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Organisationseinheit der BAM
In der Filmradiografie kann durch den Einsatz von Metallfolien und Metallfolienkombinationen der Bildkontrast verbessert werden. Die Mechanismen zur Erzeugung der latenten Röntgenbilder und deren Sichtbarmachung für das menschliche Auge sind in Speicherfolien nicht mit denen in einem Röntgenfilm identisch. Demzufolge lassen sich die in den Normen zur Filmradiografie veröffentlichten Empfehlungen zum Einsatz von Metallfolien und zur Auswahl der Röhrenspannung nicht unmittelbar auf die Computer-Radiografie zur Schweißnahtprüfung übertragen. Die Qualität digitaler Röntgenbilder wird von der Bildunschärfe und dem Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis (CNR) bestimmt. Während die Norm EN 14784-1 handhabbare Verfahren zur Bestimmung der inneren Unschärfe und des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses (SNR) beschreibt, sind die in EN 14784-2 vorgegebenen Vorgehensweisen zur Kontrastverbesserung durch die Vorgaben zur geeigneten Röhrenspannung und Metallfoliendicke für die Schweißnahtprüfung nicht ausreichend dargelegt. Um die Parameter zur Verbesserung der Bildqualität von CR-Systemen für den Fall der radiografischen Durchstrahlungsprüfung von Schweißnähten zu optimieren, wurden systematische Untersuchungen zum Einfluss eines Kupfer-Vorfilters, von Bleifolien-Speicherfolien-Kombinationen und der Röhrenspannung auf den Bildkontrast von Stahlstufenaufnahmen durchgeführt. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurden Empfehlungen zum Einsatz der Metallfilter und -folienkombinationen sowie zur Auswahl geeigneter Röhrengrenzspannungen für die Speicherfolientechnik zur Optimierung der Durchstrahlungsprüfung von Schweißnähten abgeleitet.
Time of Flight Diffraction-Technik (ToFD) mit THz-Strahlung zur Untersuchung von Kunststoffobjekten
(2010)
Als Terahertz-Strahlung bezeichnet man eine elektromagnetische Strahlung im
Frequenzbereich zwischen 0.3 und 6 THz. Sie ist zwischen der Mikrowellen- und der Infrarotstrahlung
eingeordnet und steht erst seit einigen wenigen Jahren infolge der Entwicklung von effizienten
THz-Systemen für Untersuchungen im Labormaßstab zur Verfügung. Weit verbreitet ist
heutzutage die THz-Spektroskopie (Time-Domain Spectroscopy, TDS) und THz Bildgebung
(THz-Imaging). Die THz-Strahlung hat wesentliche Vorteile für die Materialuntersuchung und -
charakterisierung. Sie ist nicht ionisierend und verfügt über eine vergleichsweise große Eindringtiefe
bei vielen nichtleitenden optisch opaquen Materialien. Verpackungsmaterialen wie z.B. Papier,
Kunststoffe, Keramiken und am menschlichen Körper getragene Kleidungsstücke erscheinen
im Wellenlängenbereich der THz Strahlung transparent. Unterschiedliche Materialien, wie z.B.
Sprengstoffe oder Drogen zeigen im THz-Spektrum infolge kollektiver molekularer Anregungsmechanismen
im Material charakteristische Absorptionsbereiche, die als 'Fingerprints' in der
Pharmazie oder bei der Kriminalitätsbekämpfung zu deren Identifizierung verwendet werden.
Beim THz-Imaging wird die Probe z.B. mit Hilfe eines fokussierten THz-Strahls berührungslos
abgetastet, um Reflexions- oder Transmissionseigenschaften (Amplitude, Zeitverzögerung, spektrale
Information) ortsaufgelöst zweidimensional zu detektieren. Sowohl das THz-Imaging als
auch die THz-Spektroskopie weisen ein hohes Anwendungspotential für die berührungslose zerstörungsfreie
Werkstoffprüfung von Kunststoffen, Glasfaser-Verbundstoffen oder Keramiken auf.
Die ortsaufgelöste Messung der Feuchte in einem Bauteil, der Nachweis von Defekten oder von
Einschlüssen im Probeninneren oder die Delaminationsvorgänge in Verbundwerkstoffen sind
beispielgebend genannte Anwendungsmöglichkeiten. Die Auflösung lag dabei, bedingt durch die
Wellenlänge der THz-Strahlung, im Millimeter-Bereich und ist somit vergleichbar mit der typischen
Wellenlänge bei Ultraschalluntersuchungen. Die BAM verfügt über ein glasfasergekoppeltes
Picometrix T-Ray 2000 System, mit dem durch die Integration eines Mehrkreisgoniometers
der THz-Sender, THz-Detektor und der Probenkörper beliebig und unabhängig voneinander positioniert
werden können.
Bei getrennter V-förmige Reflexanordnung der Sende- und Empfangsantenne (z. B. 45º) in Bezug
zur Oberflächennormale des Prüfgegenstandes können z.B. Risse, Bohrungen oder Kerben, die
sich im Inneren des beleuchteten Probenvolumens befinden, nachgewiesen werden, weil die
eingelagerten Inhomogenitäten sowohl eine zusätzlich Reflexion als auch eine Beugung des THz
Pulses verursachen. Charakteristisches Merkmal von TOFD (Beugungslaufzeitmethode) ist die
Nutzung der von den Fehlerrändern verursachten (schwachen) Beugungssignale zur Bildgebung.
Damit bietet TOFD in Analogie zum gleichnamigen Ultraschallprüfverfahren generell nicht nur
die Möglichkeit zum Fehlernachweis, sondern vor allem auch die der Fehlergrößenbestimmung
und Fehlerlage. Der Beitrag zeigt, wie mit Hilfe der Time of Flight - Diffractions - Technik künstlich
in Kunststoffkörper eingebrachte Fehlstellen berührungslos nachgewiesen und deren laterale
Ausdehnungen bestimmt werden können.
A time domain spectrometer in the range of 0.5–2 THz was used for time of flight (ToF) measurements of THz pulses for imperfection detection in non metallic materials. The measurements were performed in comparison to the established ultra sound pulse echo (PE) and time of flight diffraction (ToFD) technique. No coupling agent and no contact to the surface is required for THz ToFD measurements. Plastic test specimen with notches, voids and drilled side holes were used to study reflected and diffracted response signals. No major differences were observed between the UT and THz ToFD records for the first surface of the notches, voids and holes. Additionally to the UT records also signals were obtained from its back side and a second raw of holes. The THz measurement is fast and has the potential to substitute UT applications in some industrial areas. Within the German project 'Handheld' the potential for miniaturization of the time domain equipment is explored for efficient application.
Up to now THz-TDS-systems aren’t considered to be nondestructive testing facilities for large scale industrial applications, despite it was proven that they provide a comprehensive set of quality parameters. A practical approach to bring THz-TDS in addition to already existing testing systems into the industrial mainstream is systematic development of future test procedures and test facilities for dielectrics. For this purpose polyeth-ylene test specimen with introduced artefacts were designed, to evaluate the detection sensitivity of Time of Flight measurements based on dielectrics. SAFT reconstructed tomograms are presented which visualize the sizes and location of artificially introduced flaws.
Mit dem Einsatz von Terahertz-Wellen eröffnen sich gegenüber Röntgenstrahlung neuartige Möglichkeiten der Radiologie. Von der dielektrischen Materialcharakterisierung nicht metallischer Werkstoffe bis zur Detektion des Innenlebens von unkonventionellen Spreng- und Brandvorrichtungen (USBV) wird ein großes Anwendungsspektrum für die bildgebende zerstörungsfreie Prüfung abgedeckt. Die physiologische Unbedenklichkeit der Strahlung favorisiert sie auch für Personenkontrollen an Flughäfen. Das Prinzip eines modernen zeitauflösenden Terahertz-Spektrometers mit einer Ortsauflösung bis 0,3mm und einem Frequenzbereich von 0,1 bis 2,2THz wird erläutert sowie die Wechselwirkung mit Materie. Die Besonderheiten von THz-Topogrammen werden am Beispiel einer Briefbombenattrappe mit Röntgen-Radiogrammen verglichen.
Elektromagnetische Wellen von 0.3 bis 6 Terahertz (THz) werden als
THz-Strahlung bezeichnet. Im elektromagnetischen Spektrum sind sie zwischen
Mikro-/Millimeterwellen und Infrarot angesiedelt. Der nicht ionisierende Charakter
und die Möglichkeit, Verpackungsmaterialen sowie Kleidung zu durchstrahlen, machen
die THz-Strahlung für bildgebende- und spektroskopische Anwendungen sehr
interessant. Besondere Aufmerksamkeit gilt der Zeitaufgelösten Terahertz-
Spektroskopie (THz-TDS) im Sicherheitssektor. Feste Spreng- und Gefahrenstoffe
sind vielfach bezüglich ihrer Transmissions- und Reflexionseigenschaften untersucht
worden, um sie anhand ihrer Fingerprints zu identifizieren. Moderne mit Glasfaser
ausgerüstete THz-TD-Spektrometer zeichnen sich im Vergleich zu konventionellen
Freistrahlgeräten durch höhere Flexibilität aus. In Zukunft werden diese auch als
Handheld-Geräte entwickelt, um eine Nutzung außerhalb des Laboratoriums zu
ermöglichen. Das glasfasergekoppelte Picometrix T-ray 2000 System der BAM
wurde in ein Zwei-Kreis Goniometer integriert. Probe und Detektor können unabhängig
voneinander bewegt werden. Eine schnelle Überführung der Transmissionsin
die Reflexionsanordnung und umgekehrt, ist möglich. Seit der Verwendung flüssiger
Brand- und Gefahrstoffe bei terroristischen Anschlägen ist das Interesse an der
Identifizierung im Sicherheitsbereich zunehmend gewachsen. Um zu überprüfen, ob
die THz-TDS für die spektrale Charakterisierung von Flüssigkeiten eingesetzt werden
kann, wurden Transmissions- und Reflexionseigenschaften repräsentativer Flüssigkeiten
und Flüssigkeitsgemische bestimmt. Polare Flüssigkeiten sind starke Absorber
im THz-Bereich. Ab einer Flüssigkeitsschichtdicke von ca. 1mm ist mit dem
THz-Spektrometer T-ray 2000 kein Signal stark polarer Flüssigkeiten mehr
detektierbar. Der Einsatz einer Messzelle mit variabler Schichtdicke (50 - 1000 .m)
war für die Bestimmung der Transmissionseigenschaften polarer Flüssigkeiten notwendig.
Anhand von Transmissions- und Reflexionsuntersuchungen an polaren sowie
unpolaren Flüssigkeiten werden die Möglichkeiten der THz-TDS zur berührungslosen
Identifizierung von Flüssigkeiten aufgezeigt.
Flüssige Gefahr- und Brennstoffe sowie explosive Flüssigkeiten werden mittels zeitaufgelöster Terahertz-Spektroskopie (THZ-TDS) in Analogie zu den in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung verwendeten Strategien untersucht. Verschiedene polare Flüssigkeiten (Alkohole, Aceton, Wasserstoffperoxid, Nitromethan), unpolare Flugzeug- und Kraftfahrzeugkraftstoffe sowie organische Lösungsmittel werden in der praxisrelevanten Reflexionsgeometrie berührungs- und zerstörungsfrei im Zeitbereich charakterisiert. Die Absorptions- und Brechungsindizes einer repräsentativen Auswahl von Flüssigkeiten wurden im Frequenzbereich zwischen 0.1 THz und 1.1 THz unter Verwendung der Transmissionsanordnung spektral ermittelt. Die Messkonfiguration wird für stark und schwach absorbierende Flüssigkeiten jeweils angepasst.
A time domain spectrometer T-ray 2000® operating in the range of 0.2-2 THz was used for Time of Flight measurements. A series of ethanol water mixtures from 10% to 90% were produced subsequently filled in polystyrene cells and analyzed in the T-ray 2000 TDS system in the reflection mode. The reflectivity of the material liquid interface is strongly influenced by the ethanol concentration in water. The reciprocal reflection coefficient of the material liquid interface was found to be a useful discriminating feature for further Probably of Detection calculations which can be used for the performance evaluation of potential THz bottle scanners. THz pulse echo (PE) measurements were performed in comparison to the established ultra sound PE technique for flaw detection of plastics. Synthetic aperture reconstructions were applied for simulated data to reconstruct the flaw shape. The results were compared with B-scan images of a high density polyethylene (HDPE) test cylinder. Existing restrictions on the quality of the back projected images and limits of the existing model are discussed in detail.
Radiography is a helpful method to identify the inherent structure of unexploded ordnances (UXOs). Portable Computed Radiography (CR) systems on the basis of phosphor imaging plates , have attracted attention for NDT-applications during the last few years. A portable IP system ACR 2000 has been tested for X-ray inspection of UXO's in the field. Digitised radiographs are presented to explain the needs and demands for a reliable characterisation of UXO's. Computed radiographs of UXOs are compared with film radiographs exposed in the same way, to evaluate the reliability and to identify advantages and disadvantages of the CR system for UXO inspection. Film based and CR systems provide sufficient information for identification of chemical warfare agents in UXO's, which is an essential problem for explosive ordnance disposal. The advantages and the potential of the portable CR system is discussed on the basis of experiences gathered during different field trails.
Different girth welds of tube sections have been inspected by elliptical projection technique
according to the EN 1435. The radiographic images were taken by using both film
radiography and computed radiography. The purpose of this study was to compare a C3
(AGFA D4) film system and a Duerr HDCR 35 NDT / HR IP imaging plate system with
respect to the exposure time, image quality and the detection of fine weld imperfections. The
results indicate to a dominant influence of the lead screens on the image contrast sensitivity if
doing the inspection according to the EN 14748 -2 for imaging plate exposures. New screen
combinations had been applied to make a computed radiograph of a testing class B quality
possible.
Imaging Capability of Terahertz and Millimeter-Wave Instrumentations for NDT of Polymer Materials
(2006)
Computed Radiography exposure experiments on welded plate sections
were performed to demonstrate that the requirements for pressure vessels weld
inspection according to EN1435 or EN14784-2 class B can be achieved. The
representative comparative studies of the image qualities were performed with
standardized image quality indicators and image evaluation procedures on both film
and digital radiographs. Recommendations for weld inspections with CR systems
are drawn from the results. It is demonstrated that present CR systems can be used
for weld inspection and produce images with testing class B if the selected X-ray
tube voltage is reduced compared with the max. voltage of EN 14784-2 and set
equivalent to maximum X-ray voltage values for steel as defined in the radioscopic
standard EN 13068-3. The work was part of the European 'Filmfree' Project
promoted during the 6th framework.
We present a handheld fiber-coupled terahertz spectrometer operating at a center wavelength of 1550 nm. The key elements are a fs-fiber laser, a fiber stretcher delay line and fiber-coupled antennas, which contain novel InAlAs-InGaAs multi layer chips. First experimental data obtained with this system demonstrates its great potential and robustness. In addition, we investigate different hazardous and harmless liquids in reflection geometry. These experiments show that liquids are in principle distinguishable by terahertz spectroscopy. Finally, first steps towards an algorithm that allows for an extraction of the liquids dielectric properties are discussed. The algorithm works for the analysis of reflection data even if the liquid is located inside a container.
Die radiografische Bildqualität in ihrer klassischen Definition hängt von Kontrast, Rauschen und Unschärfe ab. Diese Parameter werden normalerweise mit Bildgüteprüfkörpern (BPK) bestimmt. Die Streustrahlung reduziert im Allgemeinen immer die Bildqualität in der Radiografie. Verschiedene Einflussgrößen werden unter Berücksichtigung von Techniken, wie Film-Radiografie, Computer-Radiografie mit Speicherfolien und digitale Radiographie mit Matrixdetektoren, analysiert. In Lehrbüchern und Standards werden das Streuverhältnis k und verschiedene Kontraste definiert. Für digitale Medien werden zusätzliche Parameter wie das Signal-Rausch-Verhältnis SNR und das Kontrast-Rausch-Verhältnis CNR eingeführt. In diesem Zusammenhang wird der Einfluss der Streustrahlung aus dem Messobjekt und dem Detektor bestehend aus Kassette bzw. Gehäuse und sensitiver Detektorschicht auf die Bildqualität ermittelt. Die numerische Modellierung wird eingesetzt, um die Streustrahlung und die Primärstrahlung aus dem Objekt separat zu bestimmen. Die Streustrahlung aus dem Objekt und Detektor erzeugen eine Abbildung des Objektes, die dem Primärstrahlungsbild überlagert ist, wobei das Streubild eine höhere Unschärfe aufweist. Dieser Effekt hängt von der Fehlergröße, dem Abstand zwischen Detektor und Objekt und der Zwischenfilterung ab.
Einfluss von Metall-Speicherfolien-Kombinationen auf die Bildqualität in der Computer-Radiographie
(2008)
Bei der Normgestaltung für Speicherfolien sind die Auswirkungen von Metallfolien und Metallfolienkombinationen auf die Bildqualität von Speicher-folienaufnahmen nicht ausreichend berücksichtigt worden. Es ist bekannt, dass bei Film - Metallfolien - Kombinationen zusätzlich zur Änderung der optischen Dichte und der Filmgranularität auch Änderungen der inneren Unschärfe durch den seitli-chen Energietransport in der Film Metallfolien - Kombination entstehen, welche überwiegend durch ausgelöste Elektronen und zum Teil durch sekundäre Strahlung hervorgerufen werden. Gleichzeitig dienen die Metallfolien bei Röntgenaufnahmen mit Film als Streustrahlfilter und können zur Verbesserung des Bildkontrastes bei-tragen. Die Mechanismen zur Erzeugung des virtuellen Röntgenbildes und dessen Visualisierung sind in Speicherfolien nicht mit denen in einem Röntgenfilm iden-tisch. Demzufolge können die in den Normen festgelegten Vorschriften zum Einsatz von Metallfolien in der Filmradiographie nicht auf Speicherfolien uneingeschränkt übertragen werden. Anhand der hier erzielten Ergebnisse lassen sich Empfehlungen zum zukünftigen Einsatz der Metallfilter und -folienkombinationen für die Speicher-folientechnik zur Verbesserung der Bildgüte ableiten.
Speicherfoliensysteme werden seit den 80-iger Jahren in der Röntgendiagnostik
eingesetzt. Die technische Modifizierung der anfänglich im medizinischen Bereich
genutzten Speicherfoliensysteme ermöglichte die Einführung der Computer-Radiographie
(CR) in die Digitale Industrielle Röntgenprüfung mit dem Ziel des Filmersatzes. Die Speicherfolien
detektieren im Vergleich zum Röntgenfilm einen wesentlich größeren
Dosisbereich. Die daraus resultierende Dynamik befähigt die Speicherfoliensysteme zur
Abbildung eines großen Objektumfanges und verringert zugleich das Risiko einer Fehlbelichtung.
Vor allem die Möglichkeit, unmittelbar nach dem Belichten das virtuell im Speicherleuchtstoff
gespeicherte Durchstrahlungsbild auszulesen, in digitalisierter Form im PC
zu speichern und auf dem Bildschirm betrachten zu können, verdeutlicht die Vorteile von
CR Systemen beim Gebrauch in der Durchstrahlungsprüfung. Eine vollständige Ablösung
des Röntgenfilmes durch digitale Techniken ist jedoch erst dann zu erwarten, wenn es gelingt,
eine Bildqualität zu erreichen, die besser oder gleichwertig zu der vom jeweiligen
Röntgenfilmsystem geforderten ist. Mit diesem Ziel hat in den letzten Jahren eine technische
Weiterentwicklung von CR Systemen für den industriellen Einsatz stattgefunden. Im
gleichen Zeitraum wurden mehrere Standards zur Bewertung von CR Systemen und zu
deren richtigen Gebrauch in der Durchstrahlungsprüfung entwickelt.
Heutzutage ist die Herstellung von Durchstrahlungsbildern mit einer entsprechend gewünschten
Bildgüte sichergestellt, was in den letzten Jahren zum verstärkten Einsatz von
CR Systemen in der Durchstrahlungsprüfung führte.
Im Rahmen einer von der EU finanzierten Studie (Filmfree) wurden anfänglich systematische
Untersuchungen zu den Einsatzmöglichkeiten und grenzen von CR Systemen für die
Durchstrahlungsprüfung von aluminothermischen Schweißnähten in Schienen durchgeführt.
Anhand der Ergebnisse ließen sich optimale Bedingungen und Strategien für die Durchstrahlungsprüfung
von Schienen ableiten, die anschließend im vor Ort Einsatz auf der
Teststrecke der Deutschen Bahn verifiziert wurden.
Im vorgestellten Beitrag werden die Vorteile des Einsatzes von CR Systemen bei der
Durchstrahlungsprüfung von aluminothermischen Schweißnahtverbindungen dargestellt
und deren Verwendung unter realen Verkehrsbedingungen im Schienenverkehr beschrieben.
Es wird gezeigt, wie unter den bestehenden Fahrbetriebsbedingungen die Durchstrahlungsprüfung
von Schweißungen in verlegten Schienen umgesetzt werden kann.
Computed THz - tomography
(2012)
Available THz Time Domain Spectroscopy (THz-TDS) systems can be applied in a pulse echo mode for
tomographic application. In contrast to common transmission methods, a TDS reflection geometry was used to
inspect cylindrical polyethylene samples with internal voids of known shape. The geometry of the voids was
simulated and its shape was reconstructed. B-scan pulse echo images were acquired in the time domain, similar
to UT pulse echo techniques on basis of the numeric model. The results were used to verify the simulation model
and the reconstruction algorithm, based on a modified Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT). The
model was used to conclude recommendations on an optimized measurement setup in the reflection mode. Based
on that, the quality of the reconstructed tomograms was improved.
Developments for technologies were initiated by the European Commission to improve future response capabilities
and strategies to prevent terrorist attacks, to reduce the vulnerability to terrorism and to minimize the extent of damage from
terrorist attacks. CBRN civil protection faces a growing significance in this concept and modern detectors and detection
systems play the key role for a future reliable functioning that counters terrorism in Europe. The European Union is
supporting the project CREATIF which is dedicated to provide a communication platform for technology users and decision
makers, providers, and testers. First ideas were designed, strategies developed, preconditions and rules were named for a
future internationally recognized certification system. A concept for a future European Certification System for CBRNE
Sensor Systems and Devices and Processes has been developed, which is described in more detail.