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The new standard ‘ISO 17636-2:2013: Non-destructive testing of welds — Radiographic testing — Part 2: X- and gamma-ray techniques with digital detectors’, defines the practice for radiographic inspection of welded pipes for manufacturing and in-service inspection. It is applied in Europe for inspections of pipe welds in nuclear power plants as well as in chemical plants and allows a faster inspection with digital detector arrays (DDA) than with film. Nevertheless, it does not allow the evaluation of the depth and shape of volumetric and planar indications. In 2001 a planar tomography scanner, TomoCAR, was introduced for mechanized radiographic testing (RT) inspection and non-destructive measurement of cross sections. The project TomoWELD is based on a new concept of the scan geometry, an enhanced GPU based reconstruction, and the application of a new generation of photon counting DDAs based on CdTe crystal CMOS hybrids. The new detector permits the selection of energy thresholds to obtain an optimum energy range and reduction of the influence of scattered radiation. The concept and first measurements are presented. Flaw depth and shape of volumetric and planar irregularities can be determined.
The literature has shown that the application of laminography provides advantages as 3D radiographic imaging with depth information for in house and mobile testing. This permits to distinguish between overlapping indications, measure the extension along radiation direction and classify indications as surface open or subsurface
ones as required in critical engineering assessment. This work provides a comparative study and measurements of the three techniques Digital Radiography (DR) with Digital Detector Arrays (DDA), Coplanar Translational Laminography (CTL) and Computed Tomography (CT), applied for composite pipeline inspection. It is demonstrated that CTL and CT provide advantages for the evaluation of pipe-to-pipe connections and the evaluation of adhesive applications. They show indications of discontinuities with higher contrast sensitivity than radiography.
Beyond it, two specimen, namely Phantom 1 and Phantom 2, were developed and manufactured by additive manufacturing to analyze the preferential detection sensitivity and the direction of features and depth information for laminographic measurements. Another goal was to show the laminographic capabilities to distinguish between overlapping discontinuities. CTL is especially suitable for mobile inspection. Special glass fiber reinforced polymer samples (GRP) were manufactured for further analysis and comparisons between the abovementioned techniques. Finally, Phantoms 1 and 2 show the capability of laminography to detect overlapping indications and also show that discontinuities oriented perpendicular to the scan direction have the highest contrast sensitivity for laminographic measurements.
Digital radiographic images were analysed to predict the visibility of image quality indicators (IQI), based on normalized noise power spectra (NNPP) and modulation transfer function (MTF) measurements. The fixed pattern noise of some digital detectors result in different noise spectra, which influence the visibility of different IQIs, depending on the hole diameter. Studies, based on measurement of basic spatial resolution and contrast to noise ratio were performed together with presampled MTF measurements and the NNPS in dependence on the spatial frequency. Plate hole IQIs, step hole IQIs, and equivalent penetrameter sensitivity (EPS) IQIs based on ASTM E 746 were measured to verify the influence of the different parameters. Modelling of digital images was used to verify the applied numeric tools. A study has been performed for imaging plates and digital detector arrays to analyse differences. Formulas for the prediction of the visibility functions for hole type IQIs are derived. In consequence the standards for characterization and classification of computed radiography (ASTM E 2446) and radiography with DDAs (ASTM E 2597) need to be revised.
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.
Trial Design for Testing and Evaluation of Metal Detectors Used in Humanitarian Landmine Clearance
(2006)
Tomographie 3D-Radiometry for the Visualisation and Measurement of the Defects of Girth Seams
(2006)
Tomographic visualization, inspection and control of thick pipe walls by restricted X-ray data
(2004)
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.
Threat detection and imaging
(2007)
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.
Technische Radiographie
(2007)
Tri-structural Isotropic (TRISO)-coated particle is the fission energy source and the first safety barrier in high temperature gas-cooled reactors (HTGRs). The integrity of TRISO particle should be carefully tested before operation because the shape may affect the failure possibility of the particles, leading to increased risk of fission product release. Due to the large difference in density between the kernel and the coating layers in TRISO particles, traditional X-ray radiography cannot achieve a good image quality in terms of identifying coating layers reliably, while phase-contrast CThas the advantageof being sensitive to boundaries. This paperpresents a non-destructive test and evaluation (NDT&E) method to facilitate 3-dimensional (3D) measurement of a TRISO particle's structure, using a synchrotron phase-contrast CT. After reconstructed, the TRISO particle was rendered in a 3D space and the thickness and asphericity of the TRISO particle's layers were measured. It was found that the thickness of coating layers of the tested particle obeys Gaussian distribution. The deviation of thicknesses of the kernel and the other four layers is −2.42%, −16.32%, 26.51%, 0.98% and 7.49% compared with the design parameters. The deviation of asphericity of the kernel, IPyC and OPyC layers is −11.51%, −0.41% and 3.39%, respectively. The effect of the deviations on the temperature distribution and failure probability calculation of the particle will be investigated in the future.
Die radiologische Untersuchung von Holz ist hinsichtlich der Durchführung
und Auswertung komplex. Im Gegensatz zu künstlich hergestellten Materialien zeichnet
sich Holz besonders durch seine Heterogenität und Individualität aus, kein Stück ist wie das
andere. Dies erschwert bei der radiologischen Inspektion die Fehlerdetektion, da diese teilweise
schwer von natürlichen Wachstumsmerkmalen zu unterscheiden sind. Insektenfraßgänge
und Hohlräume durch biologischen Abbau sind deutlich erkennbar, schwieriger
wird es bei feinen Rissen und Anzeichen für Fäulnis. Metallische Einbauten wie Nägel und
Bolzen sind natürlich gut zu erkennen, großflächigere Platten können jedoch den Einblick
in die benachbarten Gebiete versperren. Klebstoffschichten sind im Röntgenbild nur dann
sichtbar, wenn sie exakt parallel zum Strahlengang getroffen werden. Verschiedene
Strukturmerkmale treten also radiologisch recht unterschiedlich in Erscheinung, deshalb
liegt es nahe, zu deren Erkennung mehr als nur eine Durchstrahlungstechnologie
anzuwenden. Während bei immobilen Objekten, d.h. Bauwerken und Bäumen, mobile
Durchstrahlungstechniken mit Röntgen- oder Gammastrahlen (Se-75) in Frage kommen,
stehen im Labor auch (schnelle) Neutronen alternativ zur Verfügung. Die verschiedenen
Techniken, einschließlich der Tomographie mit Neutronen, werden an zwei größeren Prüfteilen
demonstriert, einer Brettschichtholzprobe und einem Knotenpunkt aus einer Holzbrücke
mit eingebauter Stahlplatte. Neutronen lassen Materialunterschiede differenzierter hervortreten
und durchdringen sperrige Metallteile besser, trotz verringerter Bildqualität. An
Verbesserungen wird derzeit gearbeitet.
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.
Within the framework of the European project PICASSO, the radiographic simulator aRTist (analytical Radiographic Testing inspection simulation tool) developed by BAM has been extended for reliability assessment of film and digital radiography. NDT of safety relevant components of aerospace industry requires the proof of probability of detection (POD) of the inspection. Modeling tools can reduce the expense of such extended, time consuming NDT trials, if the result of simulation fits to the experiment. Our analytic simulation tool consists of three modules for the description of the radiation source, the interaction of radiation with test pieces and flaws, and the detection process with special focus on film and digital industrial radiography. It features high processing speed with near–interactive frame rates and a high level of realism. A concept has been developed as well as a software extension for reliability investigations, completed by a user interface for planning automatic simulations with varying parameters and defects. Furthermore, an automatic image analysis procedure is included to evaluate the defect visibility. The radiographic modeling from 3D CAD of aero engine components and quality test samples are compared as a precondition for real trials. This enables the evaluation and optimization of film replacement for application of modern digital equipment for economical NDT and defined POD.
X-ray computed tomography (CT) is a volumetric (3D) Imaging diagnostic method, well established in the medical field, and in industrial NDE as well. Developments in industrial CT aim to extent the applicability to complex structures, which do not allow the access of all directions. This are e.g. limited view, data and angle CT applications. New reconstruction algorithms are required on one
side, and the accuracy has to be improved on the other side. Numerical Simulation can support such developments by providing well defined data sets for the testing of reconstruction algorithms. This approach of virtual CT is realized within the radiographic simulator aRTist, developed by BAM. The poster shows the possibilities of this tool to consider complex scan paths. Simulated data sets have been reconstructed by an versatile backprojection algorithm.
X-ray scatter imaging is a well-established NDT technique to inspect complex objects using only a single-sided access. We present a specially designed multi-slit scatter camera consisting of several twisted slits which are parallelly arranged in a metal block. The camera projects one image per slit to the digital detector array, where the images are overlaying each other. The aperture is corrected based on a de-convolution algorithm to focus the overlaying projections into a single representation of the object. To achieve high scatter intensities from an object, it is necessary to optimize the parameters of the scatter system by simulation.
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.
When pushed to the limits of their detection capability, NDE systems do not produce consistent hit/miss
indications. Their capability of detecting small defects is therefore expressed in terms of POD. An adequate
NDE system is required to ensure the structural integrity. In conventional signal response analysis, the POD is
expressed as a function of the defect size, and its adequacy for the inspection task is tested against the maximum
allowable defect size which will not undermine the structural integrity. Analyses of modern structures show that
other parameters, beside the defect size, can both significantly influence the POD and determine the severity of
the defect for the structure. Within the multi-parameter reliability analysis, the POD is expressed as a function of
those influencing parameters. When determining the adequacy of the NDE system, the capability of detecting a
defect has to be expressed and tested against the critical value of exactly that parameter that determines defects
severity for the structure. Failing to do so can lead to a rejection of the healthy, or acceptance of the bad part.
The principle is demonstrated on the example of the Transmit-Receive Longitudinal (TRL) ultrasonic inspection
of the iron cast component for semi-elliptical surface defects.