Radiografiereain timp real

Radiografierea in timp real (RTR)

IntroducereRadiografia in timp real (RTR), sau radioscopia in timp real, este o metoda de testare nedistructiva prin care o imagine este mai degraba produsa elecronic decat pe film, astfel ca intre obiectul expus la radiatii si imaginea rezultata exista o intarziere foarte mica. De obicei, imaginea electronica vazuta, rezulta din trecerea radiatiei prin obiectul inspectat si care interactioneaza cu paravan din material care prezinta fluorescenta sau opreste trecerea luminii cand are loc interactiunea. Imaginea formata este o imagine pozitiva pe cand zonele luminate de pe imagine indica unde niveluri mai mari de radiatii transmise au atins paravanul. Aceasta imagine este opusul imaginii negative produsa in radiografia pe film. Cu alte cuvinte, la RTR, zonele mai luminoase reprezinta sectiuni mai inguste sau sectiuni mai putin dense ale obiectului testat.Radiografierea in timp real este o metoda de testare nedistructiva bine stabilita care are aplicatii in industria auto, industria aerospatiala, vase sub presiune, electronica si munitii, printre altele. Utilizarea radiografierii in timp real a crescut datorita unei scaderi a costului echipamentului si datorita solutionarii unor probleme ca protejarea si stocarea imaginilor digitale. Diferente intre radiografia in timp real si radiografia pe filmExista o serie de diferente intre radiografia pe film si radiografia in timp real. Primele 4 si cele mai importante diferente sunt: viteza la care este indeplinita inspectia, calitatea imaginii, echipamentul utilizat si costul asociat si metoda de stocare si analiza a imaginii. Viteza de inspectieUnul dintre avantajele radiografierii in timp real este viteza de inspectie. La radiografia pe film, filmul este plasat in spatele zonei de interes si expus la radiatii pentru o anumita lungime de timp. Timpul de expunere poate varia de la secunde la cateva minute. Filmul trebuie developat inainte de a fi vazut, o cerinta ce implica timp suplimentar. La radiografierea in timp real, imaginea este disponibila aproape simultan cu trecerea radiatiei prin obiect. Aceasta proprietate permite ca viteza de inspectie sa creasca foarte mult. De exemplu, o imbinare sudata de cativa metri lungime poate fi inspectata in mai putin de un minut. Rezolutia imaginii Rezolutia sistemului depinde de un numar de factori care include marimea punctului focal al sursei de raze X, marirea si performanta sistemului de imagini. Acesta depinde in primul rand de calitatea intensificatorului de imagine, camera, ecranul de captare a cadrului, monitorul si alte componente utilizate. In general, sistemele de radiografiere in timp real nu sunt capabile sa rezolve defectele mici asa cum pot fi rezolvate folosind radiografierea cu film. Acest lucru se datoreaza in primul rand limitarii intensificatorului de imagine. Oricum, folosind programul de procesare a imaginii, performanta sistemului RTR poate fi imbunatatit. In tabelul 1 este realizata o comparatie intre radiografia cu film si diferite configuratii ale sistemului RTR.Radiografiacu filmRTR conventionalRTR cu procesarea imaginiiMicrofocus RTR cu procesarea imaginii

Rezolutia0.1 la 0.06 mm0.5 la 0.25 mm0.5 la 0.25 mmPana la 0.05 mm

ConstrastSensibilitate1 2 %3 4 %0.5 1 %0.5 1 %

Viteza515 min/imgTimp real130 sec/img130 sec/img

Tabelul 1. Comparatie intre performantele radiografiei cu film si diferite configuratii ale sistemului RTR.Cand este folosita marirea la un sistem RTR, imprecizia geometrica a inspectiei configurate trebuie sa fie luata in in considerare. In figura 1 este prezentata o schema cu variabilele geometrice care afecteaza penumbra.

Figura 1. Variabilele geometrice care afecteaza penumbra.Pentru a minimiza penumbra, mostra este amplasata de obicei cat mai aproape de detector iar sursa este amplasata la distanta de aceasta. O distanta mai mare intre sursa si obiect va reduce imprecizia geometrica. In orice caz, intensitatea sursei descreste odata ce distanta creste. Asadar, sursa trebuie amplasata cat de departe este necesar pentru a controla penumbra. Amplificarea imaginiiUneori distanta dintre mostra si detectorul de imagine este marita pentru a obtine marirea imaginii. Amplificarea este utila in special cand partile care sunt inspectate si detaliile acestora sunt foarte mici. Cu cat mostra este mai departe de detectorul de imagine, cu atat este mai mare amplificarea atinsa. In figura 2 este prezentata o schema cu variabilele geometrice care afecteaza amplificarea.

Figura 2. Variabilele geometrice care afecteaza amplificarea.In cazul radiografierii in timp real, punctele focale cu dimensiuni de 10 microni sunt utilizate pentru a permite amplificarea imaginii si totusi sa pastreze penumbra la o valoare minima. Un dezavantaj al amplificarii este ca sfera vizuala este scazuta. Cand zona vizibila devine mai mica, creste in general timpul de inspectie.Intensificarea imaginiiTehnologia de intensificare a imaginii poate fi folosita pentru radiografierea cu film. Acest proces presupune 2 pasi: realizarea imaginii pe film, si intensificarea acesteia. Intensificarea imaginii inseamna ca imaginea originala este modificata astfel incat informatiile anterioare detectate nu pot fi vazute. In cazul RTR, intensificarea este realizata dupa ce este vazuta imaginea pe monitor. Astfel este irosit mult mai putin timp pentru realizarea imaginii intensificate, decat in cazul radiografierii cu film. Aceasta proprietate este folosita in general pentru a arata zonele cu contrast scazut legate de fisuri, limite, goluri, incluziuni. Sensibilitatea la contrast scazut si rezolutia sunt mai slabe la radiografierea in timp real decat la radiografierea cu film.Costurile sistemului de radiografiere in timp realDeoarece un sistem RTR necesita un numar de componente, in general costa mai mult decat instalatia de radiografie pe film. Sistemele de radiografiere in timp real sunt in general independente. Radiografierea in timp real are loc de obicei intr-un cabinet proiectat sa tina expunerea la radiatii in limite si astfel operatorul poate lucra in siguranta in unitatea respectiva. Acest lucru elimina pierderea timpului de productie. Deasemenea, din moment ce nu este necesar un spatiu intunecat pentru developare, acesta este economisit. Depinzand de obiectul ce trebuie inspectat si de rezolutia necesara, sistemul de radiografiere in timp real consta in diferite componente. Costul depinde de cat de elaborat este sistemul si poate sa inceapa de la 50.000$ pana la mai mult de 200.000$. Unele tuburi cu raze X pentru microfocus poate sa coste mai mult de 100.000$ pe bucata. Pentru a afla costul exact al sistemelor sau al componentelor, trebuie contactat producatorul.EchipamentulSistemele de radiografiere in timp real sunt disponibile in mau multe configuratii si diferite dimensiuni de la modelele care se monteaza pe masa, la unitati care umplu o camera mare. Un sistem tipic este prezentat in figura 3. Principalele componente ale unui sistem de radiografiere in timp real este prezentat in figura 4.

Figura 3. Exemplu de sistem de radiografiere in timp real.

Figura 4. Schema de principiu a principalelor componente ale unui sistem de radiografiere in timp realSursa uzuala de radiatie pentru sistemele de radiografiere in timp real este un generator de raze X. Principalul motiv pentru care este folosit un generator de raze x este ca intensificatoarele de imagine sunt relativ ineficiente pentru conversia radiatiei in lumina, si astfel este necesar si mai mult flux decat poate oferi un izotop. In plus, energia data de razele X si curentul trebuie sa poata fi ajustate pentru a permite o expunere corecta. (Timpul nu poate fi ajustat in aceste conditii deoarece imaginea este vazuta in timp real). Dispozitivul de convertireLa radiografierea in timp real, ca si la radiografierea conventionala, razele X care trec prin obiect sunt folosite pentru a produce o imagine. Pentru ca energia transmisa sa fie utila, aceasta trebuie convertita intr-o forma de energie pe care componentele sistemului o pot utiliza pentru a produce imaginea. De obicei, radiatia este convertita in energie luminoasa (lumina vizibila), iar aceasta lumina este convertita intr-un semnal electronic (un semnal video). Intensificatorul de imagine utilizat de obicei ca un dispozitiv de convertire, contine un material fluorescent ca iodura de cesiu. Pe un ecran de intrare, lumina vizibila este mult prea diminuata pentru o produce o imagine utilizabila. Apoi, fotonii sunt convertiti in electroni, sunt accelerati si reconvertiti in lumina pe un ecran de iesire. In figura 5 este prezentat modul de operare al unui intensificator de imagine in timp real, in figura 6 este prezentat un intensificator de imagine in timp real cu un colimator de plumb ajustabil in fata iar in figura 7 este ilustrat ecranul de iesire al unui intensificator de imagine.

Figura 5. Modul de operare al unui intensificator de imagine in timp real

Figura 6. Intensificator de imagine in timp real cu colimator de plumb ajustabil

Figura 7. Ecranul de iesire al unui intensificator de imagineCameraDupa conversia radiatiei in lumina vizibila, imaginea luminoasa trebuie sa fie schimbata intr-un semnal video pentru a putea produce o imagine ce poate fi vazuta pe un monitor. De cele mai multe ori este utilizata o camera TV cu circuit inchis (CCTV). Camerele, care pot fi foarte mici, sunt ingradite in spatele intensificatorului de imagine. Sunt disponibile cateva tipuri de camere, si fiecare tip are capacitati unice. O proprietate a camerei este gama dinamica sau gama nivelurilor de lumina care pot fi rezolvate. Unele camere au game dinamice foarte mari si sunt adecvate in special pentru radiografierea in timp real. O alta proprietate a cemerelor este tipul de transductor care schimba energia luminoasa in energie electrica. Camerele cu dispozitivul cu cuplaj de sarcina (CCD) sunt foarte populare la sistemele de radiografiere in timp real si au o parte electronica solida care consta intr-un cip semiconductor foarte mic. Cipul este realizat din elemente discrete (pixeli), care primesc lumina si creaza un voltaj si un curent direct proportional cu cantitatea de lumina primita. Aceasi tehnologie este folosita la camerel video si la camerele foto digitale. In figura 8 este prezentat un exemplu de camera cu dispozitiv cu cuplaj de sarcina.

Figura 8. Camera cu dispozitiv cu cuplaj de sarcina (CCD)Daca nu este folosita camera CCD, un alt tip de dispozitiv de preluare (un transductor) este folosit pentru a converti lumina vizibila in semnal electronic. Acest lucru implica utilizarea unor tuburi cu vacuum care contin un material sensibil la lumina care permite conversia luminii in semnal electronic. Aceste sisteme dau o rezolutie mai buna decat camerele CCD dar de obicei au o gama dinamica mai scazuta (1/m), ceea ce inseamna ca gama de niveluri de lumina ce pot fi vazute este mai mica. Calitatea imaginii si tehnicile de procesareRadiografierea in timp real este in general mai putin sensibila decat radiografierea cu film. O serie de factori contribuie la aceasta diferenta. Acest factori includ: Diferentele de marime dintre granulele de halogenura de argint ale filmului si acele de iodura de cesiu al ecranului stralucitor la radiografia in timp real; Floarea de fosfor a ecranului fluorescent; Zgomotul pixelilor aleatori nascuti in intensificatorul de imagine.Sistemele de radiografiere in timp real utilizeaza un tub pentru intensificarea imaginii cu rezolutie slaba (2-4 perechi pe milimetru) [LP/mm] fata de film (10-20 LP/mm). Floarea de fosfor, mai ales la fosforul produs prin conversie, este principalul caz al diminuarii rezolutiei.Tehnicile de procesare a imaginiiAsa cum am stabilit, o serie de factori pot sa afecteze negativ calitatea imaginii RTR. Prin utilizarea tehnicilor de intensificare a imaginii, diferentele de sensibilitate dintre film si RTR pot fi diminuate. O serie de tehnici de procesare a imaginii, plus tehnicile de intensificare, pot fi aplicate pentru a imbunatatii utilitatea datelor. Tehnicile include detectarea marginilor de convolutie (funcie de compunere a dou funcii de repartiie), matematica, filtrele si analiza imaginii. Majoritatea intensificatorilor de imagine si tehnicile de procesare a imaginii vor fi introduse in aceasta sectie. Programele software pe calculator sunt disponibile, incluzand cateva sau chiar toate programele urmatoare.Programele de intensificare fac informatiile mai vizibile. Egalizarea histrogramei Redistribuie intensitatile imaginii la intreaga gama de intensitati posibile; Mascarea impreciziei Substrage imaginea luminoasa din imaginea originala pentru a scoate in evidenta modificarile de intensitate.Programele de convolutie sunt cadre 3 la 3 care opereaza in vecinatatea pixelilor. Filtrele cu trecere inalta Scot in evidenta regiuni cu modificari rapide de intensitate; Filtrele cu trecere joasa Netezeste imaginile, blureaza regiunile cu schimbari rapide.Programele de procesare metematica opereaza multe functii. Adaugarea imaginilor Adauga doua imagini impreuna, pixel cu pixel; Sustrag imagini Substrag a doua imagine din prima imagine, pixel cu pixel; Exponential sau logaritm Creste puterea intensitatii pixelilor sau inregistreaza intensitatea pixelilor.; Adaug, substrag, multiplica sau divid aplica aceleasi valori ale constantelor cum este specificat de producator tuturor pixelilor, cate unul odata; Dilatarea Expandeaza prin operatia morfologica regiunile luminoase ale imaginilor; Eroziunea Contracta prin operatia morfologica regiunile luminoase ale imaginii.Filtrele de zgomot scad zgomotul diminuand deviatiile statice. Filtrul de netezire adaptata Seteaza intensitatea pixelilor la o valoare situata undeva intre valoarea originala si valoarea dorita corectata de gradul de zgomot. Acest lucru este bun pentru diminuarea zgomotului static dau in special al zgomotului independent; Filtrele mediane Seteaza intensitatea pixelilor la egalitate cu intensitatea medie a pixelilor in vecinatate; Filtrele sigma Seteaza intensitatea pixelilor la egalitate cu media intensitatilor in vecinatate. Este un filtru bun pentru zgomotul independent.Programele de analizare a imaginii extrag informatiile din imagine. Extracia din imagini Extrage o parte sau toata imaginea si creaza o noua imagine din zona selectata Statica imaginii Calculeaza media minima si maxima, deviatia standard, variatia, mediana si intensitatile medii din datele imaginii.Interfata computeruluiMajoritatea sistemelor de radiografiere in timp real au interfata legata la computer pentru a putea intensificarea si manipularea imaginii. Generatorul de raze X poate fi legat la interfata computerului printr-un port RS232C. Asta inseamna ca toate butoanele de control pot fi operate de la o tastatura. Acest tip de conectare permite comunicarea intre computere si echipamentele periferice.Stocarea informatiilor Odata ce o imagine a fost produsa, poate fi necesar sa se faca o copie pentru comparatie sau pentru referinte viitoare. Tehnicile digitale, in timp ce ofera cea mai buna calitate a imaginii, trebuie sa foloseasca imaginile statice si asta consuma foarte multa memorie. Casetele VCR pot inregistra miscarea, dar calitatea este diminuata. In acest caz, si in alte aspecte ale radiografierii in timp real, trebuie sa se faca niste compromisuri. Discurile optice au capacitati foarte mari de stocare.

Testele de controlare a procesuluiEste important la radiografierea in timp real daca echipamentul are capacitatea de a detecta si arata discontinuitatile critice. Societatea Americana Pentru Testarea Materialelor (ASTM) E1255 spune ca sistemul trebuie verificat in fiecare zi, si este necesara recalificare a sistemului cand calitatea imaginii este diminuata. Echipamentul este de obicei mult mai sofisticat decat cel folosit la radiografierea pe film si trebuie sa existe siguranta ca echipamentul functioneaza asa cum ar trebui. ASTM este un standard care poate fi folosit initial pentru calificare si apoi pentru recalificarea sistemului determinand cum functioneaza in modul static asta insemnand ca obiectul de testat si raza de radiatie este stationara.