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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.
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.
Extracting statistical characteristics from radiographic films is vital for film system classification and contrast sensitivity evaluation and serves as a basis for film noise simulation. A new method for digitising radiographic films in order to extract these characteristics is presented. The method consists of a camera-based setup and image processing procedure to digitise films. Correct optical density values and granularity can be extracted from the digitised images, which are equal to results obtained by standardised measurement procedures. Specific statistical characteristics of film noise are theoretically derived and subsequently verified by the obtained data, including characteristics such as Gaussianity and spatial spectral characteristics of the optical density fluctuations. It is shown that the presented method correctly measures the granularity of film noise and can therefore replace time-consuming microdensitometer measurements traditionally required for film system classifications. Additionally, the inherent unsharpness of film systems was investigated and compared with literature data. This comparison serves as another validation approach of the presented method.
Generating 2D noise with local, space-varying spectral characteristics is vital where random noise fields with spatially heterogeneous statistical properties are observed and need to be simulated. A realistic, non-stationary noise generator relying on experimental data is presented. That generator is desired in areas such as photography and radiography. For example, before performing actual X-ray imaging in practice, output images are simulated to assess and improve setups. For that purpose, realistic film noise modelling is crucial because noise downgrades the detectability of visual signals. The presented film noise synthesiser improves the realism and value of radiographic simulations significantly, allowing more realistic assessments of radiographic test setups. The method respects space-varying spectral characteristics and probability distributions, locally simulating noise with realistic granularity and contrast. The benefits of this approach are to respect the correlation between noise and image as well as internal correlation, the fast generation of any number of unique noise samples, the exploitation of real experimental data, and its statistical non-stationarity. The combination of these benefits is not available in existing work. Validation of the new technique was undertaken in the field of industrial radiography. While applied to that field here, the technique is general and can also be utilised in any other field where the generation of 2D noise with local, space-varying statistical properties is necessary.
Durch den großflächigen Einsatz der Computertomographie (CT) in unterschiedlichen Industriebereichen steigen auch die Anforderungen an die quantitative Bildanalyse. Subjektive Bildwahrnehmung muss durch objektive Algorithmen ersetzt werden. In diesem Artikel stellt die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), die seit den 1980er Jahren an der Entwicklung der industriellen CT beteiligt ist, anhand ausgewählter Beispiele den aktuellen Stand ihrer Analysemethoden an verschiedenen Anwendungsbeispielen der CT vor.
Metallische Mikropartikel in der Größenfraktion von ca. 10 – 100 Mikrometer bilden das Grundmaterial für den additiven Aufbau komplexer Strukturen durch lokales Aufschmelzen mit einem Laserstrahl. Entscheidend für dieses Verfahren ist die Kenntnis der Größen-, Form- und Defektverteilungen von Partikelfraktionen, da sie direkten Einfluss auf die Fließfähigkeit des Pulvers während des lagenweisen Auftragens, als auch auf die finale innere Porosität des Bauteils haben. Im Pulver vorhandene Poren verlassen in der Regel das Schmelzbad vor dem Erstarren nicht wieder, da deren Konvektionszeiten größer sind als die Zeit, während der das lokale Schmelzbad besteht, so dass einmal durch die Ausgangspartikel eingebrachte Poren in der Regel auch im fertigen Bauteil verbleiben. Eine strenge Qualitätskontrolle des Ausgangspulvers ist also Voraussetzung, um hochwertige Bauteile mit geringer Restporosität zu erhalten. Der Vorteil der Röntgentomographie ist dabei, dass mit nur sehr geringem Präparationsaufwand innenliegende Poren bis zu einem Durchmesser von wenigen Mikrometern detektiert werden können. Dies ist mit konkurrierenden Verfahren (Licht- / Elektronenmikroskopie, Laserbeugung) so nicht möglich. Zusammenfassend werden wir zeigen, dass die zerstörungsfreie Bildgebung mit der Röntgen-Mikrotomographie für die Qualitätskontrolle in der additiven Fertigung ein leistungsfähiges Werkzeug ist. Wir erörtern die Grenzen der Methode durch eine numerische Studie mithilfe des Simulationsprogramms aRTist. Dabei werden verschiedene Partikelgrößen dahingehend untersucht, welche Poren mit mikroradiographischen Verfahren detektierbar sind. Dazu wird ein Modell für eine dreilagige dichteste Kugelpackung entwickelt, so dass auch Überlagerungen von Anzeigen untersucht werden können. Im Ergebnis werden verschiedene Partikel- und Porengrößenkombinationen untersucht und die entsprechenden Detektionsgrenzen bestimmt.
Neben der klassischen Durchstrahlung wird die bildgebende Röntgen-rückstreuung bisher nur sehr begrenzt eingesetzt. Vor über 20 Jahren hatte Philips mit „COMSCAN“ eine erste industrielle Anwendung in der Luftfahrt gefunden, die sogar eine Tiefenauflösung besaß. Die Firma AS&E in Boston bietet Röntgenrückstreu-Anlagen für den Sicherheitsbereich an. In diesen wird mit einem hochkollimierten Nadelstrahl aus einem rotierenden Blendenrad ein Objekt einseitig abgetastet. Zur Detektion der gestreuten Strahlung aus dem Objekt werden großflächige Detektoren direkt neben dem rotierenden Nadelstrahlkollimator eingesetzt. Ein solcher Prototyp wird an der BAM für den Einsatz in der zerstörungsfreien Prüfung untersucht und optimiert. Als neues industrielles Einsatzgebiet wird dabei die in situ Überwachung in der additiven Fertigung avisiert. Hier ist die Zugänglichkeit zum entstehenden Werkstück in den 3D-Druckanlagen stark eingeschränkt, was den Einsatz einer zweiseitigen Durchstrahlung oder der Computer-Tomographie, bei der das Objekt rotiert wird, verhindert. Auch sind die in der additiven Fertigung eingesetzten Werkstoffe (Polymere, Keramik, Leichtmetalle wie Al oder Ti) für die Rückstreuung besser geeignet als Metalle höherer Dichte, da das Streusignal mit der Ordnungszahl und der Materialdichte abnimmt. Allerdings sind die Anforderungen an räumliche Auflösung und Kontrastempfindlichkeit in der zerstörungsfreien Prüfung additiv gefertigter Bauteil deutlich höher als im Sicherheitsbereich, da hier Bauteilfehler mit typischen Dimensionen kleiner als 1 mm sicher detektiert werden müssen. Die Untersuchung dieser Grenzen des derzeitigen Standes der Röntgenrückstreutechnik mit Nadelstrahl ist ein Teilbereich des mehrjährigen BAM-Themenfeldprojektes „ProMoAM“. Im Vortrag werden die ersten Ergebnisse der Optimierung sowie die gefundenen Anwendungsgrenzen an Beispielen erläutert.
Neues aus der BAM 2019
(2019)
X-ray back scatter imaging is rarely applied compared to classical X-ray projection imaging. More than 20 years ago the company Philips developed “COMSCAN”, a first application case for aircraft industry, which allowed even a depth resolution using back scatter imaging. The company AS&E in Boston offers back scatter imaging solutions for the security market. The principle is to scan the object with a highly collimated X-ray needle beam from one side only and to detect the backscattered radiation by a large area detector side by side with the collimation wheel. A new prototype is investigated at BAM for application and optimization in non-destructive testing. As modern industrial application field in-situ inspection in additive manufacturing is targeted. The accessibility of the printed part during the production process is very limited. This prevent the application of a two sided X-ray inspection or Computed Tomography, were an rotation of the object is required to acquire projections from 360 degrees. An important advantage for the X-ray back scatter technique are also the materials used in additive manufacturing (polymers, ceramics, light metals like Aluminum or Titanium). These materials with lower density and lower Z values give better scatter signals than metals with higher densities and Z values. The back scatter intensity decreases with increasing density and Z value of the material. But the requirements on spatial resolution and contrast sensitivity are more stringent for non-destructive testing of additive manufactured parts compared to the security area. In NDT sizes of indications smaller than 1 mm have to be detected clearly. The investigation of these limits on a state-of-the-art prototype for X-ray back scattering using rotating collimated X-ray needle beams is a part of the BAM project “ProMoAM”. The contribution shows first results of the optimization for NDT and the achieved application limits for several example cases.
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 voll-ständigen 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 Computerra-diographie 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 Fluorosko-pe 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 (Fehlernachweiß-empfindlichkeit) erreicht wird. Ein Überblick zeigt, welche Parameter für den praktischen Einsatz wichtig sind und wie sie ermittelt werden. Praktische Einsatzbeispiele im Anlagenbau werden diskutiert.