Радиографски методи за безразрушителен контрол - Цифрова радиография

Измервателна техникаСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 6, 2013

Радиографичният метод е един от основните и най-широко прилагани в практиката методи за безразрушителен контрол. Използва се за откриване на вътрешни несъвършенства в различни продукти при производство и/или експлоатация. Методът има над 100-годишна история, като за този период иновациите се внедряват сравнително бавно и методът се характеризира с консервативно развитие.

Като основно предимство на конвенционалната радиография с филми обикновено се посочва универсалността. Прилагането на метода не зависи от формата на обекта и мястото на пролъчване. Характеризира се с добри технологични възможности за откриване на индикации за несъвършенства, стабилни информационни носители - радиограми, а индикациите в двумерно изображение са адекватни по форма на сечението на несъвършенствата.

Също така за извършването на основните операции не се изисква висока квалификация и опит. Като основни недостатъци на метода обикновено се посочват: ниската му производителност, фактът, че използването му застрашава околната среда. Методът е сравнително скъп, трудно открива пукнатини и несплавявания, изискващ повече време за получаване на изображението и е типичен пример за прекъснат процес с много ръчен труд и сложна логистика. Възможната алтернатива на конвенционалната радиография, радиоскопията позволява получаването на сравнително по-качествено изображение в реално време, намаляване на разходите, но също се характеризира с някои недостатъци.

Бързото развитие радиографията през последните двадесет години, обаче позволи въвеждането на редица иновации, които предизвикаха революционни изменения в процесите за контрол без разрушаване на несъвършенства с радиационните методи. В последните няколко години все по-често използвана е дигиталната радиография, работеща не с технически филм, а с детектори, подходящи за цифровизация на аналоговите сигнали.

Дигитални методи за радиография
Създаваното изображение при дигиталната радиография е подобно на изображението получавано с конвенционалната радиография. Степента на прозрачност (оптическата плътност) на радиограмата от филмовата радиография при дигиталната радиография се възприема като нюанси на сив цвят в черно-бяло изображение, т.е. физическото възприятие е еднакво. По отношение на контрастна чувствителност и разделителна способност, качеството постигнато с финозърнести сребърни филми все още не е достигната. Сред предимствата на дигиталната радиография са по-малки експозиции, по-малки разходи за консумативи, условия за архивиране на изображението.

При дигиталната радиография аналоговият сигнал, който може да бъде рентгеново и гама лъчение, или преобразувано светлинно лъчение, се измерва по точки чрез сканиране и се цифровизира в много дискретни нива на "сивия цвят". При 16 бита и 50 микрона резолюция на скенера могат да се получат приблизително 65 000 нива на сивия цвят.

Изображението се формира от милиони точки (пиксели) със съответните нива на сивия цвят. Контрастната чувствителност зависи от дискретизацията (броя на битовете), а разделителната способност – от размерите и броя на пикселите. Преобразуването на аналоговите сигнали в цифрови е или в самия детектор или в преобразувателни устройства (конвертори).

Използването на цифрово преобразувателното устройство спомага за създаването на подходящи условия за съхранение и архивиране и за подобряване на изображението върху компютърния дисплей.

Компютърна радиография
Компютърната радиография се счита за подходяща алтернативна на филмовата радиография. Детекторът е  слой от финозърнест фосфор, нанесен на полугъвкава основа – плака. Подобно на филмовата радиография, изображението не се създава директно, а чрез междинна фаза – скрито (латентно) изображение.

Скритото изображение се създава в резултат на йонизиращото действие на преминаващото през контролирания обект рентгеново или гама лъчение. Подобно на филмовата радиография втората фаза от процеса е позната като проявяване. Препоръчително е проявяването на експонираната плака да е в рамките на  няколко дни след експонацията, в противен случай част от информацията се губи.

При внимателна употреба плаките могат да се използват хиляди пъти (има случаи до 8000 пъти). По време на експонацията те се поставят в касети, чиято функция е същата както при филмовата радиография. За отбелязване е, че детекторите за тази технология са по-чувствителни към разсеяното лъчение в сравнение с филмите.

Като предимства на компютърната радиография могат да се посочат бързото получаване на изображение, изключва се “мокра” фотообработка, не е необходимо използването на негативоскопи, намалено облъчване на персонала, голям обхват от дебелини, цифрова обработка на изображението и други.

Дигитална радиография с детектори твърди плоски панели
При дигиталната радиография с детектори твърди плоски панели, изображението се създава в почти реално време, подобно на дигиталните фотокамери. Експонацията и формирането на изображението се случват едновременно. Използват се същите детектори, каквито се прилагат и в съвременните радиоскопични системи. При тези детектори границата между радиографичното и радиоскопично изображение се размива.

Твърдите плоски панели се използват многократно. Техният експлоатационен живот зависи от дозовото натоварване - например познати са такива, на които се дава пролъчена доза 500 Sv. Температурният диапазон, в който работят, е предимно +10o С до +35o С. Налице са и отделни разработки, които позволяват работа при температура до -20o С.

Детектирането може да бъде пряко или непряко, като по този признак детекторите се класифицират в два типа. При прякото детектиране енергията на рентгеновото лъчение директно се преобразува чрез полупроводников материал (аморфни метали, металоокисни полупроводници и др.) в цифрови сигнали. При непрякото детектиране има междинно преобразуване на лъчението от сцинтилатор (CsJ) в светлина и последващо цифровизиране на светлинните сигнали от фотодиодна система. Според геометричната характеристика детекторите се разделят на линейни и двумерни.

Използването на линейните детектори е свързано с наличие на механично устройство, което да осигурява относително движение между обекта, от една страна, и източника на лъчение и детектора от друга страна. Сред основните им приложения са устройствата за проверка на багажа в аерогарите. Получаваните линейни сигнали се преобразуват чрез компютър в двумерни изображения.

При двумерните детектори не е необходимо относително движение на обекта и сканиране. Използваните в тях материали най-често са металоокисни полупроводници и фотодиодни системи в комбинация със сцинтилатори.

Компютърна томография (CR)
Компютърната томография е метод, при който в условията на относително движение между обекта, от една страна, и източника на лъчение и детектора (или детекторите), от друга страна, обектът се пролъчва по сечения с определена стъпка. Пролъчването се извършва с тесен насочен сноп рентгеново или гама лъчение, като оптимални резултати се получават с микрофокусна рентгенова тръба.

При безразрушителният контрол по-често срещано, в сравнение с медицината където пациентът е неподвижен, е сканирането на въртящ се обект по сечения с различна стъпка например 2o от 360o. Съответно при по-голям брой стъпки се повишава качеството на получената информация. Като детектори се използват както твърди, така и плоски панели. Детекторите регистрират интензитета на преминалото през обекта лъчение във всяко едно сечение и предават съответните цифрови сигнали на компютър, който преобразува големия брой двумерни изображения в тримерно.

Разделителната способност зависи от размерите на пикселите на детектора и от размера на фокусното петно на източника на лъчение. Възможно е откриване на несъвършенства с размери до 025 микрона.

Редакцията благодари за любезното съдействие и материали, предоставени от ст.н.с. инж. Иван Бъчваров.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top