Filtern
Erscheinungsjahr
Dokumenttyp
Referierte Publikation
- ja (56) (entfernen)
Schlagworte
- Radiography (11)
- Digital radiography (7)
- Radiographie (6)
- ZfP (6)
- Bildqualität (5)
- Image quality (5)
- POD (5)
- Betatron (4)
- Container inspection (4)
- Digital detector array (DDA) (4)
Organisationseinheit der BAM
Mobile Tomographic Computer Aided Radiometry (TomoCAR) is based on the mechanical position control of an X-ray tube in front of an object and the application of a Digital Detector Array (DDA) behind it. Several hundred radiometric projections in small angle steps are acquired during the controlled movement of the X-ray tube along a preselected way. The tomographic or laminographic reconstruction allows the three-dimensional (3D) representation of flaws. A specially designed radiometric detector array with small internal unsharpness and high image contrast was used for visualization and sizing of planar and volumetric defects in austenitic welds in nuclear power plants. A German pilot study was successfully performed on the basis of the European network of inspection and qualification (ENIQ) guidelines. This was the precondition for several applications of TomoCAR in nuclear power stations in Germany and Switzerland.
A versatile computed tomography (CT) system was developed on basis of the TomoCAR design for in situ inspection of large aircraft components under production conditions. A gate based planar computed tomograph was constructed and tested for inspection of the integrity of CFRP stringers, embedded in aircraft fibre composite shells. A probability of crack visibility >90% could be determined.
Im Zuge der Anwendung des Schadens-Toleranz-Prinzips wird ein adäquates zerstörungsfreies Prüfsystem benötigt um strukturelle Integrität sicher zu stellen. Wenn ein zerstörungsfreies Prüfsystem jedoch bis zu den Grenzen der Detektionsfähigkeit beansprucht wird, liefert es keine übereinstimmende Indikationen der Defektentdeckung (Hit/Miss). Deshalb wird dessen Fähigkeit Defekte zu entdecken als Entdeckungswahrscheinlichkeit (POD Probability of Detection) ausgedrückt. In der herkömmlichen 'Signal Response' Signal-Antwort-Zuverlässigkeitsanalyse wird die Entdeckungswahrscheinlichkeit als eine Funktion der Defektgröße angegeben. Die Eignung des Prüfsystems wird durch den Vergleich der Größe des Defektes, der zuverlässig entdeckt wird, mit der des größten zulässigen Defektes, der die strukturelle Integrität nicht gefährdet, verifiziert. Analysen moderner Strukturen zeigen aber, dass auch andere Parameter den Schweregrad des Defektes bzgl. der Integrität der Struktur bestimmen können. Im Rahmen der Multi-Parameter-Zuverlässigkeitsanalyse kann die Entdeckungswahrscheinlichkeit als eine Funktion verschiedener Einflussparameter ausgedrückt werden. Wenn die Eignung des zerstörungsfreien Prüfsystems bestimmt wird, muss die Fähigkeit des Systems Defekte zu entdecken gegenüber dem kritischen Wert genau des Parameters ausgedrückt und geprüft werden, der den Schweregrad des Defektes für die Integrität der Struktur bestimmt. Die Nichterfüllung dieser Forderung kann zur Ablehnung von intakten Teilen oder der Akzeptanz von schlechten Teilen führen. Das Prinzip wird anhand von longitudinalen Ultraschall-Sende-Empfangs-Prüfdaten der Gußeisenmatrix mit oberflächenoffenen, semi-elliptischen, rißartigen Defekten demonstriert.
Das Ziel des Artikels ist es eine Übersicht über neue methodische Ansätze und Verfahren zur Bewertung der Zuverlässigkeit von ZfP-Systemen in Übereinstimmung mit den spezifischen Anforderungen verschiedener industrieller Anwendungen zu geben. Nach einem Überblick über die in den vergangenen Jahrzehnten erreichten Fortschritte, wird der Fokus auf die gegenwärtigen Entwicklungen gerichtet. Für hohe Sicherheitsanforderungen wurde die quantitative Fehlerauffindwahrscheinlichkeit (probability of detection, POD) basierend auf 'hit/miss'- oder 'Signal-Response'-Analysen und die ROC-Analyse (Receiver Operating Characteristics) als typische Werkzeuge entwickelt. Im Rahmen des modularen Modells für die ZfP-Zuverlässigkeit unterscheidet man zwischen den rein physikalisch-technischen Einflussfaktoren, den industriellen Anwendungsfaktoren und den menschlichen Faktoren. Es hilft zum Beispiel zu erkennen, welche dieser Faktoren man in Modellierungsrechnungen bzw. mittels offenen oder Blindversuchen untersuchen kann. Ein neues Paradigma wird für die Betrachtung der POD als eine Funktion der gewählten Systemparameter und somit als Optimierungswerkzeug verwendet, anstelle sie für die endgültige Beurteilung zu nehmen. Zur Handhabung der Zuverlässigkeitsuntersuchung von realen Defekten in einer realistischen Umgebung werden ökonomisch vertretbare, aber dennoch präzise genug arbeitende Methoden, wie der Ansatz von Bayes oder modellbasierte Methoden vorgestellt. Die menschlichen Faktoren sind oft von ausschlaggebender Wichtigkeit für die Gesamtzuverlässigkeit. Hier hilft ein systematischer psychologischer Ansatz die Engpässe und Verbesserungsmöglichkeiten zu finden.
Die Fehlerauffindwahrscheinlichkeit oder 'Probability of Detection' ist zu einer wichtigen Qualitätskennzahl von zerstörungsfreien Prüfsystemen geworden. Die Einschätzung von nur künstlichen Fehlern ist jedoch als Bewertungsgrundlage meist nicht ausreichend. Die später verwendeten Prüfobjekte mit den real vorkommenden Fehlern sind die zu betrachtende Basis, für die der Endanwender eine gültige Qualitätseinschätzung der angewandten zerstörungsfreien Prüfung fordert. Jedoch ist bei dem Fall, dass die Datenmenge gering ist, auch die Aussage der POD beschränkt. Es muss daher eine Zwischenlösung gefunden werden, in der die Informationen von beiden Prüfungen kombiniert werden. Die Mathematik ermöglicht mit der Bayes'schen Statistik, diese Informationen miteinander zu kombinieren und somit beide Informationen in die Bewertung einfließen zu lassen. Dabei spielt jedoch der Zusammenhang zwischen Signal und Fehlerausprägung eine wichtige Rolle. Praktisch angewendet und erprobt wird diese Vorgehensweise für die Bewertung der zerstörungsfreien Prüfungen der Firma POSIVA, die sich mit dem Bau eines Endlagers für hochradioaktiven Abfall in Finnland beschäftigt.
Hot crack assessment during production and processing of metallic materials is an essential prerequisite for the safety of welded structures. The hot cracking investigations presented here were carried out as part of a study aimed at the development of Cr/Ni low transformation temperature filler materials. Low transformation temperature alloys open up the possibility for welding high strength steels. The externally loaded Modified Varestraint Transvarestraint hot cracking test was employed in the experiments described. The hot cracking resistance was evaluated with the help of light microscopy applied at the specimen surface. The proportionality between hot cracking susceptibility and Cr/Ni alloy content was explained by the altered solidification kinetics and by the enlarged solidification interval. The internal crack paths and the three-dimensional structure of the crack net in the material volume were examined using X-ray computer tomography. The total crack lengths for different material depths and circumjacent rectangular volumes, respectively, were be determined. An increasing hot cracking susceptibility with increasing Cr/Ni alloy content was also be established for the specimen volume.
An algorithm has been developed to remove reliably dotted interferences impairing the perceptibility of objects within a radiographic image. This particularly is a major challenge encountered with neutron radiographs collected at the NECTAR facility, Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II): the resulting images are dominated by features resembling a snow flurry. These artefacts are caused by scattered neutrons, gamma radiation, cosmic radiation, etc. all hitting the detector CCD directly in spite of a sophisticated shielding. This makes such images rather useless for further direct evaluations.
One approach to resolve this problem of these random effects would be to collect a vast number of single images, to combine them appropriately and to process them with common image filtering procedures. However, it has been shown that, e.g. median filtering, depending on the kernel size in the plane and/or the number of single shots to be combined, is either insufficient or tends to blur sharp lined structures. This inevitably makes a visually controlled processing image by image unavoidable. Particularly in tomographic studies, it would be by far too tedious to treat each single projection by this way. Alternatively, it would be not only more comfortable but also in many cases the only reasonable approach to filter a stack of images in a batch procedure to get rid of the disturbing interferences.
The algorithm presented here meets all these requirements. It reliably frees the images from the snowy pattern described above without the loss of fine structures and without a general blurring of the image. It consists of an iterative, within a batch procedure parameter free filtering algorithm aiming to eliminate the often complex interfering artefacts while leaving the original information untouched as far as possible.
The effective high neutron scattering absorption coefficient of hydrogen (48.5 cm²/g) due to the scattering allows neutrons to reveal hydrocarbon structures with more contrast than X-rays, but at the same time limits the sample size and thickness that can be investigated. Many planar shaped objects, particularly wood samples, are sufficiently thin to allow thermal neutrons to transmit through the sample in a direction perpendicular to the planar face but not in a parallel direction, due to increased thickness. Often, this is an obstacle that prevents some tomographic reconstruction algorithms from obtaining desired results because of inadequate information or presence of distracting artifacts due to missing projections. This can be true for samples such as the distribution of glue in glulam (boards of wooden layers glued together), or the course of partially visible annual rings in trees where the features of interest are parallel to the planar surface of the sample. However, it should be possible to study these features by rotating the specimen within a limited angular range. In principle, this approach has been shown previously in a study with fast neutrons [2]. A study of this kind was performed at the Antares facility of FRM II in Garching with a 2.6×107/cm² s thermal neutron beam. The limit of penetration was determined for a wooden step wedge carved from a 2 cm×4 cm block of wood in comparison to other materials such as heavy metals and Lucite as specimens rich in hydrogen. The depth of the steps was 1 cm, the height 0.5 cm. The annual ring structures were clearly detectable up to 2 cm thickness. Wooden specimens, i.e. shivers, from a sunken old ship have been subjected to tomography. Not visible from the outside, clear radial structures have been found that are typical for certain kinds of wood. This insight was impaired in a case where the specimen had been soaked with ethylene glycol. In another large sample study, a planar board made of glulam has been studied to show the glued layers. This study shows not only the limits of penetration in wood but also demonstrates access to structures perpendicular to the surface in larger planar objects by tomography with fast neutrons, even with incomplete sets of projection data that covers an angular range of only 90° or even 60°.
The presently active standards on Computed Radiography (CR) need a major revision. It was observed by many users that the image quality for class B of EN 14784-2 is not achievable under the same exposure conditions as used for film exposure. A mathematical model was developed and tested, which allows the calculation of the image quality, proven by image quality indicators (IQI), depending on the fixed pattern noise and the efficiency of the used imaging plate (IP) scanner system. All tested IP scanner systems provide a fixed correlation between the measured signal/noise ratio (SNR) and the grey values in the digital images. The maximum achievable SNRmax depends on the fixed pattern noise of the plate (high dose limit). Depending on the exposure dose an optimum visibility of IQIs can be predicted by calculation and measured considering the attenuation coefficient for calculation of the contrast/noise ratio (CNR). The diameter of the just visible wire is proportional to 1/sqrt(CNR). The optimum tube voltage for best visibility of IQIs and maximum CNR depend on the exposure dose. The optimum tube voltage for best visibility is achieved only at exposures with high dose. A dose dependant optimal tube voltage was not observed for film radiography.