Оптимизиране на събирането на изображения с плоски детектори за ADR системи
NDT в изследвания, разработка и приложение
Оптимизиране на събирането на изображения с плоски детектори за ADR системи
Постепенното развитие на технологията за леене на алуминий/магнезий отваря все по-разнообразни области на приложение, напр. за намаляване на теглото и спестяване на енергия в автомобилната индустрия. Рентгеновата технология е надежден метод за изпитване, който се използва за осигуряване на качеството на важни за безопасността отливки, днес внедрени в напълно автоматични системи за изпитване (ADR системи).
Веригата за получаване на изображение (рентгенова тръба - филтър - детектор) е от голямо значение независимо от алгоритмите, използвани за оценка на изображението. По същество той решава от една страна за надеждното откриване на неизправностите, а от друга за броя на частите, които са погрешно отхвърлени като дефектни (псевдо отхвърля).
В статията влиянието на различни фактори като
- Шум (включително причините за шума)
- Време за заснемане на изображения
- Ефект на различни параметри на тръбата (kV и mA)
- Ефект от втвърдяването на радиацията от предварително филтри
- Ефект на геометричното замъгляване (FDA/FOA)
- Движение на обекта, който ще бъде записан по време на получаването на изображението
Извършените измервания се отнасят за цифрови плоски панелни детектори с 12-16 битова резолюция.
Генериране на сигнал на ASD
С аморфен силициев детектор (ASD) рентгеновите кванти се преобразуват в светлинни кванти в сцинтилаторен слой. По-дебел слой генерира повече светлинни кванти за даден брой рентгенови кванти, но крие загуба на геометрична разделителна способност. Детекторите от този тип се предлагат с пикселна разделителна способност от 80 µm до 400 µm.
Тестово тяло за определяне на параметрите
За определяне на различните параметри бяха използвани две различни "нови" тестови тела: Клин с 5 дълги отвора и кухи сфери, вкарани в реални отливки (1).
Клинът с 5 отвора е много подходящ, за да покаже коя дебелина на материала все още може да бъде идентифицирана, тъй като отворите са прикрепени по оста, върху която материалът непрекъснато се увеличава. Фигура 1 показва това като пример в сравнение с измерването на шума.
Кухата сфера симулира реална грешка по-реалистично от пробиването, тъй като острите ръбове на ръба не се появяват.
Като алгоритъм за оценка на изображението се използва нелинейна дифузия (2).
Шум в ASD със сцинтилатор
Шумът на изображението се състои от шума от детектора и квантовия шум. Шумът на съвременния детектор възлиза на няколко цифрови стойности и може да се използва за приложения с време на експозиция от
| Фигура 2: Ефекти от различни времена на интегриране | Фигура 3: Ефект от различни предварително филтри |
Ефекти от (предварително) филтри
Филтрите пред тръбата изместват средната енергия на тръбата към по-високи стойности, тъй като стойностите на по-ниската енергия се абсорбират от предфилтъра. Това означава, че има по-малко сигнал към детектора, но филтрираните енергии допринасят малко за полезния сигнал и съотношението сигнал/шум също се подобрява. Следващите снимки са направени с отливка, при която са направени 1,5 мм куха топка и 1 мм отвор (жълти стрелки на снимка 3, отгоре в центъра; кухата топка вдясно).
Вижда се, че без предфилтър могат да се видят много малки псевдоструктури, с подходящ избор на предфилтъра (тук 0,5 мм мед), картината става по-ясна и малките структури изчезват. Ако предварителният филтър е твърде голям, изображението се размива и контрастът на реалните грешки намалява; ако се увеличи чувствителността на системата, към изображението се добавят псевдоструктури с по-голяма площ.
Ефект на различни параметри на тръбата
Параметрите на тръбата, които могат да бъдат зададени, включват времето (виж по-горе), тока на тръбата (с подобни ефекти) и напрежението на тръбата за настройка на енергията.
Измерванията показват, че ако енергията е твърде ниска, тестовата част е само недостатъчно осветена; изображението е плоско и чувствителността на системата за откриване на дупката и кухата сфера трябва да се увеличи значително. Това създава много псевдоструктури, особено по краищата на тестовата част. Твърде високата енергия причинява много по-малко щети в това отношение, малко по-ниският контраст в сравнение с оптималната настройка може лесно да бъде компенсиран с чувствителността, без да се създават много псевдоструктури.
 |
 |
Измерванията показват, че картината има по-добър SNR с нарастващ ток на тръбата (виж по-горе). Единственото ограничение, което трябва да се има предвид, е максималният капацитет на детектора; много детектори са склонни да преизлъчват, ако квантовото число е твърде високо. Детекторът, който може да преобразува възможно най-много кванти, е идеално подходящ за приложението, представено тук.
За сравнение енергията, необходима за флуороскопия на 80 mm алуминий, беше определена на 140 kV; детекторът от серия PerkinElmer AG4 може да абсорбира 1000W при това напрежение; за детектора от серия AL1 мощността трябваше да бъде намалена до 200W; равномерно сивият фон се дължи на факта, че детекторът вече работи в насищане.
| Фиг. 6: Детектор тип AG4 (вляво), детектор тип AL1 с оптимални рентгенови параметри (вдясно) | Фиг. 7: Детектор тип AG4 (вляво), детектор тип AL1 с оптимални рентгенови параметри (вдясно) |
Във всички снимки са интегрирани 3 кадъра. Детекторът AL1 все още е подходящ за съответната задача до дебелина на материала 25 мм, при по-големи дебелини на материала шумът става много силен. Детекторът AG4 все още може да открие отвора с дължина 0,8 mm до дебелина на материала около 60 mm, отворът с дължина 1,5 mm се открива непрекъснато до 75 mm.
Ефект на геометрично замъгляване
Чрез приближаване на тестовия обект до рентгеновата тръба се постига увеличение, което може да направи по-видими малки дефекти.
От друга страна, има размерът на фокусното петно, което води до замъгляване на изображението.
Освен това, особено при ADR системите, се изисква възможно най-краткото време за тестване, така че колкото се може повече от детайла, трябва да се обедини в едно изображение. Следователно се желае малко увеличение
 |
Диаграмата вдясно показва най-доброто откриване на грешки за даден размер на фокусното място и стъпка на детектора (тук: 0,4 мм). За автоматичното откриване на грешки се приема, че поне 2,5 съседни пиксела във всяка посока са покрити от грешката.
В случая на често използваната тръба с фокално петно 1,0 mm (0,4 според стария стандарт), математически най-добрите резултати за откриване на грешки при увеличение от приблизително 1,3. С по-голямо увеличение, размазването поради размера на фокусното петно се увеличава повече, отколкото увеличението го прави разпознаваем.
Изображението отдясно показва пълното изображение на детектора при увеличение от 2. Изображението вляво показва участък от изображението на детектора, в който тестовата част е относително близо до детектора; представленията бяха мащабирани до съпоставим размер.
Ефект от движението
Ако тестовата част се движи по време на получаването на изображението, възниква размазване на движението. Обикновено не може да се избегне леко движение, тъй като тестовият обект трябва да се премести бързо от едно положение в следващото по време на теста. Тогава трудно може да се избегне последващо трептене на тестовия обект, когато той достигне позицията. Следното е предназначено да покаже как движенията се показват в изображението на детектора. Основата тук е детектор PerkinElmer, който се чете отгоре и отдолу успоредно на центъра
В различното изображение между застой и движение с 1,5 mm/s (разпадащо се движение) може да се види, че все още е имало движение в горната и долната част на изображението - маркирано със стрелките - което обаче е намаляло до почти нула по време на отчитането, както в Вижте центъра на картината.
Ефектът от разпадащото се движение може да се използва, ако вместо само един кадър, се изчертават три кадъра един след друг и средната стойност се изчислява от трите кадъра.
На снимката 11 се вижда разпадащо се движение с 1,5 mm/s, записано отляво с 1 кадър и отдясно с 3 кадъра.
| Фигура 10: Ефект на движение: Застой (вляво), 1,5 mm/s (вдясно), 12 mm/s (отдолу) | Фигура 11: Линеен профил с 1 кадър (вляво), линеен профил с 3 кадъра и диференциален профил (вдясно |
Заключение
Следните заключения са резултат от измерванията
- Шумът създава фалшиви откривания (псевдо)
- Повече кадри означава по-малко шум и следователно по-малко псевдо с по-добро откриване на грешки
- Най-голямата печалба в качеството е от 1 до 3 кадъра
- С няколко кадъра размазването на движението също се интегрира далеч
- Без предварително филтър разсеяното лъчение прави изображението шумно
- Прекалено дебел предварително филтър намалява полезния сигнал и създава „скучна“ картина
- Твърде малко kV ограничава недопустимо полезния обхват
- Твърде много kV обаче ще намали контраста и ще увеличи шума .
- . твърде много kV е по-подходящо от твърде малко kV
(отнася се за цифрови плоски детектори с достатъчен квантов капацитет) - Малкото електричество не създава добра картина; печалбата се увеличава само с токове >> 1mA
(отнася се за цифрови плоски детектори с достатъчен квантов капацитет) - Правилният детектор носи най-голяма печалба
- Оптималното увеличение за ADR системи е около 1,3