Képfelvétel optimalizálása lapos detektorokkal az ADR rendszerek számára
NDT a kutatásban, fejlesztésben és alkalmazásban
Képfelvétel optimalizálása lapos detektorokkal az ADR rendszerek számára
Az alumínium/magnézium öntéstechnika fokozatos fejlődése egyre új és változatosabb felhasználási területeket nyit meg, például a súlycsökkentés és az energiatakarékosság terén az autóiparban. A röntgentechnika megbízható vizsgálati módszer, amelyet a biztonság szempontjából releváns öntött alkatrészek minőségbiztosításához használnak, és amelyet most teljesen automatikus vizsgálati rendszerekben (ADR rendszerek) valósítottak meg.
A képgyűjtő láncnak (röntgencső - szűrő - detektor) nagy jelentősége van a kép kiértékeléséhez használt algoritmusoktól függetlenül. Lényegében dönt egyrészt a hibák megbízható felderítéséről, másrészt a hibásan hibásként elutasított alkatrészek számáról (ál-elutasítás).
A cikkben különféle tényezők hatása, mint pl
- Zaj (a zaj okát is beleértve)
- Kép rögzítési ideje
- Különböző csőparaméterek (kV és mA) hatása
- A sugárzás előszűrőkkel történő megkeményedésének hatása
- A geometriai elmosódás hatása (FDA/FOA)
- A felvétel tárgyának mozgása a képszerzés során
Az elvégzett mérések 12-16 bit felbontású digitális síkképernyős detektorokra vonatkoznak.
Jelképzés az ASD-n
Amorf szilícium detektorral (ASD) a röntgen kvantumokat szcintillátor rétegben fénykvantákká alakítják át. Egy vastagabb réteg több fénykvantumot generál egy adott számú röntgen kvantumhoz, de a geometriai felbontás elvesztését hordozza magában. Az ilyen típusú detektorok 80–400 µm pixelfelbontással kaphatók.
Vizsgálati test a paraméterek meghatározásához
Két különböző "új" teszttestet használtak a különböző paraméterek meghatározásához: 5 hosszú lyukú és üreges gömbölyű ék valódi öntvényekbe (1).
Az 5 lyukú ék nagyon alkalmas arra, hogy megmutassa, melyik anyagvastagság még azonosítható, mivel a lyukak azon a tengely mentén vannak rögzítve, amelyen az anyag folyamatosan növekszik. Az 1. ábra ezt példaként mutatja be a zajmérés összehasonlításához.
Az üreges gömb reálisabban szimulál egy valós hibát, mint a fúrás, mivel az éles élek nem jelennek meg.
A képértékelés algoritmusaként nemlineáris diffúziót használnak (2).
Zaj az ASD-ben szcintillátorral
A képzaj a detektor zajából és a kvantum zajból áll. A modern detektor zaja néhány digitális értéket jelent, és felhasználható olyan alkalmazásokhoz, amelyek expozíciós ideje kb
| 2. ábra: A különböző integrációs idők hatásai | 3. ábra: Különböző előszűrők hatása |
(Elő) szűrők hatásai
A cső előtti szűrők az átlagos csőenergiát magasabb értékekre tolják, mivel az előszűrő az alacsonyabb energiájú értékeket elnyeli. Ez azt jelenti, hogy kevesebb jel van az érzékelőnél, de a kiszűrt energiák kevéssé járulnak hozzá a hasznos jelhez, és a jel-zaj arány is javul. A következő képek olyan öntéssel készültek, amelyben 1,5 mm-es üreges gömböt és 1 mm-es lyukat készítettek (sárga nyilak a 3. ábrán, középen fent; az üreges gömb jobb oldalon).
Látható, hogy előszűrő nélkül rengeteg apró álszerkezet látható, az előszűrő (itt 0,5 mm-es réz) megfelelő megválasztásával a kép tisztábbá válik, és a kis szerkezetek eltűnnek. Ha az előszűrő túl nagy, a kép elmosódik és a valós hibák kontrasztja csökken; ha a rendszer érzékenysége most megnövekszik, akkor a kép nagyobb területű álstruktúrákat ad hozzá.
Különböző csőparaméterek hatása
A beállítható csőparaméterek közé tartozik az idő (lásd fent), a csőáram (hasonló hatásokkal) és a csőfeszültség az energia beállításához.
A mérések azt mutatják, hogy ha az energia túl alacsony, akkor a tesztrész csak elégtelenül világít; a kép tompa, és a rendszer érzékenysége érzékeli a lyukat és az üreges gömböt jelentősen meg kell növelni. Ez sok álstruktúrát hoz létre, különösen a tesztrész szélein. A túl magas energia ebből a szempontból sokkal kevesebb kárt okoz; az optimális beállításhoz képest kissé alacsonyabb kontraszt könnyen kompenzálható az érzékenységgel anélkül, hogy sok álstruktúrát hozna létre.
 |
 |
A mérések azt mutatják, hogy a kép jobb SNR-rel rendelkezik, növekvő csőárammal (lásd fent). Az egyetlen korlátozás, amelyet figyelembe kell venni, a detektor maximális kapacitása; sok detektor hajlamos túlsugárzásra, ha a kvantumszám túl magas. A detektor, amely a lehető legtöbb kvantumot képes átalakítani, ideális az itt bemutatott alkalmazáshoz.
Az összehasonlításban a 80 mm-es alumínium fluoroszkópiájához szükséges energiát 140 kV-nak határoztuk meg; a PerkinElmer AG4 sorozatú detektora 1000 W-ot képes felvenni ezen a feszültségen; az AL1 sorozat detektorához a teljesítményt 200 W-ra kellett csökkenteni; az egyenletesen szürke háttér abból adódik, hogy a detektor már telítettséggel működött.
| 6. ábra: AG4 típusú detektor (balra), AL1 típusú detektor optimális röntgen paraméterekkel (jobbra) | 7. ábra: AG4 típusú detektor (balra), AL1 típusú detektor optimális röntgen paraméterekkel (jobbra) |
Az összes képen 3 képkocka volt beépítve. Az AL1 detektor 25 mm anyagvastagságig továbbra is alkalmas a feladatok elvégzésére, nagyobb anyagvastagságok esetén a zaj nagyon erőssé válik. Az AG4 detektor továbbra is képes érzékelni a 0,8 mm hosszú lyukat kb. 60 mm anyagvastagságig, az 1,5 mm hosszú lyukat továbbra is folyamatosan érzékeli 75 mm-ig.
A geometriai elmosódás hatása
Azzal, hogy a tesztobjektumot közel hozzuk a röntgencsőhöz, olyan nagyítást érünk el, amely jobban láthatóvá teheti az apró hibákat.
Másrészt ott van a fókuszpont mérete, amely elmosódást eredményez a képen.
Ezenkívül, különösen az ADR rendszerek esetében, a lehető legrövidebb tesztidőre van szükség, ezért a lehető legnagyobb részét egy képbe kell foglalni. Ezért kis nagyításra van szükség
 |
A jobb oldali ábra bemutatja a legjobb hibadetektálást egy adott fókuszpontméret és detektormagasság esetén (itt: 0,4 mm). Az automatikus hibadetektáláshoz azt feltételezzük, hogy a hiba mindkét irányban legalább 2,5 szomszédos pixelt takar.
A gyakran használt, 1,0 mm-es fókuszfoltot tartalmazó cső esetében (a régi szabvány szerint 0,4) matematikailag a legjobb hibadetektálás kb. 1,3-as nagyítással érhető el. Nagyobb nagyítással a fókuszpont méretéből adódó elmosódás nagyobb mértékben nő, mint a nagyítás felismerhetővé teszi.
A jobb oldali képen a teljes detektor kép 2-szeres nagyítással látható. A bal oldali kép a detektor képének egy olyan szakaszát mutatja, amelyben a tesztrész viszonylag közel volt a detektorhoz; az ábrázolásokat összehasonlítható méretre méretezték.
A mozgás hatása
Ha a tesztrész a képfelvétel során elmozdul, elmozdulás következik be. Az enyhe mozdulat általában nem kerülhető el, mivel a teszt során a teszt tárgyát gyorsan át kell mozdítani egyik helyzetből a másikba. A tesztobjektum későbbi rezgése, amikor az eléri a helyzetét, aligha kerülhető el. Az alábbiakban bemutatjuk, hogyan jelennek meg a mozgások az érzékelő képén. Ennek alapja itt egy PerkinElmer detektor, amelyet felülről és lentről leolvasunk a középponttal párhuzamosan
Az álló helyzet és az 1,5 mm/s-os mozgás (bomló mozgás) közötti különbségképen látható, hogy a kép tetején és alján - a nyilakkal jelölve - még mindig volt mozgás, amely azonban a leolvasás során majdnem nullára csökkent, mint a Lásd a kép közepét.
A bomló mozgás hatása akkor használható, ha csak egy képkocka helyett három képkockát rajzolnak egymás után, és az átlagértéket a három képkocka alapján számítják ki.
A 11. képen látható a bomló mozgás 1,5 mm/s sebességgel, balról 1 képkockával, jobb oldalon 3 képkockával. A hosszabb felvételi idő és az integráció miatt a mozgáselmosódás "integrálódik".
| 10. ábra: A mozgás hatása: Álló helyzet (balra), 1,5 mm/s (jobbra), 12 mm/s (alul) | 11. Ábra: Vonalprofil 1 kerettel (balra), vonalprofil 3 kerettel és differenciálprofillal (jobbra |
Következtetés
Az alábbi következtetések a mérésekből származnak
- A zaj okozza a hamis detektálást (ál)
- A több képkocka kevesebb zajt és ezáltal kevesebb pszeudot jelent a jobb hibajelzéssel
- A legnagyobb minőségi növekedés 1-3 képkocka
- Több képkockával a mozgáselmosódás is integrálódik
- Előszűrő nélkül a szórt sugárzás zajos lesz a kép
- A túl vastag előszűrő csökkenti a hasznos jelet és "unalmas" képet hoz létre
- Túl kevés kV megengedhetetlenül korlátozza a hasznos területet
- A túl sok kV csökkenti a kontrasztot és növeli a zajt .
- . a túl sok kV alkalmasabb, mint a túl kV
(megfelelő kvantumkapacitású digitális síkképernyős detektorokra vonatkozik) - A kevés áram nem hoz jó képet; az erősítés csak növekszik az >> 1mA áramokkal
(megfelelő kvantumkapacitású digitális síkképernyős detektorokra vonatkozik) - A megfelelő detektor hozza a legnagyobb profitot
- Az ADR rendszerek optimális nagyítása 1,3 körül van