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Industrial Radiology is used for volumetric inspection of industrial objects. By penetration of these objects (typically weldments, pipes or castings) with X-ray or Gamma radiation the 3D-volume is projected onto a 2D image detector. The X-ray film is the oldest radiographic image detector and still in wide use in industry. The industrial X-ray film systems used today differ from these used in medicine. Medical film systems are described well in the literature, but industrial film systems not. So we start with a description of the properties and standards for industrial film systems. The requirements on image quality are defined by several standards and can be verified with different image quality indicators (IQIs). They describe the ability of the human being to detect small and low contrast indications in a noisy image background. The essential parameters for digital industrial radiology are described.
Since about 30 years electronic image detectors are gradually replacing the industrial film. These detectors are based on storage phosphor imaging plates in combination with Laser scanners (“Computed Radiography”, CR) or a variety of different digital detector arrays (DDA). Typical applications of CR and DDAs are discussed as well as new possibilities by digital image processing, which is enabled by the computer based image handling, processing and analysis.
Der Ersatz von Röntgenfilmen durch digitale Detektoren in der Zerstörungsfreien Prüfung im Anlagenbau wird seit 2013 durch neue ISO-Normen unterstützt. Nach der Erfolgsgeschichte der digitalen Photographie und der fast vollständigen Ablösung der Filmtechnik in der optischen Bilderfassung wird erwartet, dass sich der Übergang von der Filmradiographie zur digitalen Radiographie schnell vollzieht. Dieser Trend ist derzeit so noch nicht zu beobachten. Zur mobilen Prüfung wird in Europa immer noch vorrangig die Filmradiographie und nur teilweise die Computerradiographie mit Speicherfolien eingesetzt. Im Bereich der stationären Prüftechnik haben sich die Matrixdetektoren (DDA) weitgehend durchgesetzt, wobei es auch hier noch alternative Detektoren wie Bildverstärker und Fluoroskope gibt. Mit Einführung der DIN EN ISO 17636-2 zur Schweißnahtprüfung wird seit 2013 erstmalig geregelt, wie man einen digitalen Detektor für die technische Radiographie auswählen soll, um im Vergleich zur Filmradiographie eine äquivalente Bildqualität zu erhalten. Essentielle Parameter bestimmen, ob die geforderte Bildgüte (Fehlernachweißempfindlichkeit) erreicht wird. Ein Überblick zeigt, welche Parameter für den praktischen Einsatz wichtig sind und wie sie ermittelt werden. Praktische Einsatzbeispiele im Anlagenbau werden diskutiert.
In den letzten zwei Jahren wurden 11 neue Standards/Standardrevisionen zur RT veröffentlicht (ohne Strahlenschutz) und 5 werden dafür gestrichen. Es wird über die neuen Anforderungen ausgewählter Normen bzw. Normrevisionen informiert und insbesondere auch über die veränderten Parameter, die bei Prüfpraxis und bei der Klassifizierung zu berücksichtigen sind. Das wichtigste Projekt ist die Revision der DIN EN ISO 17636-1, -2, RT von Schweißverbindungen, in ISO TC 44 SC 5 WG 1. Die Standards zur Schweißnahtprüfung in der Kerntechnik, DIN 25435, wurden ins Englische übertragen und bei ISO TC 85 SC 6 bearbeitet. Hauptaktivität bei ASTM ist gegenwärtig die Überarbeitung der CT-Standards und die Berücksichtigung der Anforderungen an das dimensionelle Messen. Der Guide ASTM E 1441 zur Bestimmung von MTF, Kontrast-Detail-Funktion (CDF) und Kontrast-Diskrimination-Diagramm (CDD) wird revidiert. E 2445 zur CR Long Term Stability wird ebenfalls revidiert. Die Revision soll auch in die ISO 16371-1 eingehen. Dazu ist ein Round Robin-Test geplant. Auch die Standards zur Durchstrahlungsprüfung auf Korrosion und Ablagerungen in Rohren mit Röntgen- und Gammastrahlen (EN 16407-1, -2, 2014) wurden revidiert. Diese Revision wurde als DIN EN ISO 20769-1, -2 2018 veröffentlicht und EN 16407 wird zurückgezogen. Die Revision der Standards EN 12543 und EN 12679 zur Messung der Brennfleckgröße und der Strahlergröße ist mit Verzögerung in Überarbeitung, um die digitalen Detektoren und Messmöglichkeiten mit Bildverarbeitungsprogrammen zu berücksichtigen. Ein Entwurf zur Messung der Brennfleckgröße von nano-Fokusröhren wird derzeit vom Europäischen Metrologie-Programm EMPIR gefördert. Zur radiographischen Gussteilprüfung wurde der Standard EN 12681 revidiert und 2018 veröffentlicht. Er wurde um Zulässigkeitsgrenzen erweitert und die digitale Radiographie wurde in Teil 2 berücksichtigt.
Es wird über die neuen Anforderungen ausgewählter Normen bzw. Normrevisionen informiert und insbesondere auch über die veränderten Parameter, die bei der Prüfpraxis, der Qualitätssicherung in der digitalen Radiographie und bei der Klassifizierung zu berücksichtigen sind. Das wichtigste Projekt ist die Revision der DIN EN ISO 17636-1, -2, RT von Schweißverbindungen, in ISO TC 44 SC 5 WG 1. Hauptaktivität bei ASTM ist gegenwärtig die Überarbeitung der CT-Standards und die Berücksichtigung der Anforderungen an das dimensionelle Messen. Der „Standard Guide for Computed Tomography“, ASTM E 1441, zur Bestimmung von MTF, Kontrast-Detail-Funktion (CDF) und Kontrast-Diskrimination-Diagramm (CDD) wurde revidiert und veröffentlicht. Die Mehrzahl der Hersteller von CT-Anlagen bietet entsprechende Software-Tools an. Weiterhin werden neue Festkörperentwürfe zur Charakterisierung von CT-Anlagen vorgestellt. Die folgenden Revisionen sind bei ASTM derzeit in Bearbeitung: ASTM E 2445, „CR Long Term Stability“ nach einem Round Robin-Test und für DDAs der Standard zur System-Charakterisierung, ASTM E2597/E2597M−14, und zur „DDA Long Term Stability“. Das Spider-Net-Diagramm zur Klassifizierung von DDAs wird um die Position „ISO Material Thickness limit“ erweitert. Der Standard EN 12679 zur Messung der Größe von Gammastrahlern wurde nach Revision unter Berücksichtigung von digitalen Messverfahren veröffentlicht. Die Revision der Standardserie EN 12543 zur Messung der Brennfleckgröße ist mit Verzögerung in Überarbeitung, um die digitalen Detektoren und Messmöglichkeiten mit Bildverarbeitungsprogrammen zu berücksichtigen. Die Messprozedur für Lochkameras wurde grundlegend revidiert und ist harmonisiert mit ASTM E 1165-12(2017). Die gemessenen Brennflecke unterscheiden sich und passen besser zu den Unschärfe-Messungen
mit Doppeldraht BPKs (ISO 19232-5:2018) bei Vergrößerung. Ein Entwurf zur Messung der Brennfleckgröße von nano-Fokusröhren und Mikro-Fokusröhren (< 5 µm) wird derzeit vom Europäischen Metrologie-Programm EMPIR gefördert. Es wird über erste Ergebnisse
informiert.
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.
Die Voraussetzungen für die Vorhersage der Sichtbarkeit von Bildgüteprüfkörpern (BPK) wurden seit Beginn der kommerziellen Anwendung der technischen Radiographie diskutiert und in diversen nationalen und internationalen Standards festgeschrieben. Diese Fragen werden nach Einführung der digitalen Radiographie und der CT wieder neu diskutiert. Draht BPKs wurden in Deutschland seit 1935 (DIN 1915: 1935) und später in den meisten europäischen Ländern benutzt. In den USA und Frankreich wurden vorzugsweise BPKs mit Löchern verwendet (ASTM E 1025 seit 1984 oder E 1742 seit 1992 bzw. die Vorgängernorm MIL STD-543 seit 1962). Jetzt werden auch die Umrechnungsnormen zur Erkennbarkeit von Draht zu Loch-BPKs in Frage gestellt. ISO 19232-3, der französische RCCM-Kode einerseits und ASTM E 747 und ASME BPVC Section V Tab. T-276 andererseits unterscheiden sich erheblich bei den Anforderungen im Bereich hoher Wandstärken (Hochenergieradiographie). Untersuchungen dazu werden vorgestellt. Mit Einführung der digitalen Detektoren ändern sich auch die Rauschspektren. Durch die Herstellung werden insbesondere bei Speicherfolien "Rauschmuster" eingeprägt, die bei hohen Belichtungsdosen sichtbar werden. Diese veränderten Rauschspektren ergeben auch veränderte Erkennungsparameter für menschliche Bildauswerter. Hierzu wurden an ausgewählten Detektoren MTFs (presampled) und normierte Rauschspektren gemessen. Erweiterte Erkennbarkeits-Formeln zur Vorhersage der Sichtbarkeit von BPKs für Bildauswerter und erste Ergebnisse werden vorgestellt.
Recent developments of photon counting and energy discriminating detectors for radiographic imaging
(2018)
The direct detection of X-ray photons into electrical signals is enabled by usage of highly absorbing photo conducting materials (e.g. CdTe) as detection layer of an underlying CMOS semiconductor X-ray image detector. If the read-out speed is high enough (ca. 50 - 100 ns dead time) single X-ray photons can be counted and their energy measured. Read-out noise and dark image correction can be diminished. By setting energy thresholds, selected energy ranges of the X-ray spectrum can be detected or suppressed. This allows material discrimination or reduction of scattered radiation, which results in an enhanced contrast sensitivity.
Digital Coplanar Translational Laminography (CTL) is a radiographic imaging technique that permits the visualization of structural details and discontinuities in the object of interest after 3D reconstruction from multiple projections. This technique becomes quite competitive regarding to computed tomography in situations of arrangements in which no complete rotation of the X-ray source - detector system around the object of interest is accessible or in cases where the part to be inspected has a high geometric asymmetry. The literature does not show many studies about image quality for different laminographic reconstructions and scan geometries.
Different methodologies for measuring the Modulation Transfer Function (MTF) as a key image quality parameter for the aforementioned technique are applied. The MTF was measured using different approaches, presampled MTF or sampled MTF, both based on the Fourier Transform-Magnitude Spectrum or the square wave
MTF using line pattern gauges. A sample known as Siemens Star with a converging line pattern was used to measure the circular square wave MTF. This circular MTF provides information on the direction dependent contrast transfer related to the measurement conditions, the reconstruction algorithms and the translational scan direction. For this purpose, several MTF measurements were performed in multiple angular directions. Beyond it, reconstructions were performed using different algorithms (Filtered Shifted Average) and an iterative one (MART – Multiplicative Algebraic Reconstruction Technique). Image quality analysis were done for both reconstruction methods. MART showed an image quality improvement for challenging conditions for laminographic arrangements, such as for a low number of projections (down to 25 for this study, considered as limited view, limited
angle reconstruction). Additionally, a Gadolinium gauge with parallel line patterns within a range from 10 μm to 1000 μm was used to compare the square wave MTF with the sine MTFs, measured by the different techniques mentioned above. The results show that the MTF techniques presented are equivalent in this study. The results obtained for this Gadolinium plate showed a good agreement between MTF10% and SRb image measurements. The methodology presented here is used for the characterization of the frequency dependent spatial resolution of measurements obtained from different laminographic reconstruction techniques and scan geometries. Finally, from the acquisitions and reconstructions obtained with the Siemens Star, cross laminographic images were calculated in order to improve the direction dependent sensitivity. The results showed a better detectability for cross laminographic images in comparison to unidirectional coplanar translational laminographic images covering dead zones.
Defect recognition in CFRP components using various NDT methods within a smart manufacturing process
(2018)
The manufacturing process of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) components is gaining a more and more significant role when looking at the increasing amount of CFRPs used in industries today. The monitoring of the manufacturing process and hence the reliability of the manufactured products, is one of the major challenges we need to face in the near future. Common defects which arise during manufacturing process are e.g. porosity and voids which may lead to delaminations during operation and under load. To find irregularities and classify them as possible defects in an early stage of the manufacturing process is of high importance for the safety and reliability of the finished products, as well as of significant impact from an economical point of view. In this study we compare various NDT methods which were applied to similar CFRP laminate samples in order to detect and characterize regions of defective volume. Besides ultrasound, thermography and eddy current, different X-ray methods like radiography, laminography and computed tomography are used to investigate the samples. These methods are compared with the intention to evaluate their capability to reliably detect and characterize defective volume. Beyond the detection and evaluation of defects, we also investigate possibilities to combine various NDT methods within a smart manufacturing process in which the decision which method shall be applied is inherent within the process. Is it possible to design an in-line or at-line testing process which can recognize defects reliably and reduce testing time and costs? This study aims to show up opportunities of designing a smart NDT process synchronized to the production based on the concepts of smart production (Industry 4.0). A set of defective CFRP laminate samples and different NDT methods were used to demonstrate how effective defects are recognized and how communication between interconnected NDT sensors and the manufacturing process could be organized.