Optimizarea achiziției de imagini cu detectoare plate pentru sistemele ADR
NDT în cercetare, dezvoltare și aplicare
Optimizarea achiziției de imagini cu detectoare plate pentru sistemele ADR
Dezvoltarea avansată a tehnologiei de turnare din aluminiu/magneziu deschide tot mai multe domenii de aplicare, de ex. pentru reducerea greutății și economisirea energiei în industria auto. Tehnologia cu raze X este o metodă de testare fiabilă care este utilizată pentru asigurarea calității pieselor turnate relevante pentru siguranță, implementată acum în sisteme de testare complet automate (sisteme ADR).
Lanțul de achiziție a imaginii (tub de raze X - filtru - detector) are o mare importanță indiferent de algoritmii utilizați pentru evaluarea imaginii. În esență, decide, pe de o parte, cu privire la detectarea fiabilă a defectelor și, pe de altă parte, cu privire la numărul de piese care sunt scoase incorect ca defecte (pseudo-respingeri).
În articol impactul diferiților factori precum
- Zgomot (inclusiv cauzele zgomotului)
- Timpul de captare a imaginii
- Efectul diferiților parametri ai tubului (kV și mA)
- Efectul întăririi radiației prin pre-filtre
- Efectul estompării geometrice (FDA/FOA)
- Mișcarea obiectului care trebuie înregistrat în timpul achiziției imaginii
Măsurătorile efectuate se aplică detectoarelor digitale cu ecran plat cu rezoluție de 12-16 biți.
Generarea semnalului la ASD
Cu un detector de siliciu amorf (ASD), cuantele cu raze X sunt transformate în cuante ușoare într-un strat de scintilator. Un strat mai gros generează mai multe cuante de lumină pentru un număr dat de cuante de raze X, dar adăpostește pierderea rezoluției geometrice. Detectoarele de acest tip sunt disponibile cu o rezoluție a pixelilor de la 80 µm la 400 µm.
Corp de testare pentru determinarea parametrilor
Au fost folosite două corpuri de testare „noi” diferite pentru a determina diferiții parametri: o pană cu 5 găuri lungi și sfere goale, inserată în piese turnate reale (1).
Pană cu 5 găuri este foarte potrivită pentru a arăta grosimea materialului care poate fi încă identificată, deoarece găurile sunt atașate de-a lungul axei pe care materialul este în continuă creștere. Figura 1 arată acest lucru ca exemplu în comparație cu măsurarea zgomotului.
Sfera goală simulează o eroare reală mai realistă decât forarea, deoarece marginile ascuțite de pe margine nu apar.
Difuzia neliniară este utilizată ca algoritm pentru evaluarea imaginii (2).
Zgomot în ASD cu scintilator
Zgomotul imaginii este alcătuit din zgomotul de la detector și zgomotul cuantic. Zgomotul unui detector modern se ridică la câteva valori digitale și poate fi utilizat pentru aplicații cu timpi de expunere de
| Figura 2: Efectele diferitelor perioade de integrare | Figura 3: Efectul diferitelor pre-filtre |
Efectele (pre) filtrelor
Filtrele din fața tubului deplasează energia medie a tubului la valori mai mari, deoarece valorile de energie mai mică sunt absorbite de prefiltru. Aceasta înseamnă că există mai puțin semnal la detector, dar energiile care sunt filtrate contribuie puțin la semnalul util, iar raportul semnal/zgomot este, de asemenea, îmbunătățit. Următoarele imagini au fost realizate cu o turnare în care au fost realizate o bilă goală de 1,5 mm și o gaură de 1 mm (săgeți galbene în Figura 3, centru sus; bila goală din dreapta).
Se poate observa că fără un pre-filtru se pot vedea o mulțime de pseudo-structuri mici, cu o alegere adecvată a prefiltrului (aici 0,5 mm cupru), imaginea devine mai clară și structurile mici dispar. Dacă prefiltrul este prea mare, imaginea devine neclară și contrastul erorilor reale este redus; dacă sensibilitatea sistemului este acum crescută, pseudo-structurile cu suprafață mai mare sunt adăugate în imagine.
Efectul diferiților parametri ai tubului
Parametrii tubului care pot fi setați includ timpul (vezi mai sus), curentul tubului (cu efecte similare) și tensiunea tubului pentru setarea energiei.
Măsurătorile arată că, dacă energia este prea mică, partea de testare este doar insuficient iluminată; imaginea este plictisitoare și sensibilitatea sistemului pentru detectarea găurii și sfera goală trebuie mărită foarte mult. Acest lucru creează multe pseudo-structuri, în special la marginile părții de testare. O energie prea mare provoacă daune mult mai puține în acest sens, contrastul ușor mai mic în comparație cu setarea optimă poate fi ușor compensat cu sensibilitatea fără a crea multe pseudo-structuri.
 |
 |
Măsurătorile arată că imaginea are un SNR mai bun cu creșterea curentului tubului (vezi mai sus). Singura limitare care trebuie luată în considerare este capacitatea maximă a detectorului, mulți detectoare tind să radieze în exces dacă numărul cuantic este prea mare. Detectorul care poate converti cât mai multe cuante posibil este ideal pentru aplicația prezentată aici.
În comparație, energia necesară pentru fluoroscopie a aluminiului de 80 mm a fost stabilită ca fiind 140kV; detectorul din seria AG4 de la PerkinElmer poate absorbi 1000W la această tensiune; pentru detectorul din seria AL1 puterea trebuia redusă la 200W; fundalul gri uniform rezultă din faptul că detectorul funcționa deja în saturație.
| Fig. 6: Detector tip AG4 (stânga), detector tip AL1 cu parametri optimi de raze X (dreapta) | Fig. 7: Detector tip AG4 (stânga), detector tip AL1 cu parametri optimi de raze X (dreapta) |
În toate imaginile au fost integrate 3 cadre. Detectorul AL1 este încă potrivit pentru sarcina de până la o grosime de material de 25 mm, cu grosimi de material mai mari, zgomotul devine foarte puternic. Detectorul AG4 poate detecta în continuare gaura lungă de 0,8 mm până la o grosime a materialului de aproximativ 60 mm, gaura lungă de 1,5 mm este încă detectată continuu până la 75 mm.
Efectul estompării geometrice
Prin apropierea obiectului testat de tubul de raze X, se realizează o mărire care poate face mici defecte mai vizibile.
Pe de altă parte, există dimensiunea punctului focal, care produce neclaritatea imaginii.
Mai mult, în special în cazul sistemelor ADR, este necesar un timp de testare cât mai scurt posibil, astfel încât cât mai mult din partea posibilă să fie adusă într-o singură imagine. Prin urmare, se dorește o mărire mică
 |
Diagrama din dreapta arată cea mai bună detectare a erorilor pentru o anumită dimensiune a punctului focal și pasul detectorului (aici: 0,4 mm). Pentru detectarea automată a erorii, se presupune că cel puțin 2,5 pixeli vecini sunt acoperiți de eroare în fiecare direcție.
În cazul tubului frecvent utilizat cu un punct focal de 1,0 mm (0,4 conform vechiului standard), din punct de vedere matematic, cea mai bună detectare a erorilor rezultă la o mărire de aproximativ 1,3. Cu o mărire mai mare, estomparea datorată dimensiunii punctului focal crește mai mult decât mărirea o face recunoscută.
Imaginea din dreapta arată imaginea completă a detectorului la o mărire de 2. Imaginea din stânga prezintă o secțiune a imaginii detectorului în care partea de testare a fost relativ aproape de detector; reprezentările au fost reduse la o dimensiune comparabilă.
Efectul mișcării
Dacă partea de test se mișcă în timpul achiziționării imaginii, apare o neclaritate de mișcare. O mișcare ușoară nu poate fi de obicei evitată, deoarece obiectul testului trebuie mutat rapid de la o poziție la alta în timpul testului. O oscilație ulterioară a obiectului testat atunci când acesta ajunge în poziție poate fi cu greu evitată. Următorul este destinat să arate cum sunt afișate mișcările în imaginea detectorului. Baza aici este un detector PerkinElmer, care este citit de sus și de jos paralel cu centrul
În imaginea diferenței dintre oprire și mișcare cu 1,5 mm/s (mișcare în descompunere) se poate observa că a existat încă mișcare în partea de sus și de jos a imaginii - indicată de săgeți - dar că în timpul citirii a scăzut aproape la zero, ca în Vedeți centrul imaginii.
Efectul mișcării în descompunere poate fi utilizat dacă în loc de un singur cadru, sunt desenate trei cadre una după alta și valoarea medie este calculată din cele trei cadre.
Imaginea 11 prezintă mișcări de descompunere cu 1,5 mm/s, înregistrate în stânga cu 1 cadru și în dreapta cu 3 cadre. Datorită duratei mai mari de înregistrare și a integrării, neclaritatea de mișcare este „integrată”.
| Figura 10: Efectul mișcării: Standstill (stânga), 1,5 mm/s (dreapta), 12 mm/s (dedesubt) | Figura 11: Profil de linie cu 1 cadru (stânga), profil de linie cu 3 cadre și profil diferențial (dreapta |
Concluzie
Următoarele concluzii rezultă din măsurători
- Zgomotul creează detectări false (pseudos)
- Mai multe cadre înseamnă mai puțin zgomot și, prin urmare, mai puține pseudos cu o detecție mai bună a erorilor
- Cel mai mare câștig în calitate este de la 1 la 3 cadre
- Cu mai multe cadre, neclaritatea de mișcare este, de asemenea, integrată
- Fără un prefiltru, radiația împrăștiată face imaginea zgomotoasă
- Un prefiltru prea gros reduce semnalul util și creează o imagine „plictisitoare”
- Prea puțin kV restricționează în mod nepermis zona utilizabilă
- Cu toate acestea, prea mult kV va reduce contrastul și va crește zgomotul .
- . prea mult kV este mai potrivit decât prea puțin kV
(se aplică detectoarelor digitale plate cu o capacitate cuantică suficientă) - Putina electricitate nu produce o imagine buna; câștigul crește doar cu curenți >> 1mA
(se aplică detectoarelor digitale cu ecran plat cu capacitate cuantică suficientă) - Detectorul potrivit aduce cel mai mare profit
- Mărirea optimă pentru sistemele ADR este de aproximativ 1,3