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- X-ray computed tomography (1)
Organisationseinheit der BAM
Photon counting detectors (PCD) offer new possibilities for x-ray micro computed tomography (CT) in the field of non-destructive testing. For large and/or dense objects with high atomic numbers the problem of scattered radiation and beam hardening severely influences the image quality. This work shows that using an energy discriminating PCD based on CdTe allows to address these problems by intrinsically reducing both the influence of scattering and beam hardening.
Based on 2D-radiographic measurements it is shown that by energy thresholding the influence of scattered radiation can be reduced by up to in case of a PCD compared to a conventional energy-integrating detector (EID).
To demonstrate the capabilities of a PCD in reducing beam hardening, cupping artefacts are analyzed quantitatively. The PCD results show that the higher the energy threshold is set, the lower the cupping effect emerges. But since numerous beam hardening correction algorithms exist, the results of the PCD are compared to EID results corrected by common techniques. Nevertheless, the highest energy thresholds yield lower cupping artefacts than any of the applied correction algorithms.
As an example of a potential industrial CT application, a turbine blade is investigated by CT. The inner structure of the turbine blade allows for comparing the image quality between PCD and EID in terms of absolute contrast, as well as normalized signal-to-noise and contrast-to-noise ratio. Where the absolute contrast can be improved by raising the energy thresholds of the PCD, it is found that due to lower statistics the normalized contrast-to-noise-ratio could not be improved compared to the EID. These results might change to the contrary when discarding pre-filtering of the x-ray spectra and thus allowing more low-energy photons to reach the detectors.
Despite still being in the early phase in technological progress, PCDs already allow to improve CT image quality compared to conventional detectors in terms of scatter and beam hardening reduction.
Lichtbogenbasierte Schweißverfahren wie das Metallschutzgasschweißen (MSG) zählen zu den Standardverfahren der Fügetechnik und werden in vielen Industriebereichen automatisiert unter Verwendung von Industrierobotern eingesetzt. Dabei können Schweißnahtabweichungen auftreten, die aus Änderungen der Prozessrandbedingungen und der hohen Prozessdynamik resultieren. Hier ist die Kontrolle von Schmelzbad- und Schweißnahtgeometrie für die Sicherung der Nahtqualität bedeutsam. Durch den Einsatz optischer Sensorsysteme können mit hoher zeitlicher Auflösung in-situ Informationen des Prozesszustands ermittelt werden. Dabei stellen die rauen Prozessbedingungen und die hohe Strahlungsintensität des Lichtbogens eine Herausforderung für die optischen Komponenten dar. Forschungsarbeiten am Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik der RWTH Aachen haben gezeigt, dass durch den Einsatz einer HDR-Kamera in Kombination mit einer strukturierten Laserbelichtung gezielt geometrische Informationen des Lichtbogens und des Schmelzbads aus den Prozessaufnahmen gewonnen werden können. In dieser Arbeit wird eine parallele Schweißnaht- und Schmelzbadbeobachtung durchgeführt, wobei geometrische Informationen durch die Anwendung von Bildverarbeitungsalgorithmen extrahiert werden. Dabei wird ein nachlaufendes Sensorsystem eingesetzt, welches aus einer HDR-Kamera und einer Laserbeleuchtung besteht. Es werden diffraktive optische Elemente (DOE) zur Erzeugung von verschiedenen Laserprojektionsmustern verwendet, um sowohl eine unidirektionale als auch eine multidirektionale Prozessbeobachtung durchführen zu können. Aus den geometrischen Informationen werden Kenngrößen berechnet, anhand derer der Prozesszustand beurteilt werden kann. Es zeigt sich, dass anhand der Kenngrößenverläufe Abweichungen in der Schweiß- und Schmelzbadgeometrie und Positionierungsfehler des Roboters identifiziert werden können.