening houden met de vorm.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Sijbers Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De laatste decennia is metaal additive manufacturing (AM) geleidelijk geëvolueerd van een snelle prototyping technologie naar een veelbelovende transformatieve productietechnologie. In het SBO-FWO DREAM project zullen de UAntwerp onderzoeksgroepen Visionlab en InViLab twee belangrijke uitdagingen aanpakken die AM kunnen omvormen tot een betrouwbare productie-oplossing voor structureel belaste componenten: 1) de ontwikkeling van innovatieve online proces monitoring oplossingen voor een verhoogde kwaliteit van de onderdelen en 2) de ontwikkeling van geavanceerde tijd-resolved computertomografie meettechnieken voor de validatie van onderdelen. De activiteiten van het AM2 SEP-onderzoeksproject zullen worden geïntegreerd in het SBO-FWO DREAM-project (indien de herindiening van oktober 2021 wordt gehonoreerd). Een postdoctoraal onderzoeker zal worden aangeworven om de verbanden te onderzoeken tussen de technologieën die worden gebruikt in de twee uitdagingen van het project (procesmonitoring en onderdeelvalidatie). In het geval dat het FWO SBO DREAM project niet wordt toegekend, zullen we een link leggen met de AM groep van de VUB via het lopende FWO SBO project HiPas, dat een gelijkaardige scope heeft, maar met minder focus op online procesmonitoring in vergelijking met het DREAM project. Bovendien zullen we het AM2 SEP-budget gebruiken om het SBO-FWO DREAM-project naar een Europees niveau te tillen (we hebben al twee relevante oproepen geïdentificeerd: "HORIZON-CL4-2022-DIGITAL-EMERGING-01-05: AI, data en robotica voor de optimalisering van de industrie", "HORIZON-CL4-2022-DIGITAL-EMERGING-01-03: Geavanceerde multi-sensing systemen"). Daartoe zouden wij een consultant kunnen inhuren om ons te ondersteunen bij de indiening van een Horizon Europe RIA-project. De werkzaamheden van de consultant zullen bestaan uit het zoeken naar partners, communicatie met partners en administratieve ondersteuning bij de voorbereiding van het voorstel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vanlanduit Steve
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Sijbers Jan

Onderzoeksgroep(en)

• InViLab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In X-ray computertomografie (XCT) worden röntgenfoto's van een object genomen vanuit meerdere hoeken en gebruikt om een ​​3D-reconstructie van het volledige object te vormen. In fasecontrast-CT wordt een gespecialiseerde opstelling gebruikt om een ​​signaal te verkrijgen dat niet alleen informatie bevat over de absorptie van de röntgenstralen (zoals in traditionele XCT), maar ook over de lokale verstrooiing vermogen in het monster en op de faseverschuiving, een eigenschap van de golf. In de standaard fasecontrastreconstructieworkflow worden de verkregen gegevens eerst gescheiden in een verzwakkings-, differentiële fase- en donker-veldsignaal. Deze signalen worden vervolgens afzonderlijk gereconstrueerd, met behulp van een algoritme dat is afgeleid van traditionele XCT, waarna de gegevens van de verschillende signalen als een geheel worden geëvalueerd. We concentreren ons op twee problemen in deze workflow. Ten eerste gebruiken de signaalscheiding en de reconstructie een lineair model, dat vaak niet overeenkomt met de realiteit. Dit model gaat uit van een bron die een enkel type röntgenstraal uitzendt, terwijl in een algemene instelling er een heel spectrum is. Ten tweede is er een relatie tussen de verschillende signalen die worden gereconstrueerd, omdat ze allemaal afkomstig zijn van hetzelfde monster. Momenteel wordt dit niet geëxploiteerd tijdens de reconstructie. Het einddoel van dit project is om een ​​model voor reconstructie te creëren dat alle fasecontrastmodaliteiten tegelijkertijd gebruikt, rekening houdend met de verschillende röntgenstralenenergieën, zodanig dat fasecontrast in een kwantitatieve omgeving kan worden gebruikt.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan
• Mandaathouder: Six Nathanaël

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Via X-stralen computertomografie (XCT) kunnen op niet-destructieve manier interne en externe karakteristieken van een object in 3D in beeld gebracht worden. Medische toepassingen van XCT zijn welbekend, maar ook in andere industriële sectoren zijn de mogelijke toepassingen van XCT legio, zoals materiaalkarakterisatie, proces- en kwaliteitscontrole en veiligheidsinspectie. Toch dringt conventionele XCT niet sterk door in de industrie, o.m. omdat elke industriële toepassing een specifieke scan-opname, verwerkingssnelheid en kwaliteit vereist en de in de markt beschikbare CT apparatuur nauwelijks aangepast is aan deze noden. Het merendeel van de beschikbare CT toestellen is immers zeer rigide qua scan-geometrie en niet kostenefficiënt. Om nieuwe, innovatieve X-stralen scanmethodes in de praktijk te brengen, werd in 2019 door imec-Visionlab een op maat gemaakt X-stralen toestel aangekocht: de UniTomXL (Tescan-XRE). De alternatieve naam voorzien voor dit toestel, FleXCT , beklemtoont de uitzonderlijke flexibiliteit en in mogelijke X-stralen geometrieën voor industriële toepassingen. Bovendien heeft imec-Visionlab in de voorbije 10 jaar de ASTRA toolbox ontwikkeld waarmee de opgenomen X-stralenscan gereconstrueerd kunnen worden tot gedetailleerde 3D beelden. Om snel op industriële XCT vragen te kunnen inspelen via een efficiënt service platform, is er echter een performante workflow vereist, bestaande uit 1) FleXCT initialisatie, 2) FleXCT scanning, 3) 3D beeldreconstructie 4) beeld-visualisatie en -analyse. In dit project zal de focus daarom liggen op de ontwikkeling van de workflow van klantvraag tot analyse. Hiervoor zullen we nieuwe scanning scripts ontwikkelen, de ASTRA toolbox reconstructie-algoritmen naadloos aan deze scripts koppelen, en snelle visualisatie en analyse van de gereconstrueerde 3D modellen realiseren via het softwarepakket DragonFly (ORS, Canada, www.theobjects.com/dragonfly). Dankzij deze nieuwe workflow zal een efficiënt service-platform aangeboden kunnen worden aan zowel academische als industriële partners.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het project heeft tot doel de printkwaliteit te verbeteren en verspilling en kosten te verminderen door in-line real-time monitoring van de smeltzone. Op deze manier kan de kwaliteit via een regellus worden bijgestuurd (in-the-loop oplossing). Het wil het eerste "off-axis" systeem van dit type op basis van video-analyse ontwikkelen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De belangrijkste doelstelling van dit project is het onderzoek naar de diagnostische waarde van "dark-field imaging" (DFI), een techniek waarbij ook verstrooiing van x-stralen doorheen weefsel gemeten kan worden, wat complementaire informatie oplevert t.o.v. de klassieke X-ray beeldvorming, die louter de absorptie van stralen bekijkt. Daartoe zijn twee projectonderdelen gedefinieerd. Het eerste bestaat uit de ontwikkeling van een DFI prototype met een groot beeldveld, inclusief de software algoritmen nodig om absorptie en dark field beelden te reconstrueren. In een tweede onderdeel wordt de klinische waarde beoordeeld van de nieuwe techniek door DFI beelden te evalueren van specimen (ex- en in-vivo). Essentieel hierbij is dat het systeem zo ontworpen wordt dat het bruikbaar is in de huidige klinische omgeving en een aanvaardbare kostprijs heeft. Dit vereist fundamentele aanpassingen van state-of-the-art ontwerpen, zowel op hardware als software gebied. De prototypes, die op die basis ontworpen zijn, zullen gebruikt worden in preklinisch onderzoek om zo voldoende bewijs te leveren van de diagnostische waarde van het nieuwe DFI systeem.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Vezelversterkte polymeren (F s) worden in toenemende mate gebruikt in de lucht- en ruimtevaart en auto-industrie vanwege hun lage gewicht, sterkte en kosten efficiëntie. Constructie van F s vereist een diepgaand begrip van hun microstructuur. Hoge resolutie X-stralen computertomografie (XCT) is de voorkeursmethode om de samenstelling en interne structuur van F s te onderzoeken. Helaas is de spatiale resolutie van conventionele XCT onvoldoende om de F vezels te onderscheiden. Recent werden nieuwe XCT beeldvormingsmethoden beschikbaar voor lab-XCT systemen waarmee de lokale röntgenverstrooiing (donkerveld beeldvorming) kan worden gemeten, wat leidt tot beelden met een ongekend contrast dat complementair is aan het conventionele XCT. Kruisende of verstrengelde vezels zijn echter nog steeds erg moeilijk te onderscheiden. In dit project zullen we nieuwe modellen ontwikkelen voor superresolutie donkerveld XCT die het mogelijk maken om F -vezeldistributies te kwantificeren met een subvoxel-spatiale resolutie. Dit zal leiden tot een beter begrip van F -eigenschappen en uiteindelijk tot een beter ontwe van dergelijke materialen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In X-stralen computertomografie (XCT) worden abso tiebeelden van een monster genomen vanuit meerdere hoeken en gebruikt om een 3D-reconstructie van de interne structuur te vormen. In een groeiend domein, edge illumination fasecontrast CT, wordt een gespecialiseerde opstelling gebruikt om een signaal te verkrijgen dat ook informatie bevat over de lokale verstrooiing in het gescande monster en over de faseverschuiving van de X-stralen. Deze signalen bevatten aldus complementaire informatie in vergelijking met het klassieke abso tiesignaal. Aangezien deze signalen niet direct kunnen worden gemeten, moet een absorberend rooster voor het monster worden geplaatst en een tweede rooster voor de röntgendetector. Bij de standaard fasecontrast beeldvorming worden deze maskers op maat gemaakt voor een specifieke afbeeldingsgeometrie en perfect op elkaar zijn afgestemd om de juiste meetomstandigheden te bereiken. Het nadeel van deze rigide opstelling is dat geometriewijzigingen die gebruikelijk zijn in traditionele CT om de resolutie en het gezichtsveld te optimaliseren, niet mogelijk zijn bij fasecontrast. Ons doel is hier om deze beperking te overwinnen door het ontwe en van nieuwe roosters die zich aanpassen aan geometrische veranderingen van de XCT-opstelling. Deze fundamentele verandering zal fasecontrastbeeldvorming openstellen voor een veel grotere verscheidenheid aan monstergroottes en dit op verschillende schalen van resolutie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Sijbers Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Een VLAIO COOCK project over nieuwe toepassingen binnen X-ray CT om verschillende soorten materialen en objecten te inspecteren. MicroCT is een krachtige, niet-destructieve techniek voor het produceren van hoogwaardige 3D-beelden van objecten op basis van een set röntgenprojecties. Het hoofddoel van het project is het definiëren van specifieke use cases die kunnen worden onderzocht met behulp van ons X-ray CT systeem (FLEX-CT) binnen een industriële context.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Sijbers Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Schuimen worden wereldwijd gebruikt in een zeer groot gamma van producten, gaande van voedsel tot polyurethaanschuim (PU-schuim). Een populaire techniek om schuim structuren te bestuderen is micro x-ray computertomografie (microCT). MicroCT is een krachtige, nietdestructieve techniek die 3D beelden van hoge kwaliteit creëert van statische objecten, op basis van een verzameling x-ray projecties. Voor dynamische objecten kan een reeks 3D beelden worden geconstrueerd op de traditionele manier. Deze aanpak steunt op de aanname dat het object niet beweegt tijdens de opname van de x-ray projecties voor één 3D beeld. Dit bij dynamische beeldvorming meestal slechts bij benadering geldig. Daarom vereist de beeldvorming van snelle dynamische processen zoals de vorming van schuim momenteel het gebruik van synchrotronstraling. Deze techniek maakt een 3D opname in de orde van enkele seconden mogelijk, maar het aanbod ervan is zeer schaars, met wachttijden van 3 tot 12 maanden voor experimenten. Daarom zal dit project focussen op de verbetering van beeldkwaliteit in laboratorium microCT experimenten met PU-schuim door het ontwikkelen van multimodale (absorptie- en fasedata) 3D en 4D reconstructie algoritmen. De belangrijkste vernieuwing ligt in het gebruik van specifieke voorkennis over de vorm van individuele schuimcellen en hun materiaaleigenschappen. Mijn onderzoek zal laboratorium experimenten vergemakkelijken en de tijd van de experimentencyclus in de industrie sterk verkorten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Sijbers Jan
• Mandaathouder: Renders Jens

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Terahertz (THz) tomografie is een opkomende technologie die elektromagnetische straling met terahertzfrequentie gebruikt voor tomografische beeldvorming. Net als röntgenstralen kunnen THz-golven informatie geven over de interne structuur van een object door interactie van de THz stralen met het object. In tegenstelling tot röntgenstralen zijn er geen negatieve effecten van THz-golven gekend, waardoor hun toepassing zowel voor biomedische doeleinden als voor industriële inspectie aantrekkelijk is. THz-stralen reageren op verschillende manieren op veel materialen. Ze worden geabsorbeerd in polaire materialen zoals water, dringen door in de meeste verpakkingsmaterialen (plastic, papier, keramiek, ...) en worden volledig gereflecteerd door metaal. Met terahertz-tomografie is het mogelijk om bijvoorbeeld de inhoud van een verzegeld pakket te visualiseren. De Gaussiaanse THz-straal divergeert echter veel sneller dan een röntgenbundel en reflectie- en brekingseffecten spelen een dominante rol, waardoor het rechtstreekse gebruik van röntgen-reconstructietechnieken niet opgaat. In dit project richten we ons op de ontwikkeling van op voorkennis gebaseerde iteratieve reconstructietechnieken voor pulsed terahertz tomografische data die niet alleen informatie verschaffen over de absorptie, maar ook over faseverschillen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Beenhouwer Jan
• Mandaathouder: Lumbeeck Lars-Paul

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Er is een opkomende maar wijdverspreide vraag vanuit de industrie naar 100% niet-destructieve inline inspectie en kwaliteitscontrole. De belangrijkste uitdaging bij inspectie op basis van X-ray beeldvorming is om verder te gaan dan de klassieke beeldverwerking voor röntgenstraling en de stap te zetten naar snelle en robuuste 3D-inspectie. De kern van deze uitdaging zit in de moeilijkheid om de ruimtelijke 3D-informatie die is gecodeerd in de röntgenbeelden te ontwarren. imec-Vision Lab heeft een methodologie ontwikkeld die de introductie van hoge doorvoer inline tomografie voor industriële kwaliteitscontrole mogelijk kan maken. In dit project willen we deze technologie voorbij TRL4 duwen door de ontwikkeling van een computationeel efficiënt en robuust softwareplatform, dat de oprichting van een spin-off aanzienlijk kan faciliteren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Sijbers Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het algemene doel van het project is de realisatie van een ge·integreerde 4D X-stralen Computer Tomografie (4D-XCT) toolbox voor het in situ mechanisch testen en analyseren van vezelige materialen. Twee representatieve voorbeeldstudies van vezelige materialen, waarvan het mechanisch gedrag en de schadeontwikkeling nog onvoldoende begrepen zijn, zullen de algemene toepasbaarheid van onze aanpak demonstreren: 3D geprinte composietmaterialen (3DPCM) en biologische weefsels (meer specifiek huidweefsel en de bot-pees interfase). De toolbox zal bestaan uit (i) een generische in situ belastingscel, (ii) niet-invasieve contraststoffen en (iii) geavanceerde beeldverwerkirig-, reconstructie- en modelleringstools. Deze nieuwe karakteriseringsaanpak zal een sterk verbeterd inzicht opleveren in het dynamisch mechanisch ·gedrag bij het belasten van de twee types vezelige materialen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Atom probe tomografie is een analyse-instrument waarmee de chemische samenstelling van naaldvormige monsters op nanoschaal in 3D kan worden bepaald. De methode werkt door veld-geïnduceerde verdamping. Ionen worden dan opeenvolgend uitgestoten door de top van de naald en worden geabsorbeerd door een positiegevoelige detector. Het resultaat is een tomografisch, atomair beeld van het verdampte volume, weergegeven als een puntenwolk waarin elk punt een atoom is. De huidige reconstructie methoden werden echter ontwikkeld voor homogene monsters en houden geen rekening met de complexe vorm van het oppervlak die zich ontwikkelt tijdens het veldverdampingsproces. Het doel van dit project is om nieuwe reconstructiemethoden te ontwikkelen die rekening houden met de vorm.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Sijbers Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Terahertz-straling is niet-ioniserend en kan worden gebruikt voor 3D-inspectie. In dit project worden nieuwe reconstructiemethoden ontwikkeld voor Terahertz-tomografie. De THz-straal wordt gemodelleerd en opgenomen in iteratieve reconstructiemethoden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Conventionele analytische methoden voor CT reconstructie resulteren in artefacten bij niet ideale, gelimiteerde CT opnames, zoals wanneer slechts een beperkt hoekbereik mogelijk is of wanneer slechts enkele projectiebeelden kunnen gemaakt worden door tijdsbeperkingen of wanneer het beeldvormingsmodel eenvoudigweg ontoereikend is. Ik zal mij toeleggen op de ontwikkeling van vernieuwende reconstructiemethoden die voorkennis uitbuiten bij zowel X-stralen absorptie en fasecontrast tomografie om deze problemen op te lossen. Hierbij zal ik de te ontwikkelen algoritmes verbinden met even flexibele beeldvormingshardware waarbij zowel voorkennis van het te scannen object als van de hardware zelf kan worden aangewend.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Beenhouwer Jan
• Mandaathouder: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In X-ray computertomografie (XCT) worden röntgenfoto's van een object genomen vanuit meerdere hoeken en gebruikt om een ​​3D-reconstructie van het volledige object te vormen. In fasecontrast-CT wordt een gespecialiseerde opstelling gebruikt om een ​​signaal te verkrijgen dat niet alleen informatie bevat over de absorptie van de röntgenstralen (zoals in traditionele XCT), maar ook over de lokale verstrooiing vermogen in het monster en op de faseverschuiving, een eigenschap van de golf. In de standaard fasecontrastreconstructieworkflow worden de verkregen gegevens eerst gescheiden in een verzwakkings-, differentiële fase- en donker-veldsignaal. Deze signalen worden vervolgens afzonderlijk gereconstrueerd, met behulp van een algoritme dat is afgeleid van traditionele XCT, waarna de gegevens van de verschillende signalen als een geheel worden geëvalueerd. We concentreren ons op twee problemen in deze workflow. Ten eerste gebruiken de signaalscheiding en de reconstructie een lineair model, dat vaak niet overeenkomt met de realiteit. Dit model gaat uit van een bron die een enkel type röntgenstraal uitzendt, terwijl in een algemene instelling er een heel spectrum is. Ten tweede is er een relatie tussen de verschillende signalen die worden gereconstrueerd, omdat ze allemaal afkomstig zijn van hetzelfde monster. Momenteel wordt dit niet geëxploiteerd tijdens de reconstructie. Het einddoel van dit project is om een ​​model voor reconstructie te creëren dat alle fasecontrastmodaliteiten tegelijkertijd gebruikt, rekening houdend met de verschillende röntgenstralenenergieën, zodanig dat fasecontrast in een kwantitatieve omgeving kan worden gebruikt.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan
• Mandaathouder: Six Nathanaël

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

PC-CT levert aanvullende informatie tov traditionele röntgenbeeldvorming (een hoger contrast in zacht weefsel). Met het FleXray-systeem kunnen we gegevens verzamelen om een ​​veel breder scala aan toepassingen en mogelijkheden voor PC-CT te verkennen die momenteel niet mogelijk zijn: ● Verkenning van geavanceerde CT-acquisitiemodellen om reconstructie mogelijk te maken van (1) minder projectiebeelden en (2) projectiebeelden die zijn verkregen tijdens continue monsterrotatie. Dit zal resulteren in snellere PC-CT-beeldvorming (momenteel tot 8 keer langer dan normale CT). ● Donkerveldtomografie staat nog in de kinderschoenen maar toonde recent een enorm potentieel in materiële karakterisering. Het FleXray-systeem zal nieuwe onderzoekslijnen openen voor donkere veld tomografie, in het bijzonder voor een nauwkeurige en nauwkeurige schatting van gelokaliseerde verstrooiingsprofielen. ● Ontwikkeling van Krylov-solvers met veel snellere convergentie voor gelijktijdige multimodale reconstructie van volledige 3D-beelden van verzwakkings-, fase- en donkerveldsignalen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Janssens Koen
• Co-promotor: Vanroose Wim

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De ASTRA-toolbox is een open source-platform voor tomografische reconstructie. In dit project zullen uitbreidingen voor de ASTRA-toolbox worden ontwikkeld. Deze omvatten refractieve beeldvorming zoals TeraHertz-tomografie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het doel van het MUMMERING project is de ontwikkeling van een overkoepelend onderzoekstool waarin de rijkdom van nieuwe 3D-beeldvormingstechnieken omvat zitten die toepassing vinden in de materiaalkunde, gecombineerd met de opleiding van 15 doctoraatstudenten in het gebruik van deze tool. Deze ontwikkelingen zijn hoognodig om te vermijden dat de enorme hoeveelheden aan waardevolle tomografische data niet in de virtuele vergetelheid raakt. De uitdaging ligt in het verwerken en analyseren aan terabytes van 3D-gegevens zonder het wetenschappelijk inzicht te verminderen dat geextraheerd kan worden uit deze datasets. Door snellere acquisitietijden en multidimensionele modaliteiten zullen deze uitdagingen nog verder opschalen tot het petabyte regime. Om deze uitdaging aan de pakken zullen wij een open access, open source platform oprichten waarin de volledige workflow van data acquisitie, reconstructie en segmentatie tot fysieke modellering (incl. temporele modellen zoals 3D 'filmpjes') transparent en efficient verwerkt wordt. Wij zien het als essentieel om deze laatste stap te bereiken zonder de wetenschappelijke standaarden te compromiteren met het oog op integratie van 3D beeldvorming in de industrie 4.0. De 15 doctoraatsstudenten zullen deel uitmaken van een intensieve, brede doctoraatsopleiding waarin alle aspecten van 3D beeldvorming aan bod zullen komen zowel als een breed spectrum aan intersectorale detacheringen die hun reikwijdte en aanpak van onderzoek zullen uitdagen en verbreden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Sijbers Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Atom probe tomography (APT) is een chemische analysetechniek die een driedimensionale atoomverdeling van een gemeten monster oplevert. Een geslepen monster wordt in een vacuümkamer geplaatst en uitgelijnd met het midden van een ionendetector met een hoogspanning voorspanning aangebracht tussen de punt en de detector. Een hoog elektrisch veld (ongeveer> 10 V / nm) wordt dan gevormd aan de top van de punt, terwijl de atomen aan het oppervlak van de top geïoniseerd zijn en de intensiteit van het elektrische veld dichtbij de drempel van het verbreken van atoombindingen is. Voor het analyseren van laaggeleidende materialen wordt gewoonlijk een continue pulserende laser geïntroduceerd als een aanvulling van de thermische energie die ionen aan de top helpt de energiebarrière van verdamping te overwinnen. Verdampte ionen worden losgemaakt van het tipoppervlak en worden versneld naar de detector volgens de verdeling van het elektrische veld tussen de tip en de detector. De impactpositie op de detector en de reistijd, zoals de vluchttijd (TOF), van emissie tot detectie, worden gemeten. Het is opmerkelijk dat, met de beperkte grootte van een detector, alleen die ionen in het gezichtsveld (FOV) de detector zullen bereiken. Bovendien wordt vanwege de detectorefficiëntie slechts 50-70% van de ionen die de detector bereiken, geregistreerd. Deze effecten veroorzaken aanzienlijke onzekerheden bij het bepalen van het volume voor een reconstructie. In dit project zullen nieuwe reconstructietechnieken worden ontwikkeld voor APT.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Met X-stralen computed tomography (CT) kan de interne structuur van objecten in detail en op een kwantitatieve wijze in beeld gebracht worden. X-stralen CT heeft daarom een groat potentieel voor kwaliteitscontrole tijdens industriele productie om materiaalfouten en -afwijkingen van de nominale geometrie tijdig te identificeren. Echter, conventionele X-stralen inspectie en 3D metro Iogie workflows vereisen een accurate 3D reconstructie (gebaseerd op een volledige set van 2D projectiebeelden) wat vaak niet mogelijk is gezien tal van fysieke beperkingen in een productie-omgeving. Bovendien kunnen de opeenvolgende stappen van de huidige CT metrologie workflow (reconstructie, segmentatie, randdetectie, etc.) leiden tot foutenpropagatie. In het "MetroFiex" SBO project stellen we een paradigmaverschuiving voor om inline X-stralen metrologie mogelijk te maken waarbij · wordt afgeweken van 3D reconstructie van 2D projectie datasets over het volledig bereik van projectiehoeken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Geavanceerde composiet materialen (ACMs) bestaan typisch uit kunsthars, vezels en holtes met specifieke checmische en fysische eigenschappen. In dit project wordt de verwerkingsketen bestudeerd en verbeterd, gaan de van de X-stralen opnames tot aan de uiteindelijk analyse van de ACM parameters.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

in deze samenwerking worden specifieke reconstructiemethoden ontwikkeld voor de extractie van kwantitatieve informatie uit X-stralen computed tomography (CT) beelden. Deze methoden worden gevalideerd op experimentele CT datasets.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In de voedings- en maakindustrie zijn interne productdefecten vaak moeilijk tot niet te detecteren ineen transportband-opstelling. Dit leidt tot hoge verwerpingspercentage van producten die vermeden kunnen worden (economische belangen zijn hoog). In het iXCon willen we een doorbraak realiseren in kwaliteitscontrole van producten. Hiertoe zullen we een prototype X-stralentoestel bouwen waarmee een kwaliteitscontrole kan gerealiseerd worden bij een hoge productdoorstroom.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het doel van dit project is geavanceerde tomografische reconstructiemethoden te ontwikkelen voor discrete fasecontrast data vor de studie van composietmaterialen. Bovendien worden er datafusiemethoden ontwikkeld voor visializatie van vezel versterkte composieten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Visielab

Project type(s)

• Onderzoeksproject