Radiografia cyfrowa w przemysłowym laboratorium badań
advertisement
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. Radiografia cyfrowa w przemysłowym laboratorium badań nieniszczących Bogdan Piekarczyk Technic-Control Sp. z o.o. – Szczecin www.technic-control.pl 1. Wstęp Radiografia przemysłowa od ponad 100 lat wykorzystuje jako detektor promieniowania błonę rentgenowską. Pojawiła się ona w 1914 r. za sprawą amerykańskiego wynalazcy i przemysłowca George Eastman, założyciela firmy Kodak. Podłożem elastycznej błony był przeźroczysty azotan celulozy – tzw. celuloid. Początkowo była to błona pokryta jednostronnie warstwą emulsji światłoczułej, a od 1920 r. była pokryta dwustronnie warstwą emulsji, co w rezultacie zmniejszyło czas ekspozycji dwukrotnie. Następnie firma Kodak wprowadziła błony na podłożu octanu celulozy, a w 1960 r. firma DuPont wprowadziła błony na podłożu poliestrowym, które są stosowane do dnia dzisiejszego. Radiografia analogowa oparta na błonie rentgenowskiej stanowiącej detektor promieniowania obarczona jest wieloma ograniczeniami, takimi jak: jedna kopia obrazu ograniczony dostęp do radiogramów, ręczna dystrybucja możliwość utraty dowodu badania trudność w śledzeniu procesu badania bo dokumentacja badania gromadzona jest w wielu dokumentach nie powiązanych na stałe z obrazem rentgenowskim problem z archiwizacją [wymaga dużo miejsca; ręczne przeszukiwanie zbiorów archiwalnych np. związane z reklamacją] problemy z utylizacją błon i chemikaliów wynikające ze specyficznych wymagań dotyczących sposobu i czasu przetwarzania - „brudna chemia” w obróbce ręcznej lub mechanicznej mniejsze możliwości komputerowego wspomagania, problemy z procesu akwizycji danych Od ponad 10 lat w środowisku badań nieniszczących prowadzi się dyskusję i badania o skutecznym zastąpieniu klasycznej radiografii - opartej na detekcji obrazy za pośrednictwem błony rentgenowskiej – radiografią komputerową wykorzystującą płyty obrazowe IP - Image Plate [radiografia CR - Computed Radography] i matryce detektorów cyfrowych DDR [Direct Digital Radiography]. Rozwiązania te najpierw pojawiły się w medycynie. Systemy medyczne były opracowywane na bazie innych wymagań niż wymagania stawiane w diagnostyce przemysłowej. W medycynie konieczny był kompromis pomiędzy minimalną dawką, którą absorbuje pacjent w trakcie badania, a wystarczającą jakością obrazy. Słabym elementem tego kompromisu jest niska rozdzielczość przestrzenna nie do zaakceptowania w zastosowaniach przemysłowych. 73 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. 2. Projekt „FilmFree” W 2004 roku wystartował projekt finansowany z funduszy Unii Europejskiej pod nazwą FILMFREE (http://www.filmfree.eu.com). W skład konsorcjum tego programu wchodzi 33 partnerów: instytucji naukowych, małych i średnich przedsiębiorstw oraz dużych firm. Członkowie konsorcjum to między innymi dostawcy sprzętu do badań nieniszczących wysokich technologii oraz małe i średnie przedsiębiorstwa oferujące usługi w zakresie badań nieniszczących na podstawowym poziomie technologicznym. W projekcie uczestniczy także kilka stowarzyszeń krajowych (tj. Helenie NDT oraz Bulgarian Welding Society) i sześć światowych wiodących Europejskich Instytutów Badawczych, które posiadają znaczne umiejętności i doświadczenie w dziedzinie rozwoju wynalazku w badaniach nieniszczących (tj. TWI, CEA, BAM, Casting Technology International, Politechnika Sofijska (TUS) oraz Politechnika Szczecińska. W projekcie tym Polskę reprezentują: wspomniana już Politechnika Szczecińska (obecnie Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny), WSK Mielec i firma Technic-Control Sp. z o.o. ze Szczecina. [http://www.technic-control.pl] Celem projektu FilmFree jest dokonanie znaczącego postępu technologicznego, który przeniesie sektor radiografii przemysłowej w nową erę w celu skutecznego zastąpienia błony rentgenowskiej jako środka detekcji - w erę radiografii cyfrowej. Projekt ma być przemysłowym odpowiednikiem przejścia z aparatu fotograficznego z błoną filmową na aparaty fotograficzne cyfrowe. Firmy świadczące usługi w zakresie badań nieniszczących znajdujące się na niższym poziomie technologicznym to głównie małe i średnie przedsiębiorstwa. Mogą one odegrać w rozwoju radiografii „bezbłonowej” kluczową rolę i w rezultacie mogą uzyskać pewną przewagę technologiczną w dalszym rozwoju metod radiograficznych. Generalnie firmy te dostarczają pracochłonnych usług kontrolnych tradycyjnym gałęziom przemysłu. Mogą one dodatkowo uzyskać potencjalne korzyści z radiografii cyfrowej poprzez dostęp do sektorów o większej wartości dodanej takich jak petrochemiczne, naftowe czy gazowe. Sektory te zgłaszają zainteresowanie radiografią cyfrową, chociażby jej zastosowaniem w ocenie zjawisk korozyjnych instalacji przesyłowych. Zawartość naukowa i techniczna projektu jest innowacyjna i ambitna. Konsorcjum przedsiębiorstw poprzez realizację tego projektu proponuje prowadzenie działań w kierunku rozwoju nowej generacji systemów radiografii cyfrowej w celu spełnienia ostrych wymogów wykrywalności niezgodności materiałowych obowiązujących w przemyśle naftowym, gazowym, petrochemicznym, kolejowym, lotniczym, okrętowym, kosmicznym oraz motoryzacyjnym. Wymierne i możliwe do zweryfikowania cele techniczne projektu są następujące: opracowanie nowych bezpośrednich i skomputeryzowanych cyfrowych technik rentgenowskich i radiografii gamma. Takich jak: radiografia w czasie rzeczywistym z wykorzystaniem defektoskopów z mikro ogniskiem, przemysłowa tomografia komputerowa czy nowatorskie techniki radiograficzne nie używane obecnie w radiografii przemysłowej, oparte na zjawisku rozpraszania Comptona umożliwiające wykrywanie niezgodności podpowierzchniowych i w głębi materiału z tworzyw sztucznych (polimerów) oraz materiałów kompozytowych. opracowanie modeli teoretycznych w postaci programów symulujących przemysłowe technik radiograficzne. Umożliwiają one symulację prześwietlania promieniami X lub gamma różnych materiałów o różnych kształtach, z różnego rodzaju zamodelowanymi wadami wewnętrznymi w celu odpowiedniego doboru parametrów ekspozycji dla zamodelowanej techniki badania. Na uwagę zasługuje na przykład aplikacja „aRTist” opracowana przez Instytut BAM z Berlina [2] 74 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. Symulacja wykonana przy pomocy tej aplikacji uwzględnia nie tylko podstawowe parametry ekspozycji jak: odległość „źródło – błona”, energia promieniowania, rodzaj detektora promieniowania, czas ekspozycji, ale również promieniowanie rozproszone. Modelowanie obiektu badania odbywa się w oparciu o programy CAD-owskie [2]. opracowanie oprogramowania do automatycznego rozpoznawania niezgodności spawalniczych w złączach, z uwzględnieniem rodzaju niezgodności, ich wartości geometrycznych i na ich podstawie zakwalifikowanie złącza do odpowiedniego poziomu jakości zgodnie z normą EN ISO 5817. Innowacja tego rozwiązania polega na opracowaniu algorytmów sztucznego inteligentnego eksperta oceniającego jakość złączy spawanych. Obecnie praca radiologa - klasyfikatora sprowadza się do wizualnej analizy obrazu zarejestrowanego na radiogramie podświetlonym na negatoskopie. Jest to ocena subiektywna i zależna w bardzo dużym stopniu od praktycznego doświadczenia radiologa, jego wzroku, stanu psychofizycznego jak również warunków panujących w pomieszczeniu, w którym dokonywana jest ocena. Do realizacji zadania klasyfikacji wad planowane jest wykorzystanie sztucznych sieci neuronowych i logiki rozmytej (ang. fuzzy logic) . Bogata biblioteka zgromadzonych, następnie zdigitalizowanych radiogramów z różnymi rodzajami niezgodności jest źródłem danych w procesie uczenia układów sztucznej inteligencji. Ważnym etapem jest proces ekstrakcji obiektów, które mogą być potencjalnymi defektami. W procesie tym planuje się zastosować metodę pośrednią polegającą na odjęciu od obrazu pierwotnego obrazu idealnego złącza bez defektów. Powstały w wyniku różnicowania obraz poddany zostanie dalszej obróbce w celu eliminacji szumów a następnie przeprowadzona zostanie jego segmentacja, umożliwiająca dalszą analizę wyselekcjonowanych obszarów obrazu pod kątem ich rodzajów i charakterystycznych parametrów umożliwiających ocenę ilościową. Obiekty zakwalifikowane jako defekty poddane zostaną analizie pod względem ich przydatności w procesie klasyfikacji i te najbardziej reprezentatywne zostaną wykorzystane jako parametry wejściowe dla algorytmu identyfikacji, a opracowana w aplikacji procedura pozwoli porównać parametry wykrytych niezgodności z parametrami opisanymi w stosownych normach i zakwalifikować złącze do odpowiedniej kategorii. Prace te są kontynuowane w zespole profesora Ryszarda Sikory z Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego z Katedry Elektroniki Teoretycznej i Informatyki [3]. Firma Technic-Control Sp. z o.o. czynnie uczestniczy w realizacji zarówno projektów europejskich dotyczących nowych technologii badań nieniszczących, takich jak FILMFREE [radiografia cyfrowa] i PICASSO [walidacja metod NDT w przemyśle lotniczym] jak również w realizacji projektu prof. Ryszarda Sikory. 75 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. 3. Technic-Control Sp. z o.o. – przemysłowe labaratorium badań nieniszczących Od 1989 roku pracownicy firmy TECHNIC-CONTROL Sp. z o.o. swoją wiedzą i doświadczeniem pomagają swoim klientom w osiąganiu wymaganego poziomu jakości ich wyrobów. Firma Technic-Control Sp. z o.o. powstała na bazie byłego Działu Badań Nieniszczących Stoczni Szczecińskiej im. A.Warskiego. Jest to firma prywatna - spółka prawa handlowego, zarejestrowana przez Sąd Rejonowy w Szczecinie XVII Wydział Gospodarczy Krajowego Rejestru Sądowego za numerem KRS 0000161655, z kapitałem zakładowym wpłaconym w wysokości 200.000,- zł. Na podstawie umowy o pracę firma zatrudnia obecnie 20 pracowników, ze stażem pracy w badaniach nieniszczących od 10 do 30 lat. Wartość merytoryczną firmy potwierdzają liczne certyfikaty i uznania: Certyfikat akredytacji laboratorium badawczego wg EN-17025 wydany przez Polskie Centrum Akredytacji [nr certyfikatu AB 080 – data pierwszej certyfikacji 15.10.1996]; potwierdzający poza merytorycznym przygotowaniem laboratorium do wykonywania badan NDT również fakt działającego w laboratorium systemu zarządzania ISO 9002. Certyfikaty kompetencji personelu wg EN 473 w metodach UT; RT; MT; PT; VT. Wszyscy inspektorzy wykonujący badania posiadają certyfikaty kompetencji w stopniu 2, a nadzór nad badaniami sprawuje specjalista z certyfikatem kompetencji w stopniu 3. Certyfikaty te obejmują sektory przemysłu: A – wytwarzanie i przetwórstwo metali, B – badania przed eksploatacyjne i eksploatacyjne na urządzeniach, instalacjach i konstrukcjach, PED - obszar objęty dyrektywą urządzeń ciśnieniowych nr 97/23/EC i obejmują sektory wyrobu: w – wyroby spawane, c- odlewy, f – odkuwki, t – rury, wp – wyroby przerabiane plastycznie. Certyfikat Lloyds Register EMEA - nr certyfikatu RSS/MNDE/0001 – [jest to pierwszy certyfikat w światowym systemie uznawania laboratoriów badawczych przez ta organizację.]; uznania okrętowych towarzystw klasyfikacyjnych i nadzoru technicznego: o Germanischer Lloyd [GL]; o American Bureau of Shipping [ABS]; o Bureau Veritas [BV]; o Det Norske Veritas [DNV] – dotyczy również konstrukcji Offshore. o Polskiego Rejestru Statków [PRS] o Centralnego Laboratorium Dozoru Technicznego [CLDT]; świadectwo kwalifikacji do wykonywania badań na konstrukcjach mostowych wydane przez Komisję Kwalifikacyjną Ministerstwa Transportu. Dysponując nowoczesnym sprzętem i wysoce wykwalifikowanym personelem firma Technic-Control oferuje swoim klientom usługi w zakresie: radiografii połączeń spawanych konstrukcji stalowych: okrętowych; mostów; dźwigów; suwnic; systemów rurowych, konstrukcji Offshore, odlewów i części maszyn. Możemy w chwili obecnej naszym klientom zaproponować system radiograficzny wg poniższego schematu: 76 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. badań ultradźwiękowych połączeń spawanych konstrukcji ze stali ferrytycznych, austenitycznych oraz stali typu DUPLEX, ultradźwiękowe badania wyrobów hutniczych i części maszyn. W badaniach tych wykorzystujemy sprzęt KRAUTKRAMERA – defektoskopy typu USD10, USN50, USN52, USM 25S, USM35XS oraz defektoskop OmniScan firmy Olympus umożliwiający badanie głowicami wielo-przetwornikowymi [mozaikowymi] techniką PA [Phased Array]. pomiary grubości metodą ultradźwiękową konstrukcji stalowych – również przez powłoki malarskie bez konieczności ich usuwania. Umożliwiają to posiadane przez nas ultradźwiękowe mierniki grubości: BETAGAGE, DMS2TC i DMS2 z dodatkowym zobrazowaniem typu A. Naszą specjalnością są kompletne klasyfikacyjne przeglądy i pomiary grubości statków morskich w czasie rejsów eksploatacyjnych. badania penetracyjne i magnetyczno-proszkowe : wykrywanie wad powierzchniowych - szczególnie pęknięć i por gazowych na wszystkich wyrobach pomiar zawartości ferrytu w spoinach austenitycznych szkolenie personelu: w zakresie badań nieniszczących oraz prac spawalniczych: kursy spawaczy, odnawianie uprawnień, weryfikacja i potwierdzanie umiejętności. Badania niszczące i analizy chemiczne: w tym zakresie posiadamy podpisane wieloletnie umowy o współpracy z laboratorium materiałowym Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego. 77 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. 4. Podstawy cyfrowego przetwarzania obrazów Obraz to nie do końca jeszcze zbadana unikalna forma danych potocznie określana tym „wszystkim co widzi oko”. W technice komputerowej wyróżniamy dwa podstawowe typy obrazów: rastrowe i wektorowe [7]. Obraz wektorowy tworzony jest przy pomocy wyrażeń matematycznych opisujących linie, elipsy, krzywe. Obraz wektorowy generują między innymi powszechnie stosowane aplikacje takie jak: CAD; 3D czy CorelDraw. Obraz rastrowy powstaje w wyniku próbkowania i kwantowania sygnału wizyjnego. Wprowadzany on jest do komputera za pomocą urządzeń takich jak: skanery, aparaty cyfrowe, stacje robocze PhotoCD. Do ich obróbki wykorzystywane są między innymi popularne aplikacje CorelPhotoPaint, Photoshop, ImageProPlus i wiele innych. Rozdzielczość przestrzenna i rozdzielczość poziomów jasności obrazu rastrowego zależy od typu próbkowania i kwantowania. Liczba punktów zwanych pikselami (skrót od angielskich wyrazów Picture Element) przypadająca na jednostkę długości i szerokości skanowanego obrazu określa jego rozdzielczość przestrzenną. Należy zaznaczyć, że pod tym pojęciem rozróżnia się: rozdzielczość skanowania (wejściową) definiowaną jako gęstość punktów próbkowania informacji, przechwytywanej przez urządzenie, na określonej powierzchni – najczęściej piksel na cal (ppi) lub piksel na centymetr. rozdzielczość wyjściową (dpi) - liczbę punktów na cal definiującą gęstość znaków drukowanych w poziomie przez naświetlarki i drukarki postscriptowe. rozdzielczość monitora definiowaną liczbą próbek dyskretnych obrazu, mierzona w pionie i poziomie, które mogą być na monitorze wyświetlane rozdzielczość obrazu określana jest całkowita liczba punktów obrazu rastrowego. rozdzielczość optyczna – ilość faktycznych informacji, które może próbkować system optyczny urządzenia rozdzielczość interpolowana – pozorna ilość informacji uzyskiwanych przez skanery w procesie ich przechwytywania wspomaganego algorytmami programowymi lub sprzętowymi, przy czym algorytmy interpolacji nie powodują zwiększania dodatkowych szczegółów. W digitalizacji radiogramów i ogólnie w radiografii cyfrowej wykorzystywaną w przetwarzaniu klasą obrazów są obrazy monochromatyczne. To znaczy takie obrazy rastrowe, które można przedstawić za pomocą funkcji J(x,y), przy czym x i y oznaczają współrzędne punktu na obrazie, a J oznacza jasność tego punktu, która może przyjmować wartości od J=0 (punkt czarny) do J=Jmax (punkt biały). Natomiast wartości pośrednie opisują różne odcienie szarości. Analiza obrazu przez komputer może być dokonana tylko wówczas, jeżeli jego postać analogowa zostanie przetworzona na postać cyfrową. Dokonuję się tego przez dwuwymiarowe próbkowanie i kwantyzację obrazu, między innymi przy pomocy skanera. Próbkowanie odbywa się poprzez pobieranie wartości jasności w ściśle określonych miejscach powierzchni obrazu (węzły siatki prostokątnej). Następnie otrzymana funkcja jasności J(x,y) określana jest na płaszczyźnie dyskretnej za pomocą współrzędnych x=nTx i y=mTy gdzie n i m są liczbami całkowitymi a T x i Ty są odstępami próbkowania. Pobrana wartość jasności każdego piksela jest wartością ciągłą i jako taka nie może być zapamiętana przez urządzenie cyfrowe - komputer. W celu zapamiętania tej wartości w pamięci komputera wartość pobranej jasności musi być kwantowana i zamieniona w postać cyfrową. Kwantyzacja próbki polega na podzieleniu całego zakresu jasności na przedziały i związanie 78 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. z każdym przedziałem odpowiadającej mu wartości dyskretnej. W rezultacie obraz prezentowany na monitorze składa się z pikseli, a każdy z nich opisany jest poprzez współrzędne dyskretne x i y oraz dyskretną jasność (stopień szarości). Liczba przedziałów kwantyzacji decyduje o liczbie bitów koniecznych do zapamiętania jasności (szarości) pojedynczego piksela. Dla obrazów monochromatycznych wykorzystywaną najczęściej porcją informacji jest jeden bajt, dla którego zarezerwowano n=8 bitów. To oznacza, że może on zakodować 28 = 256 różnych wartości szarości [4]. Wykorzystywany w firmie „Technic-Control” (www.technic-control.pl) w procesie digitalizacji skaner próbkuje zdjęcie rentgenowskie z rozdzielczością 50 m wykonane w zakresie gęstości optycznej od 0,05 do 4,5 i tym samy spełnia wymagania klasy DS dla skanerów wg normy EN-14096, a oprogramowanie DR3000 firmy CIT (Computerised Information Technology Ltd) umożliwia zapis obrazów w 12 bitowej skali. Oznacza to, że każdy punkt obrazu (piksel) może przyjąć jedną z 216 = 4096 wartości poziomów szarości. Graficznym sposobem przedstawienia rozkładu stopni szarości jest histogram. Mówi nam o tym jak licznie występują w obrazie punkty o różnych poziomach szarości (jasności). Rozkład poziomów szarości (jasności) w wybranym przekroju obrazu ilustruje profil liniowy lub zaawansowany profil linowy, który jest wynikowym profilem przekroju tła i profilem przekroju wybranego obszaru analizy. Na przykładzie przedstawionego oryginalnego zdjęcia rentgenowskiego [A] zilustrowano podstawowe pojęcia charakteryzujące obraz w dziedzinie przestrzennej – histogram [B] i profil liniowy [C] w przekroju wzorca dwupręcikowego. Z analizy histogramu można uzyskać wiele użytecznych informacji o analizowanym obrazie. Należy jednak mieć na uwadze, że histogram zawiera jedynie informacje o częstościach występowania pikseli o określonych stopniach szarości (jasności), nie zawiera natomiast informacji o ich przestrzennym rozłożeniu. Operacje na histogramie powodują zmianę jasności i kontrastu obrazu. Może to być przydatne w analizie ujawnionych na zdjęciu rentgenowskim niezgodności. Rozkład poziomów szarości w profilu linowym wybranego przekroju [w przykładzie przekrój przez wzorzec dwupręcikowy] umożliwia ocenę nieostrości całkowitej. Zdjęcie rentgenowskie - oryginał 79 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. Do określenia nieostrości zgodnie z normą EN 462-5 należy przyjąć pierwszą parę pręcików widoczną jako pojedynczy element. Na profilu linowym jest to pierwsza para ze zmienną intensywnością skali szarości [dolina krzywej skali szarości] mniejszą niż 20%. Podstawowa rozdzielczość przestrzenna SR b odpowiada wówczas połowie zmierzonej nieostrości. Profil liniowy poprowadzony przez przekrój niezgodności umożliwia również wyznaczenie jej wymiaru w linii profilu oraz procentowy ubytek grubości materiału w linii profilu spowodowany tą niezgodnością. W ilustrowanym przykładzie szerokość niezgodności wynosi ok. 6 mm, a procentowy ubytek grubości materiału wynosi 28%. Obok histogramu i profilu liniowego do analizy obrazów wykorzystuje się również operacje kontekstowe. Operacje te pozwalają wydobyć z obrazu wiele informacji przydatnych w dalszej ocenie. Na operacje kontekstowe składają się filtry dolnoprzepustowe i górnoprzepustowe. Filtr dolnoprzepustowy tłumi składowe widma sygnału o dużej częstotliwości, bez zmian pozostają składowe małej częstotliwości. Zastosowanie tych filtrów głównie polega na usuwaniu szumów i zakłóceń. Sposób działania tych filtrów polega na wyznaczaniu wartości jednego piksela obrazu wynikowego na podstawie obliczeń na wielu pikselach obrazu źródłowego. Piksele te pochodzą z otoczenia wybranego piksela. Filtry te wykorzystuje się głównie do: poprawy ostrości obrazu usunięciu określonych wad obrazu poprawy jakości technicznej obrazu poprzez wyostrzenie lub wygładzanie Filtracja górnoprzepustowa natomiast wzmacnia szczegóły o dużej częstotliwości występujące w obrazie. Ujemnym skutkiem jest wzmocnienie szumów. Zasada przeprowadzania obliczeń jest podobna. Na obrazie wynikowym prawie wszystkie punkty należące do tła i wewnętrznej części obrazu zostają wyzerowane (usunięte), a punkty należące do krawędzi i granic pomiędzy obiektami i tłem zostają wyeksponowane i wzmocnione. Podstawowe własności operatorów gradientowych to: pierwsza pochodna obrazu może być wykorzystana do detekcji krawędzi oraz jej kierunku punkt zmiany znaku drugiej pochodnej (miejsce zerowe) obrazu można wykorzystać do wyznaczenia miejsca występowania krawędzi. Wadą operatorów gradientowych jest uwypuklenie zakłóceń impulsowych w obrazach. Może to powodować pogarszanie jakości obrazu lub nawet detekcję fałszywej krawędzi. Najbardziej popularnymi operacjami krawędziowymi są operatory Sobela, Roberta , Prewitta oraz pseudo operatory Laplaca. 80 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. Jednym z najprostszych sposobów detekcji krawędzi jest wykorzystanie w tym celu pierwszej pochodnej funkcji opisującej zmiany stopni szarości obrazu. Obraz krawędzi otrzymujemy po zróżniczkowaniu sygnału wykorzystując odpowiedni próg detekcji podczas binaryzacji. Dodatkową zaletą tego rozwiązania jest fakt, że dla bardziej rozmytych krawędzi (tam gdzie są łagodne przejścia) maksimum pierwszej pochodnej ma niższą wartość. Bardziej jednoznaczne wyniki daje zastosowanie drugiej pochodnej. W tym przypadku krawędź odpowiada wprost miejscu zerowemu drugiej pochodnej. Na obrazie komputerowym trudno jest wyznaczyć pochodną. Jednakże wystarczająco dobrym przybliżeniem pochodnej są lokalne gradienty. Operatory Sobela, Robertsa i Prewitta są prostymi operatorami do wykrywania krawędzi poziomych, pionowych i skośnych. Wszystkie te operatory widzą krawędź jako maksimum gradientu – wykrywają nagłą zmianę intensywności. Operator Robertsa jest dość wrażliwy na szum. Jest to spowodowane tym, że bierze on pod uwagę jasności jedynie pojedynczych pikseli. Jest bardzo popularny ze względu na swoja prostotę i szybkość obliczeniową. O wiele mnie wrażliwy na szum jest operator Sobela, ale wyznaczone tym operatorem krawędzie nie są precyzyjnie zlokalizowane i mają różną intensywność. Identycznie jak operator Sobela działa operator Prewitta – różnica polega na użyciu innych macierzy do obliczania gradientu. Operator Robertsa bazuje na macierzy 3x3 i wyznacza gradient w czterech różnych kierunkach 00,450,900 i 1350 . Operatory Sobela i Prewitta bazują również na macierzy 3x3 ale gradient wyznaczany jest w dwóch kierunkach 00 i 900 . 81 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. Operator Laplaca przyjmuje, że maksimum gradientu odpowiada zwykle zerowaniu drugiej pochodnej. W okolicach krawędzi laplasjan osiąga wartości ekstremalne. Jest bardzo wrażliwy na szum. Na obrazach typu laplasjan krawędzie rozdzielają obszary ujemne i dodatnie. Obraz krawędzi powstaje poprzez zlokalizowanie pikseli leżących na przejściu laplasjanu przez wartość zero. Detekcję takich pikseli można wykonać metodą szukania pikseli o przeciwnych znakach. Ten piksel, który ma mniejszą wartość bezwzględną laplasjanu jest uznawany za krawędź. Laplasjan jest izotropowym operatorem różniczkowym drugiego stopnia. Jego przybliżeniem w przypadku dyskretnego obrazu będzie, analogicznie jak dla wcześniej opisanych gradientów, suma różnic wartości poszczególnych punktów i punktu centralnego. Ponieważ różnica jest obliczana dla czterech kierunków, to przy zapisie odpowiedniej macierzy punkt centralny musi być pomnożony przez cztery. Ponieważ taki zapis nie jest w istocie izotropowy, gdyż wyraźnie uprzywilejowany jest kierunek pionowy i poziomy, można to poprawić poprzez uwzględnienie pozostałych czterech kierunków. Wówczas punkt centralny macierzy z wartości -4 zmienia się na wartość -8 [4]. W jakim stopnie przedstawione operatory zostaną wykorzystane w praktyce przy analizie rentgenowskich obrazów cyfrowych zależy od doświadczenia inspektora dokonującego analizy. Ważne jest, aby uświadomić sobie na czym polegają różnice miedzy tymi operatorami i jaki uzyskujemy efekt końcowy po ich zastosowaniu. Na tym samym zdjęciu złącza spawanego zilustrowano działanie i różnice poszczególnych operatorów. Mogą one być przydatne przy wyznaczaniu kształtów kontrolowanych części maszyn, odlewów czy analizy konturów niezgodności spawalniczych [7]. Dodatkowo poza wymienionymi operatorami aplikacje do obróbki obrazów cyfrowych umożliwiają lokalne działanie na kontraście poprzez jego wyostrzanie lub wyrównywanie . 82 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. 5. Radiografia cyfrowa [RT-CR] w badaniu i ocenie złączy spawanych Należy w tym miejscu odnotować, że spodziewane jest w najbliższym czasie wydanie dwóch norm, które zastąpią normę EN 1435, a mianowicie: EN ISO 17636-1, Badania nieniszczące spoin – Badanie radiograficzne złączy spawanych – Część 1: Techniki RTG i gamma z filmem EN ISO 17636-2, Badania nieniszczące spoin – Badanie radiograficzne złączy spawanych – Część 1: Techniki RTG i gamma z technikami cyfrowymi Wprowadzenie tych norm porządkuje wymagania w zakresie technologii wykonania zdjęć rentgenowskich w technice klasycznej RT, z wykorzystaniem detektora w postaci błony rentgenowskiej i w technice cyfrowej RT-CR, z wykorzystaniem detektora w postaci płyt IP lub paneli DDR. Współzależność cech ilustruje tabela poniżej: Rozpatrywana cecha Klasa badania Klasa systemu detektora EN ISO 17636-1 EN ISO 17636-2 A - podstawowa i B - specjalna Błona rentgenowska + Płyta IP /panel DDR + obróbka: systemy C3;C4 i C5 skaner: systemy IP1/Y ÷ IP6/Y Techniki badania Wg przywołanych rysunków Dobór źródła promieniowania Wg prześwietlanego zakresu grubości. Przy aparatach rentgenowskich wyznaczenie U max na podstawie wykresu Odległość źródło - detektor Na podstawie nomogramu określenie FFAmin dla klasy badania A lub B Intensywność zaczernienia Gęstość optyczna D Klasa A ≥ 2,0 Klasa B ≥ 2,3 Jakość obrazu Potwierdzona widocznością Potwierdzona widocznością wymaganego pręcika wzorca wymaganego pręcika wzorca jednopręcikowego jednopręcikowego i rozdzielczością podstawową potwierdzoną wzorcem dwupręcikowym 83 Parametr SNRN, którego wartość minimalna uzależniona jest od klasy badania i stosowanego źródła promieniowania KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. Naturalnym pierwszym krokiem w kierunku radiografii cyfrowej złączy spawanych i również innych obiektów jest digitalizacja klasycznych zdjęć rentgenowskich. Digitalizacja radiogramów to nie tylko przetworzenie analogowego obrazu z błony rentgenowskiej w obraz cyfrowy to spójny system, który w ramach systemu radiografi cyfrowej umożliwia: zarządzanie projektami na których wykonywane są badania rentgenowskie ocenę i raportowanie dystrybucję wewnętrzną w ramach organizacji laboratorium oraz zewnętrzną poprzez globalną sieć (teleradiologia) archiwizowanie połączone z systemem wyszukiwania archiwalnych zdjęć z danego projektu edukację poprzez tworzenie zestawów przykładowych badań i referencyjnych opisów. W laboratorium badań nieniszczących firmy Technic-Control Sp. z o.o. od trzech lat pracuje system do digitalizacji radiogramów DR3000 angielskiej firmy Computerised Information Technology Ltd (www.cituk-online.com) [5]. Podstawowymi elementami tego systemu są: skaner klasy DS umożliwiający skanowanie zdjęć rentgenowskich o wymiarach od 50x100 mm do 360x450mm oraz filmy z rolki do długości 5 metrów, w zakresie rozdzielczości od 50 do 450 mikronów i w zakresie gęstości optycznej od 0,05 do 4,50. Monitor diagnostyczny 21 calowy o rozdzielczości 2650x2048 – monochromatyczny Komputer z systemem operacyjnym Windows NT / XP / 2000 i pamięcią RAM minimum 1 GB, wyposażony w dysk HDD podzielony na 12 partycji, dysk DVDRAM, DVD-CD oraz kartę graficzną Real Vision MD5 i kartę SCSI – Adapter AHA2940U Software CIT/DR-3000 umożliwiający zarządzanie cyfrowymi radiogramami oraz ich obróbkę. Jednym z podstawowych zadań radiologa jest obliczenie czasu ekspozycji. W przypadku radiografii z klasyczna błoną rentgenowską zależy on od: 84 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. napięcia lampy rentgenowskiej lub aktywności źródła gamma odległości źródło-detektor materiału i jego grubości czułości detektora i. klasy systemu błon wymaganej gęstości optycznej filmu. Parametr ekspozycji jest zwykle wyliczany jako iloczyn mA*s dla lamp rentgenowskich lub GBq*s (również Ci*s) dla źródeł gamma. Pozwala to na prawidłową ekspozycję filmu dla danej gęstości optycznej i danego systemu błon. W radiografii cyfrowej z wykorzystaniem płyt IP lub detektorów DDR bez zmian pozostają: źródła promieniowania i badane obiekty. Jeżeli klasyczna błona zostanie zastąpiony innymi detektorami rejestrującymi obraz cyfrowy, należy charakterystyczne parametry dla błony zastąpić równoważnymi parametrami właściwymi dla danego detektora cyfrowego. W zasadzie każdy kto wdraża w swoim laboratorium badań nieniszczących radiografię bezbłonową [cyfrową] zadaje zwykle dwa pytania: Jaka jest wartość równoważna dla gęstości optycznej ? Czy są zapewnione wykresy ekspozycji dla detektorów cyfrowych? Radiolog musi określić właściwe warunki ekspozycji dla zapewnienia wymaganej jakości obrazu. Jakość obrazu po ekspozycji sprawdza się poprzez prawidłowe odczytanie wskaźników jakości IQI. Są to zazwyczaj pręciki (EN 462-1, ASTM E 747), wzorce schodkowe (EN 462-2) lub wskaźniki płytkowo-otworkowe (np. ASTM E 1025). Oczekuje się, że zostanie uzyskane minimalne postrzeganie wymaganego IQI i wymagane zaczernienie charakteryzowane gęstością optyczną dla detektora typu błona rentgenowska. Według tych kryteriów generalnie określa się właściwą ekspozycję mA*s lub GBq*s (Ci*s). Gęstość optyczna [D] jest określana jedynie dla filmu i jest definiowana jako: D = log (Lo / L) gdzie: Lo L – natężenie światła (luminancji) pomierzone na negatoskopie. – natężenie światła (luminancji) pomierzone na filmie znajdującym się na negatoskopie Warunki ekspozycji możemy zatem korygować wg zależności: B B0 I [ mA]T[min] I [ mA]T0[min] FFA FFA0 2 D RBF D0 RBF0 gdzie: B B0 FFA FFA0 D D0 RBF RBF0 - wartość ekspozycji po korekcie [mA min = I x T] - wartość ekspozycji pierwotna [korygowana] - odległość źródło – błona [ogniskowa po korekcie] - odległość źródło – błona [ogniskowa korygowana] - gęstość optyczna radiogramu [po korekcie] - gęstość optyczna radiogramu [korygowana] - względny współczynnik ekspozycji błony [nowej] - względny współczynnik ekspozycji błony [zastosowanej] 85 [6] KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. Zdjęcia cyfrowe w systemach CR i DDR nie mogą być opisywane gęstością optyczną – wynika to z definicji tego parametru i tym samym korekta ekspozycji nie może być dokonywana w oparciu o przedstawioną wyżej zależność. Przez analogię do detektora typu błona rentgenowska, należy zatem określić wartość równoważną dla wartości gęstości optycznej i wymaganego systemu filmowego (typ filmu i warunki wywoływania, czułość filmu). Według normy EN ISO 17636-2 w przypadku cyfrowego badania radiograficznego należy uzyskać minimalne wartości współczynnika SNR [SNRN] lub minimalne wartości szarości w przypadku radiografii RT-CR. Należy zwrócić uwagę, że w przypadku radiografii RT-CR mamy do wyboru dwa parametry, które możemy stosować zamiennie. Jest to bardzo ważne w praktycznych zastosowaniach. Minimalne wartości SNRN i metalowe okładki wzmacniające przednie (tylko CR) dla cyfrowej radiografii złączy spawanych ze stali, stopów miedzi i niklu Źródło promieniowania Prześwietlana grubość materiału [mm] Klasa A Klasa B Typ i grubość metalowych ekranów czołowych 100 180 Brak 70 120 0-0,1 (Pb) 70 100 0-0,1 (Pb) 50 70 100 0-0,25 (Pb) > 50 70 70 0,1-0,3 (Pb) ≤ 50 70 100 0,1-0,3 (Pb) > 50 70 70 0,1-0,3 (Pb) ≤5 >5 ≤ 50 > 50 ≤ 100 > 100 ≤ 100 70 70 70 70 70 70 70 120 100 100 70 100 70 100 0-0,1 (Pb) 0-0,1 (Pb) 0,1-0,3 (Pb) 0,1-0,4(Pb) 0,5 (Fe) + 1,5 (Pb) 0,5 (Fe) + 2,0 (Pb) 0,5 (Fe) + 1,5 (Pb) > 100 70 70 0,5 (Fe) + 2,0 (Pb) Defektoskop RTG Napięcie U ≤ 50 kV Defektoskop RTG Napięcie U= 50-150 kV ≤ 50 Defektoskop RTG Napięcie U= 150- 250 kV Defektoskop RTG Napięcie U= 250- 350 kV Defektoskop RTG Napięcie U= 350- 450 kV Yb 169 Ir 192, Se 75 Co 60 a, b Potencjały promieniowania a, b X > 1 MV Minimalne SNRN a w przypadku ekranów wieloczęściowych (Fe+Pb), ekran stalowy należy umieścić pomiędzy płytą IP a ekranem ołowianym. b zamiast Fe lub Fe+Pb można stosować również ekrany z miedzi, tantalu lub wolframu, jeżeli możliwa jest do uzyskania jakość obrazu. 86 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. Wymagane wartości SNRpomierzone dla wybranych systemów CR o różnych SRb [rozdzielczość podstawowa – na podstawie wzorca dwupręcikowego] Parametr systemu system wysokiej rozdzielczości [HD] system standardowy [SL] Wielkość piksela 25 µm 50 µm 50 µm 100 µm Pomierzone SRb 40 µm 63 µm 80 µm 130 µm Kwalifikacja za pomocą wskaźnika dwupręcikowego 13+ 12 11 9 Wymagane SNRN Patrz Tab. wyżej Wymagane SNRpomierzone 180 80 130 160 265 120 55 85 110 180 100 45 70 90 150 70 35 50 65 100 Odpowiedź na pytanie następująca: „jaka jest wartość równoważna dla gęstości optycznej ?” jest wartością równoważną dla gęstości optycznej dotyczącej radiografii klasycznej jest współczynnik sygnału do szumu [SNR] dotyczący radiografii komputerowej. Procedura pomiaru współczynnika sygnału do szumu jest szczegółowo opisana w EN 147841, podpunkt 6.1. Pomierzony współczynnik sygnału do szumu SNR pomierzone jest zwykle ustalany w oknie 20 x 55 pikseli jako iloraz linearyzowanej średniej wartości szarości i jej standardowej odchyłki. Linearyzowana wartość szarości jest proporcjonalna do dawki promieniowania w mierzonym obszarze zainteresowania [ROI] i wynosi zero dla obszarów nie poddanych ekspozycji. Okno do pomiaru SNR powinno również być ograniczone na szerokość do 20 pikseli. Długość może być ≥ 55 pikseli. Większa długość zwiększa dokładność pomiaru SNR. Ma to zastosowanie szczególnie wtedy, jeżeli pod uwagę brana jest w narzędziu programowym środkowa liniowych wartości SNR jak opisano w EN 14784-1. Nieostre systemy cyfrowe uzyskują wyższe SNRpomierzone niż ostre, ale działają gorzej w przypadku wykrywania drobnych błędów niż systemy ostre. W związku z tym SNR pomierzone jest normalizowane poprzez podstawową rozdzielczość przestrzenną . Normalizacja opiera się na wartości podstawowej rozdzielczości przestrzennej systemu CR [SRb – rozdzielczość podstawowa określona na podstawie wzorca dwupręcikowego] zgodnie z tym, co podaje producent lub określonej przez użytkownika zgodnie z procedurą opisaną w normie EN 17636-2. W celu wyliczenia SNRN wszystkie pomierzone wartości SNRN są korygowane w sposób następujący: 88,6 m SNRN SNR pomierzone * SRb 87 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. Wartość SNRN określa się korzystając ze specjalnych aplikacji np. ISee autorstwa BAM – Berlin. Przy raz wprowadzonej podstawowej rozdzielczość oprogramowanie wyznacza współczynnik SNRN dla każdego zaznaczonego do pomiaru rejonu zainteresowania [ROI]. Jeżeli parametry skanera takie jak np. rozdzielczość pikseli, prędkość skanowania i / lub typ płyty IP uległy zmianie należy ponownie wyznaczyć wartość SRb w celu wyznaczenia zaktualizowanego współczynnika SNRN. Współczynnik SNRN lub wartość szarości w radiografii RT-CR należy mierzyć poza złączem spawanym w pobliżu IQI pręcikowego lub schodkowo-otworkowego w grubszej części spawanego materiału bazowego, w strefie równomiernej grubości ścianki i wartości szarości. Ponieważ chropowatość materiału wpływa na szum obrazu i SNRN , wartości określone w normie są jedynie wartościami zalecanymi. W radiografii klasycznej gęstość optyczna zwykle zawiera się pomiędzy 3,5 a 4, jeżeli jest mierzona w strefie wpływu ciepła. Odpowiada to wyższemu o około 1,4 współczynnikowi SNRN w porównaniu do środka spoiny, która powinna mieć gęstość optyczną 2.0 lub wyższą. W związku z powyższym norma zaleca dokonywanie pomiaru SNRN w SWC, ponieważ jest to zazwyczaj obszar o stałym poziomie szarości i umożliwia dokładne pomiary SNRN. Wartości minimalne należy wówczas zwiększyć o 1,4 w stosunku do wartości określonych normą. Odpowiedź na drugie pytanie „czy są zapewnione wykresy ekspozycji dla detektorów cyfrowych?” jest prosta i zarazem bardzo skomplikowana. Prosta – bo odpowiedź brzmi – nie, dla detektorów cyfrowych nie zostały dotychczas opracowane wykresy ekspozycji. Skomplikowana – bo skomplikowany jest sposób wyznaczania czasu ekspozycji. Odbywa się na bazie kolejnych prób, a wszystkie cytowane wyżej zależności, które się sprawdzają w radiografii klasycznej nie znajdują zastosowania. Próby należy przeprowadzać – przy kolejnych zmianach tylko jednego parametru i badania skutków jego oddziaływania na współczynnik SNRN i SRb [10]. W firmie Technic-Control Sp. z o.o. jak wspomniano wykorzystywany jest system CR zbudowany na skanerze HD-CR35V firmy Duerr i oprogramowaniu DR3000 firmy CIT z Anglii i oprogramowaniu ISee instytutu BAM z Berlina. Jako źródło promieniowania stosowano aparaty rentgenowskie firmy Balteau z rodziny Baltospot, a detektorem była płyta IP – wysokiej rozdzielczości [HD] firmy Fuji. Wzrost dawki ekspozycji – zwiększanie napięcia U na lampie rentgenowskiej, ograniczał uzyskanie większej wartości SNRN. Najprawdopodobniej było to spowodowane szumem strukturalnym stosowanych płyt IP, który przy dużych energiach był dodatkowo pobudzany. Efekt skanera może również powodować dodatkowy szum taki jak np. „pomarszczone” linie. Szum strukturalny płyty IP stanowi skutek uboczny niejednorodności wynikającej z procesu produkcyjnego warstwy fosforowej. Efekt ten jest również znany z ekranów fluorescencyjnych. Przykład możliwej do uzyskania jakość obrazu przy badaniu spoin ilustrują zdjęcia poniżej [płyta grubość 8,0 mm]. Zostały one wykonane przy różnych czasach ekspozycji: 1 min i 8 min, a pozostałe warunki ekspozycji pozostawały bez zmian. Czasy ekspozycji długie powodują, że szum obrazu jest determinowany szumem strukturalnym systemów CR – zaczynają pojawiać się wady płyt IP [rysy, pozostałości po poprzednich obrazach – niedokładne kasowanie]. Przykład ten pokazuje, że przy krótkich czasach uzyskujemy z punktu widzenia parametrów gorszą jakość obrazu - zarówno w wartościach SRb jaki i SNRN. Dopiero przy czasie ekspozycji 8 razy dłuższym system HD CR osiąga klasę badania B. 88 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. Warunki ekspozycji: U=120 kV; I=10 mA; SDD=1000mm; T=1 min Uzyskany efekt: SNR=20-25 [w SWC]; GV [stopnie szarości]=625-693 SRb= 0,16 mm [8 para pręcików] Warunki ekspozycji: U=120 kV; I=10 mA; SDD=1000mm; T=8 min Uzyskany efekt: SNR=60-67 [w SWC]; GV [stopnie szarości]=4027-4594 SRb= 0,10 mm [10 para pręcików] Nie ma innej możliwości jak budowanie własnych tabel lub krzywych ekspozycji dla własnych defektoskopów poprzez kolejne czasochłonne próby. Nie ma innej możliwości jak szukanie kompromisu pomiędzy wszystkimi parametrami jakości obrazu. Jeżeli defektoskopy mają możliwość regulacji i napięcia i prądu żarzenia uzyskujemy efekt zdecydowanie lepszy. 89 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. Dobór parametrów ekspozycji gwarantujący spełnienie wymagań normy sprawia najwięcej trudności – może nawet zniechęcać przed dalszymi próbami. Oddzielnym zagadnieniem jest ocena złączy spawanych na podstawie radiogramów cyfrowych i ich dokumentowanie. Radiogram cyfrowy uzyskany w procesie digitalizacji radiogramu cyfrowego lub poprzez odczyt z płyty IP za pomocą specjalnego oprogramowania poddawany jest dalszej ocenie i obróbce. W ten sposób zostaje zastąpiona ocena „z negatoskopu” na ocenę „z ekranu monitora”. Nie o samą ocenę tutaj jednak chodzi. Jest to przemyślany system kompleksowego zarządzania metodą RT-CR. Dlatego przed wdrożeniem tego systemu należy dokładnie przeanalizować cały proces technologiczny badania rentgenowskiego od momentu przyjęcia zlecenia do momentu wystawienia raportu z badań. Jest to bardzo istotne, ponieważ proces radiografii komputerowej nie sprowadza się tylko do wytworzenia radiogramu w formie cyfrowej. System do wytworzonego radiogramu cyfrowego dopisuje informacje o obiekcie badania, informacje o częściach badanego obiektu, zastosowanej technice rentgenowskiej, ocenie niezgodności i poziomach akceptacji oraz informacje o personelu zaangażowanym w proces badania. Jest to połączenie obrazu z kompletną ewidencją badań metodą RT. Informacje te nie tworzą bazy danych lecz są zapisywane w kodowanych plikach tekstowych integralnie związanych z obrazem. Uszkodzenie któregokolwiek pliku jest sygnałem dla systemu, że zdjęcie nie jest oryginałem. System zabezpieczony jest przed osobami niepowołanymi hasłami, podpisami elektronicznymi i kodami dostępu. Wśród użytkowników systemu wyróżnione są następujące funkcje: Administrator, Operator, Supervisor, F-Inspektor, S-Inspektor, Auditor . O tym czy wszystkie, czy tylko wybrane funkcje zostaną zaadoptowane decyduje administrator systemu. Sprawdzonym rozwiązaniem jest rozdzielenie praw – inspektor ma prawo tylko do skanowania radiogramów i zapisywania ich obrazów cyfrowych w katalogu podręcznym [PendikStick], a supervisor ma prawo do obróbki obrazów, oceny, autoryzacji, raportowania i archiwizowania. Administrator zarządza aplikacją. Konfiguruje aplikację do organizacji laboratorium, przydziela uprawnienia innym użytkownikom, opracowuje techniki rentgenowskie i profile produktu. Natomiast audytor ma prawo tylko do przeglądania obrazów cyfrowych, do przeglądania przypisanych tym obrazom informacji oraz do wnoszenia w specjalnie wydzielonych polach swoich komentarzy, które natychmiast po zatwierdzeniu przez audytora zostają na stałe przypisane danemu obrazowi. Rola audytora najczęściej 90 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. zarezerwowana jest dla inspektora zewnętrznego nadzoru technicznego [inspektora UDT czy okrętowego towarzystwa klasyfikacyjnego]. Pierwszy etap – etap przygotowawczy [etap administratora] jest bardzo ważny. Na tym etapie rozstrzyga się, jakie informacje i w jakiej formie przypisane zostaną do konkretnego obrazy rentgenowskiego oraz kto uczestniczy w procesie digitalizacji i oceny radiogramów. Aplikacja w tym miejscu jest bardzo elastyczna – i zostawia dość dużo swobody administratorowi. Należy zdefiniować w jaki sposób będzie opisywany obiekt badania. Dodatkowo do każdego profilu projektu można zdefiniować : części składowe z ich rysunkami w formacie *.dwg [AutoCad] wchodzące w zakres tego projektu, procesy spawalnicze stosowane na tym projekcie, zespół spawaczy zatrudnionych na tym projekcie, wymagane poziomy jakości. Następnie należy do danego obiektu przyporządkować możliwe do zastosowania techniki rentgenowski. Oczywiście muszą być one zgodne z obowiązującym normami. W ten sposób wypełniamy zadanie treścią, która jest istotna dla projektu i procesu kontroli rentgenowskiej. Treścią, która następnie będzie przypisana poszczególnym zdjęciom wykonywanym na danym projekcie, danej części projektu, spawanej daną techniką przez określonego spawacza itp. Dane te uzupełnione są badaną grubością detalu i materiałem, z którego jest on wykonany. Przy zdjęciu tworzy się pełna ewidencja badań. Popełniony na tym etapie błąd jest w zasadzie nie do naprawienia w trakcie realizacji projektu. W czasie pracy z obrazem cyfrowym prześwietlonego obiektu możemy uzupełniać dane zarówno w istniejącym profilu produktu (product information) np. wpisując nr serii, nr sekcji [części], kod mistrza spawalniczego itp. jak również w profilu techniki (radiographic technique) podając: zastosowane napięcie na lampie rtg lub aktywność źródła, czas 91 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. ekspozycji, odległość źródło – błona itp. ale tylko w ramach ustalonych wcześniej reguł. Zmiana reguł w istniejącym już projekcie wymaga powtórzenia całego procesu rejestracji cyfrowych radiogramów ich oceny i autoryzacji. Typowy cykl obróbki rentgenowskich obrazów cyfrowych składa się z pięciu kroków: 1. wczytanie profilu produktu; 2. weryfikacja techniki RT; 3. skanowanie radiogramu lub płyty IP; 4. analiza i obróbka cyfrowego radiogramu; 5. zapis obrazy do zbioru tymczasowego (PendingStack) lub autoryzacja zakończona zapisem do zbioru podstawowego Oddzielnym elementem systemu jest archiwizacja zbiorów radiogramów z przypisanymi im informacjami dotyczącymi profilu projektu, technik RT; opisów niezgodności i wiele innych informacji, o których wspomniano powyżej. Ważnym etapem jest obróbka cyfrowego radiogramu – jest to po prostu ocena z ekranu. Aplikacja umożliwia obróbkę obrazu przy pomocy opisanych wyżej narzędzi wykorzystujących operatory graficzne, histogramy, profile liniowe i operatory polepszające kontrast, wycinanie obszarów do oceny itp. Należy stanowczo odnotować – że wszystkie operacje na obrazie cyfrowego radiogramu prowadzone są tylko i wyłącznie w celu poprawy warunków jego oceny. Nie powodują one zmian oryginału. System gwarantuje zabezpieczenie oryginału zdjęcia przed jakąkolwiek trwałą ingerencja – i tylko taki system może być stosowany w praktyce laboratoryjnej. 92 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. Oko ludzkie wspomagane jest różnymi narzędziami, którymi dysponuje aplikacja, umożliwiającymi bardziej obiektywną i bardziej dokładną ocenę . Do dyspozycji są: narzędzia umożliwiające obrót o dowolny kąt we wszystkich możliwych kierunkach, narzędzia ROI umożliwiające analizę wyciętych fragmentów obrazu, narzędzia umożliwiające dokładne pomiary liniowe i kątowe, pomiary gęstości optycznej lub SNR w obszarach wyznaczonych wskaźnikiem myszki. Elektroniczne markery umożliwiają bezpośrednio na radiogramie opisywanie ujawnionych niezgodności spawalniczych. Opisane narzędzia ułatwiają podjęcie decyzji i jej należyte udokumentowanie. Możliwość sporządzenia bezpośrednio po ocenie tzw. raportu roboczego umożliwia sprawną dystrybucję informacji w relacji laboratorium badań nieniszczących – wykonawca konstrukcji. Szczególnie jest to ważne przy planowaniu i prowadzeniu naprawy. Wszystkie te operacje można przeprowadzać na obrazach cyfrowych zapisywanych w zbiorach tymczasowych. Przypisane obrazom informacje mogą być na tym etapie weryfikowane i poprawiane. Do działania na zbiorach tymczasowych uprawniony jest zazwyczaj najniższy szczebel w hierarchii użytkowników. Dopiero autoryzacja wykonana przez Supervisora „na sztywno” wiąże wszystkie informacje z obrazem cyfrowym i zapisuje je razem z obrazem w katalogach charakterystycznych dla danych projektów. Dopiero z tego poziomu możliwe jest archiwizowanie w ściśle określonym systemie umożliwiającym następnie szybkie wyszukiwanie wskazanych zdjęć ze zbiorów archiwalnych. Supervisor na etapie autoryzacji weryfikuje ocenę i wszystkie przypisane obrazowi informacje. Przy podejmowaniu decyzji może korzystać z dodatkowych narzędzi takich jak: zdefiniowane katalogi niezgodności spawalniczych, zdefiniowane katalogi spawaczy zdefiniowane katalogi procesów spawalniczych Na tym etapie możliwe jest wnoszenie dodatkowych informacji dotyczących zakresu badania, długości badanego odcinak, długości odcinka ocenianego. Możliwe jest również wnoszenie 93 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. własnych komentarzy i uwag. Korzystając z elektronicznych pomocy typu linijki, wzorce średnic i powierzchni [Flaw Gauge] można precyzyjnie określać wymiary niezgodności oraz ich lokalizację na radiogramie definiowaną współrzędnymi płaskiego układu współrzędnych. Wszystkie te informacje są dostępne przy przeglądaniu autoryzowanych zdjęć przez audytora. 5. Radiografia komputerowa – pomiar ubytków korozyjnych W funkcjach pomiarowych aplikacja DR3000 obok operacji typu: kalibracja długości, kalibracja gęstości optycznej, profil liniowy i zaawansowany profil liniowy, histogram, pomiar długości, zawiera bardzo użyteczne narzędzie – pomiar grubości rur i płyt na podstawie wykonanego cyfrowego zdjęcia rentgenowskiego. Do wyznaczania grubości ścianek rur (również izolowanych – bez konieczności demontażu izolacji) wykorzystywana jest metoda radiografii profilowej lub tangensowej, a do wyznaczania ubytków korozyjnych na płytach metoda przenikanej grubości materiału. W obu przypadkach stosowana jest technika prześwietlania prostopadłego [rys. 12 wg PN-EN 1435 dla rur i rys. 1 wg PN-EN 1435 dla elementów płaskich]. Należy zaznaczyć, że w przypadku badania zjawisk korozyjnych na podstawie cyfrowych radiogramów najważniejszym w 94 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. procesie jest etap ekspozycji. Wymagana jest w tym miejscu reżimowa dyscyplina technologiczna. Geometria naświetlania ma decydujący wpływ na dokładność pomiaru. W radiografii profilowej ważne jest, aby oś główna wiązki promieniowania leżała w jednej z płaszczyzn symetrii [pionowej] rury i jednocześnie była prostopadła do drugiej płaszczyzny symetrii [poziomej] rury. Detektor promieniowania [błona rentgenowska w kasecie lub płyta obrazowa] musi być umieszczona prostopadle do osi głównej wiązki promieniowania. Precyzyjnego wyznaczenia i odnotowania wymaga również odległość źródło – detektor. Jeżeli ocenie podlega grubość rury izolowanej należy zawsze wykonać dwie ekspozycje [kierunki naświetlania co 900] w celu określenia ułożenia rury w izolacji. Nie centryczne ułożenie rury wymaga korekty wielkości geometrycznych wprowadzanych jako wejściowe do obliczeń. Metoda radiografii profilowej znajduje zastosowanie do badania grubości rur o średnicach zewnętrznych nie większych niż 150 mm i grubości ścianki nie większej niż 8 mm. W pozostałych przypadkach należy stosować metodę radiografii tangensowej, która różni się tym, że oś główna wiązki promieniowania jest prostopadła do poziomej płaszczyzny symetrii rury i styczna do zewnętrznej powierzchni rury. W zasadzie nie ma specjalnych wytycznych co do źródeł promieniowania. Możliwe jest stosowanie zarówno aparatów rentgenowskich jak również defektoskopów izotopowych. Problem leży w tym, aby uzyskać w miarę wyraźne – nie rozmyte krawędzie zarówno wewnętrzne jak i zewnętrzne. Należy znaleźć kompromis pomiędzy wymiarem źródła promieniowania, czasem ekspozycji i energią promieniowania. Najlepsze rezultaty uzyskuje się przy małym źródle promieniowania, krótkim czasie ekspozycji i dużej energii promieniowania. Gęstość optyczna w odróżnieniu do badania spoin w tym przypadku jest wielkością wtórną, ważne jest, aby uzyskać obraz zarysowanych nie rozmytych krawędzi – wykrywalnych przy pomocy profilu liniowego. Lepsze rezultaty uzyskuje się przy stosowaniu defektoskopów izotopowych ze źródłem Ytb, Se75, Ir192, Co60. Zastosowanie aparatów rentgenowskich ograniczone jest do wymiarów źródła 2,5x2,5 i energii promieniowania do 300 kV [5]. Przy doborze źródła promieniowania, ściślej energii promieniowania należy uwzględnić tzw. grubość krytyczną . Jest to największa grubość przez którą przechodzi cząstka promieniowania rentgenowskiego. W niektórych przypadkach grubość krytyczna wykluczy zastosowanie aparatu rentgenowskiego i może ograniczyć stosowanie źródeł izotopowych [Ir192 – Pkmax=80 mm a Co60 – Pkmax=180 mm]. Jeżeli w rurze znajduje się medium – należy również przy określaniu warunków ekspozycji uwzględnić współczynnik osłabienia promieniowania [5]. Przy dokonywaniu pomiarów liniowych – pomiarów grubości na podstawie cyfrowego obrazu rentgenowskiego ważna jest wcześniejsza kalibracji tzn. przypisanie określonej liczbie pikseli obrazu określonej znanej wielkości liniowej 95 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. długości. Do tego celu można wykorzystać wzorce pręcikowe – odległość miedzy pręcikami wynosi 5 mm, można wykorzystać znaną wielkość średnicy zewnętrznej rury. Można również wykorzystać specjalny przyrząd GammaGauge [5], który w obrazie rentgenowskim przedstawia podziałkę liniową, którą można wykorzystać do kalibracji. Wszystkie te aspekty muszą być uwzględnione w procedurze badania ubytków korozyjnych łącznie z walidacją tej metody. W niniejszym artykule zostały one tylko zasygnalizowane. Przy badaniu grubości ścianek rur, jeżeli zdjęcie rentgenowskie posiada wymagana jakość – tzn. wyraźnie rysują się krawędzie zewnętrzne, można do kalibracji wykorzystać średnicę zewnętrzną rury. Bardzo pomocny w tym zakresie jest profil liniowy – opisywany wyżej. Procedura kalibracji jest bardzo prosta . Znacznik - przerywana linia pionowa (lewa zewnętrzna krawędź rury) i ciągła linia pionowa (prawa zewnętrzna krawędź rury) ustawiamy w pozycjach stycznych do linii profilu liniowego poprowadzonego prostopadle do krawędzi rury. Tak wyznaczonemu dystansowi przypisujemy znaną średnicę zewnętrzną rury tzn. wielkości liniowej 546 pikseli przypisujemy jak w przytoczonym przykładzie wielkość 96 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. 20.6 mm. W tym momencie wystarczy ustawić pozycję punktu startowego pomiarów i system automatycznie uruchamia pomiar grubości ścianki rury na podstawie analizy profilu liniowego poprowadzonego tylko poprzez jedna ściankę rury (Rys. 34). Po pomiarze istnieje możliwość wygenerowania raportu z pomiaru. Na tej samej zasadzie działa pomiar wykorzystujący geometrię metody tangensowej. Dla zaprezentowanej w artykule próbki – rura o średnicy zewnętrznej D z=26,6 mm i grubości ścianki w=2,7 mm przedstawiono w tabeli wyniki pomiarów dokonane dwiema metodami nieniszczącymi: pomiar grubości metoda ultradźwiękową i pomiar grubości metoda radiografii profilowej. Zbieżność wyników pretenduje tą metodę do pełnego wdrożenie i stosowania w badaniu zjawisk korozyjnych. 97 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. Przy metodzie przenikanej grubości – pomiar ubytków korozyjnych płyt – poszczególnym obszarom stopni szarości przypisujemy znane grubości np. wzorca schodkowego oraz kolory, które będą daną grubość reprezentować. W efekcie otrzymujemy mapę ubytków korozyjnych badanego elementu. 6. Wnioski Nowe systemy cyfrowe dostosowane do wymogów NDT są odpowiednie do zastąpienia radiografii klasycznej, w której detektorem jest błona rentgenowska. Istnieją spełniające wymagania detektory cyfrowe w postaci płyt IP oraz detektory DDR, które wymagają jeszcze dopracowania, ale to tylko kwestia czasu. Istnieją również normy, które umożliwiają zastosowanie radiografii cyfrowej w przemyśle. Podstawowymi parametrami dla obrazów po digitalizacji radiogramów klasycznych i obrazów pochodzących z cyfrowych detektorów są: znormalizowane SNRN oraz podstawowa rozdzielczość przestrzenna SRb. Wartości graniczne SNRN do klasyfikacji można znaleźć w normach przedmiotowych. Należy jednak pamiętać, że maksymalne możliwe do uzyskania SNRN jest zasadniczo ograniczone przez szum strukturalny stosowanych płyt obrazowych. Obecnie, górna granica jakości obrazu jest determinowana przez niejednorodności w materiale badanej części, ale nie jest już determinowana przez technikę detekcji. Wysoka czułość kontrastowa może skompensować niewystarczające SR b. Przy wysokiej czułości kontrastowej drobne niezgodności o wielkości mniejszej niż piksel detektora dają wystarczający kontrast, aby można je było dostrzec. 98 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. Dostosowane filtry górnoprzepustowe mogą nawet zwiększyć widoczność niezgodności. Należy stosować wzorce IQI, aby sprawdzić spodziewaną czułość kontrastową materiału. Radiografia komputerowa otwiera nową erę metody rentgenowskiej w diagnostyce technicznej. To początek ogromnych możliwości jakie przynosi komputeryzacja metody. Decyzja o wyborze systemu musi być poprzedzona analizą celów. Ważne jest aby system umożliwiał również pełną ewidencję badań metodą rentgenowską. Ewidencję pozwalającą na prowadzenie różnego rodzaju analiz jakościowych. Należy jednak mieć na uwadze, radiografia komputerowa wymusza pewne zmiany w organizacji laboratorium ułatwiając w następstwie przejście w nowoczesne techniki. Podsumowując, pomimo wysokich kosztów wdrożenia system radiografii komputerowej cechuje się wymiernymi korzyściami: 1. archiwizacja na nośnikach cyfrowych pozwala zachować obraz w niezmienionej postaci w odróżnieniu od „starzejących” się radiogramów, umożliwia wykonywanie dowolnej ilości kopi jednakowej jakości w dowolnym czasie, umożliwia w ramach systemy archiwizacji sprawne wyszukiwanie interesujących nas obrazów z pełnym zasobem informacji przypisanych danemu obrazowi. 2. ułatwiona ocena obrazów poprzez możliwość stosowania wygodnych narzędzi elektronicznych umożliwiających dokładny pomiar wielkości charakterystycznych niezgodności. Ocena z subiektywnej staje się bardziej obiektywna, staje się bardziej ilościowa. 3. wzbogacanie raportu z badań rentgenowskich poprzez dołączenie płyty CD ze zbiorem radiogramów w formie cyfrowej 4. możliwość automatycznej oceny radiogramów poprzez wykorzystanie sztucznej inteligencji, możliwość zastosowania systemów eksperckich 5. teleradiologia – diagnozowanie i dystrybucja za pośrednictwem Internetu lub za pośrednictwem sieci globalnej poprzez udostępnienie zasobów na serwerze laboratorium – kontrolowany dostęp do zasobów. 6. unowocześnienie szkolenia. Możliwość stworzenia systemu egzaminowania personelu w oparciu o ocenę z monitora 7. możliwość tworzenia modeli trójwymiarowych - rekonstrukcja na bazie wymiarów charakterystycznych 8. możliwość wykorzystania metod radiograficznych w badaniu zjawisk korozyjnych. Szczególne przeznaczenie to monitoring zjawisk korozyjnych systemów rurowych w rafineriach, petrochemiach, elektrowniach, zakładach chemicznych – bez konieczności demontażu izolacji rur. 9. zastąpienie techniki wielu błon, przy badaniu elementów o zróżnicowanej grubości – technika jednej ekspozycji. 99 KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2010” 23 - 25 sierpnia 2010 r. Literatura [1] Adam Wocial: Radiografia cyfrowa – obecne możliwości oraz kierunki dalszego rozwoju, Dozór Techniczny nr 6 z 2008 roku [2] U.Ewert, J.Beckmann: BAM Workshop DIR-2008. Theory and Demonstration on Digital Industrial Radiology and Computer Simulation, Berlin – November 1720.2008 [3] Tomasz Chady: Automatic defect detection and recognition, FilmFree European Project FP6 [4] W.Malina, M.Smiatacz: Metody cyfrowego przetwarzania obrazów, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2005. [5] Sc.Sood: Corrosion and Conditio Monitoring with Digital Radiography. CIT – Computerised Information Technology LTD, Milton Keynes, United Kingdom [6] G.Jezierski, Radiografia przemysłowa, Wydawnictwo Naukowo Techniczne, Warszawa 1993 [7] J.Kielczyk, Radiografia przemysłowa. Techniki badania z obrazem cyfrowym. Wydawnictwo – Biuro Gamm [8] PN-EN 14784-1 Badania nieniszczące. Radiografia przemysłowa z użyciem pamięciowych luminoforowych płyt obrazowych. Część 1: Klasyfikacja systemów [9] PN-EN 14784-2 Badania nieniszczące. Radiografia przemysłowa z użyciem pamięciowych luminoforowych płyt obrazowych. Część 2: Ogólne zasady radiograficznych badan materiałów metalowych za pomocą promieniowania X i gamma [10] ISO/WD 17636-2 Non destructive testing of welds. Radiographic examination of welded joints. Part 2: X and gamma ray techniques with digital detectors. [Secretariat: ANSI – 2009] 100
