Radiografia cyfrowa

Radiografia cyfrowa jest to technika alternatywna dla konwencjonalnych - analogowych, błonowych technik radiograficznych umożliwiająca uzyskanie zapisu obrazu w formie cyfrowej. Radiografia cyfrowa została wprowadzona w stomatologii w roku 1987. Systemy radiografii cyfrowej dzieli się na bezpośrednie i pośrednie.

W systemach bezpośrednich (DR) rejestratorem promieniowania jest cyfrowy detektor typu CCD lub CMOS (CLDT posiada detektor CCD). Obraz rentgenowski pojawia się na ekranie komputera niemal natychmiast po ekspozycji na promieniowanie rentgenowskie.

W systemach pośrednich (CR) rejestratorem obrazu jest płyta pamięciowa pokryta fosforem magazynującym (PSP - Photostimulable Storage Phosphor) służąca do zapisu obrazu utajonego, który następnie odczytywany jest w specjalnym skanerze.

Istnieje wiele zastosowań techniki cyfrowej w radiografii przemysłowej. Radiografię cyfrową stosują zakłady przetwórcze ropy i gazu, zakłady petrochemiczne, rurociągi, elektrownie jądrowe, przemysł lotniczy i samochodowy, przemysł stoczniowy. Radiografia cyfrowa w Polsce jest w początkowym stadium rozwoju – istnieje kilka systemów. Przyczyną takiego stanu jest duży koszt systemu do badań oraz fakt, że dopiero w 2013 roku pojawiła się norma PN-EN ISO 17636-2:2013-06E Badania nieniszczące spoin. Badanie radiograficzne. Część 2: Techniki promieniowania X i gamma z detektorami cyfrowymi.

Ważniejsze przykłady zastosowań DR

1. W eksploatacji urządzeń technicznych:

  • do pomiaru ubytków materiału spowodowanych erozją / korozją. Stosuje się w szerokim zakresie grubości w zależności od źródła promieniowania(patrz rysunek 1), dla różnego rodzaju materiału izolacji lub powłoki.Radiografia cyfrowa umożliwia pomiary grubości ścianki na podstawie radiogramów wykonanych poprzez izolację na elementach będących w eksploatacji. Możliwości badania przez warstwę izolacji ustalane są indywidualnie, uzależnione są od rodzaju izolacji (gęstość izolacji, grubość izolacji, rodzaj materiału i grubość osłony izolacji).

    Identyfikowanie w ten sposób erozji / korozji może dać oszczędności kosztów w stosunku do ultradźwiękowych pomiarów grubości, ponieważ eliminuje koszty ponoszone na usunięcie izolacji, przygotowanie powierzchni.

Grubość można mierzyć z zastosowaniem następujących technik: na podstawie zaczernienia, przez pomiar profilu.

Ww. badania prowadzone są zgodnie z wymaganiami PN-EN 16407-2:2014-04 Badania nieniszczące. Kontrola radiograficzna korozji i osadów na rurach promieniami X i gamma. Część 2: Kontrola radiograficzna przez dwie ścianki oraz PN-EN 16407-1:2014-04 Badania nieniszczące. Kontrola radiograficzna korozji i osadów na rurach promieniami X i gamma. Część 1: Tangensowa kontrola radiograficzna.

radiografia granice stal

Rysunek 1. Granice stosowania radiografii tangensowej dla stali - zależności energii źródła od grubości materiału (za: Jan Kielczyk. Referat z KKBR „Badania radiograficzne na 16th WCNDT 2004)

 Zasada techniki tangensowej

Rysunek 2. Zasada techniki tangensowej (za: Jan Kielczyk. Referat z KKBR „Badania radiograficzne na 16th WCNDT 2004)

Aby uzyskać właściwy obraz w tej technice, energia promieniowania powinna być wyższa niż dla badania techniką podwójnej ścianki. Jest to efekt maksymalnej prześwietlanej grubości Lmax w punkcie wewnętrznej powierzchni rury. Lmax oblicza się ze wzoru:

Lmax=2w[(Da/w) -1]1/2

gdzie:

w - grubość ścianki rury,

Da = 2r - zewnętrzna średnica rury,

Z warunków geometrycznych wynika, że obraz grubości ścianki (w’) jest większy niż w

rzeczywistości i rzeczywista grubość (w) powinna być obliczona ze wzoru:

w=w'⋅(f - r) / f

gdzie: R jest średnicą rury z izolacją i f odległością źródła od błony / detektora.

  • do diagnostyki kompletnych urządzeń, np. w celu zbadania kompletności, prawidłowości usytuowania elementów, części. Do badań tego rodzaju badań, z uwagi wymagane są radioizotopowe źródła promieniowania, takie jak Ir192, lub Co60, oraz specjalne przygotowanie ekspozycji. Do tego typu badań zalecane są płyty fosforowe.

2. Badanie złączy spawanych. W przypadku obiektów zakrzywionych istnieje konieczność wykonania większej liczby ekspozycji, ze względu na sztywność paneli DR, których nie można fizycznie nagiąć do kształtu obiektu. Rodzaje możliwych ekspozycji podaje PN-EN ISO 17636-2:2013-06E.

3. Badania łopatek turbin.

4. Badania odlewów, odkuwek.

5. Przemysł lotniczy i kosmiczny: skrzydła samolotów, łopatki wirników, orurowanie, elementy silników.

6. Badania materiałów kompozytowych.

Zalety radiografii komputerowej w porównaniu z radiografią błonową

W pewnych zastosowaniach radiografia cyfrowa posiada znaczne zalety w porównaniu z tradycyjną radiografią błonową pod względem jakości obrazu, czasów ekspozycji i możliwości wykrywania:

  • błona rentgenowska ma ograniczony zakres dynamiczny (tolerancja parametrów ekspozycji), podczas gdy płyty obrazowe mają szeroki zakres dynamiczny. Tolerancja naświetlenia jest nawet do kilkaset razy większa niż dla błony. Daje to wysoką tolerancję na zmienne warunki ekspozycji i większą swobodę wyboru parametrów ekspozycji. W konsekwencji zostaje zredukowana konieczność wykonywania powtórnych zdjęć. W radiografii cyfrowej można uzyskać dobry kontrast obrazu w szerokim zakresie ekspozycji, jest to wykorzystywane przy ocenie ubytków materiału spowodowanych erozją / korozją,
  • cyfrowy obraz radiograficzny można kopiować bez utraty jakości, daje możliwość wysyłania pocztą elektroniczną i odczytywania na dowolnym komputerze. Dzięki programowi komputerowemu dostępne są narzędzia analityczne, zdolność do wzmocnienia i powiększania, porównywania wielu obrazów i wykonywania różnorodnych funkcji podczas przeglądania obrazów. Nie następuje pogorszenie jakości obrazu z czasem. Szybkie magazynowanie i wywoływanie radiogramu z archiwum,
  • zaletą uważaną za najważniejszą jest umożliwienie tzw. postprocessingu, w zakresie m.in. regulacji kontrastu, jasności. Oznacza to możliwość analizy obrazu z zastosowaniem odpowiednich filtrów graficznych oraz przeprowadzenie pomiarów m.in. parametrów obrazu, pomiarów wielkości geometrycznych,
  • nie jest potrzebna ciemnia ani obróbka chemiczna - system jest przyjazny dla środowiska,
  • skrócenie czasu ekspozycji od około 5 razy w porównaniu z błoną, lub praca w takim samym czasie jak radiografia błonowa, przy mniejszych dawkach promieniowania , co poprawia bezpieczeństwo pracy,
  • bezpieczna praca przy minimalnym obszarze zagrożonym występowania promieniowania jonizującego (mniejsze dawki promieniowania - zwiększone bezpieczeństwo personelu i środowiska, poprawa warunków BHP - eliminacja zagrożeń),
  • możliwość wielokrotnego używania detektora bez stosowania obróbki fotochemicznej jak w przypadku konwencjonalnej radiografii błonowej, co daje oszczędność czasu na taką obróbkę, brak bezpośredniego oddziaływania odczynnikami chemicznymi na środowisko naturalne,
  • szeroki zakres dynamiczny umożliwia badanie i ocenę elementów o bardziej skomplikowanych kształtach, o większym zakresie grubości, tylko w jednej ekspozycji, dzięki temu zmniejsza się liczba ekspozycji dla przekrojów o wielu różnych grubościach. Zdjęcia wykonane za pomocą DR posiadają głębię ostrości, co znakomicie nadaje się do oceny materiałów o zmiennej i zróżnicowanej grubości, lub obiektów wykonanych z różnych materiałów.

 

Ograniczenia radiografii cyfrowej

  1. Wyższy początkowy koszt wyposażenia w porównaniu z konwencjonalną techniką błonową.
  2. Rozdzielczość przestrzenna radiografii cyfrowej (wielkość najmniejszego rozróżnialnego szczegółu) jest znacznie mniejsza niż dla radiografii błonowej. Oznacza to, że przy zastosowaniu radiografii błonowej są rozróżnialne mniejsze szczegóły.
  3. Istnieje szereg czynników wpływających na jakość obrazu cyfrowego powodujących ograniczenia takich jak: nieostrość geometryczna, stosunek sygnału do szumu, kontrast,.... Jest też szereg dodatkowych czynników (np. parametry skanowania), które wpływają na jakość obrazów. Do takich czynników można zaliczyć, m.in.: temperaturę obiektu, drgania, wpływ czynnika przepływającego przez badany obiekt lub zalegającego w obiekcie.
  4. Istnieje silna zależność parametrów pracy detektorów od temperatury otoczenia, co powoduje konieczność wykonywania i powtarzania kalibracji urządzeń, wraz ze zmieniającymi się warunkami, co może powodować wykonanie dodatkowych czynności wydłużających czas na wykonanie badań.
  5. Konieczność stosowania wzorców rozdzielczości przestrzennej, jednak nie przy każdym zdjęciu.
  6. Konieczność częstszego sprawdzania wyposażenia (wszystkich jego elementów), brak ustalonych kryteriów wykonywania ekspozycji – do każdego typu panelu DR i typu płyty obrazowej trzeba wykreślać osobne krzywe ekspozycji.
  7. Sprzęt do badań DR musi być traktowany z większą ostrożnością i dbałością – jest precyzyjnym    urządzeniem elektronicznym.