Ipari CT és alkalmazásai Főcím A LCÍM KOZMA István IPARI CT ÉS ALKALMAZÁSAI

Bevezetés Ipari CT és alkalmazásai Ipari CT felhasználása: Alternatív alkalmazási területek „Cryptex” Dan Brown: The Da Vinci Code KINDER Meglepetésfejlesztés alatt ….

3 Bevezetés Ipari CT és alkalmazásai Ipari CT felhasználása: Vizualizáció Geometriai rekonstrukció (szerkezet analízis) Méréstechnika Anyagvizsgálat …

4 Bevezetés Ipari CT és alkalmazásai Agenda: Történeti áttekintés Röntgen sugárzás CT architektúrák CT képfeldolgozás CT műhibák Alkalmazási példák

5 Bevezetés Ipari CT és alkalmazásai Történeti áttekintés: Világegyetem keletkezése 1901Wilhelm Conrad Röntgen (Németország) „a rendkívüli szolgálatainak elismeréséül, melyet a róla elnevezett sugárzás felfedezésével nyújtott” 1914Max von Laue (Németország)„a Röntgen-sugárzás kristályokon történő diffrakciójának felfedezéséért” 1915William Henry Bragg (Egyesült Királyság) és William Lawrence Bragg (Egyesült Királyság) „a kristályszerkezet röntgensugárzással történő vizsgálatával kapcsolatos szolgálataiért” 1917Charles Glover Barkla (Egyesült Királyság), 1918-ban vette át „az elemek karakterisztikus röntgensugárzásának felfedezéséért” 1924Karl Manne Siegbahn (Svédország), megkapta 1925-ben„röntgenspektroszkópiai felfedezéseiért és kutatásaiért”röntgenspektroszkópiai október 1 Első orvosi CT alkalmazás (Hounsfield) 1979 Allan M. Cormack és Godfrey N. Hounsfield orvosi Nobel-díjat kaptak a komputertomográfia kifejlesztésétGodfrey N. Hounsfield

6 Mérési elv Ipari CT és alkalmazásai Sugárgyengülési törvény: sugárgyengülési törvény : Homogén anyag: az anyagba belépő röntgensugár kezdeti I 0 intenzitása az anyag szélétől mért x távolság növekedésével exponenciálisan csökken Inhomogén anyag (változó elnyelési együtthatójú): egyik rétegből kilépő intenzitás lesz a következő rétegbe belépő kezdeti intenzitás

7 Mérési elv Ipari CT és alkalmazásai Röntgen - CT: Az objektum szerkezet kiszámítható, ha több különböző irányból mérést végzünk rajta. A CT matematikai elveit először Radon fejlesztette ki 1917-ben. Radon megmutatta, hogy egy ismeretlen tárgyról kép készíthető, ha a tárgyon keresztül végtelen (a valóságban véges) számú vetületet tudunk létrehozni. A CT kifejlesztéséért Godfrey Hounsfield (Nagy-Britannia) és Allan Cormac (USA) 1979-ben orvosi Nobel-díjat kaptak. Az első CT-készülék egy EMI Mask 1, 80x80 pixel felbontású (3mm-es pixelekből álló) képeket készített és minden szelethez hozzávetőlegesen 4,5 perc mérési idő és 1,5 perc rekonstrukciós idő tartozott

8 Mérési elv Ipari CT és alkalmazásai Visszavetítés: Az objektum szerkezet kiszámítható, ha több különböző irányból mérést végzünk rajta visszavetítés, szűrt visszavetítés, algebrai módszerek, konvolúció Az egyszerű visszavetítés egy trigonometrián alapuló matematikai eljárás, ami a mérési folyamat ellenkezőjét utánozza. Minden egyes projekció minden egyes sugara az adott irányba eső µ elnyelési együtthatók egyedi mérését reprezentálja. Ezen µ értékek mellett az egyes sugarakban a rekonstrukciós algoritmusoknak ismernie kell azt a szöget is, amely alatt az adott értéket mértük

9 Mérési elv Ipari CT és alkalmazásai Visszavetítés: Az egyszerű visszavetítés egy üres képmátrixból indul ki (minden pixel értéke 0- ra van állítva) és minden projekció minden egyes sugarához tartozó (µ) értéket visszavetítik a képmátrixba, vagyis más szavakkal (µ) értéke a sugár haladási irányának megfelelően hozzáadódik minden pixel értékéhez a sugár nyomvonala mentén. Az ily módon létrehozott projekciók összessége a képen az eredeti keresztmetszetet rajzolja ki

10 Bevezetés Ipari CT és alkalmazásai Geometriai pontosság - Projekciók száma: Kísérleti példánk szerint geometriai tagoltság függvényében van optimális vetítési szám Vonal detektoros rekonstrukció: nagyobb X – Y irányú alakhűség

11 Mérési elv Ipari CT és alkalmazásai Architektúrák: Sugárforrás (fókuszpont): nFókusz: F > 600 nm µFókusz: F > 3 µm Makrófókusz: F > 0.4 mm Detektálás Sík panel Vonal detektor A direkt konverziós típus a röntgen fotonokat közvetlenül elektromos jellé alakítja Az indirekt konverziós eszközökben található szcintillációs kristályban a beérkező röntgen fotonok látható fényfelvillanásokat hoznak létre, melyek optikailag csatolt fényérzékelőkkel (fotoszenzor) detektálhatók

12 Mérési elv Ipari CT és alkalmazásai Felbontás: fókuszpont méret: a nagyobb fókuszpont fokozza a geometriai életlenséget a képen és csökkenti a térbeli felbontást 1mm fókusz pont0.4 mm fókusz pont

13 Mérési elv Ipari CT és alkalmazásai Felbontás: A nagyítás növelése fokozza az életlenséget Felbontás határát a fókuszpont adja

14 Mérési elv Ipari CT és alkalmazásai Felbontás: Kis nagyításnál: Éles geometriai kontúr A pixelméret korlátozza a felbontást

15 Mérési elv Ipari CT és alkalmazásai Ipari CT a Széchenyi István Egyetemen: Makro, ill. mikro fókusz (450 kV, 225 kV) Flat panel ill. Line Detector

16 Képalkotás Ipari CT és alkalmazásai CT technológiák jellemzői: Legyező sugár - Vonal detektor (LDA) Kétszeres kollimáció - minimális szórás leginkább nagy pontosságú vizsgálatoknál közepes és nagy alkatrészekhez (Energia> 320kV) közepes és kis nagyításnál (fókuszpont) blokk alakú voxels -> felbontású z eltérhetnek x / y Szkennelési idő: szeletenként: 45 sec. forrás oldali kollimációs (téglalap alakú mező) nagy pontosságú vizsgálatoknál legkedvezőbb Kicsi és könnyű alkatrészek (Energy <320kV) Nagy nagyításnál Köbös voxel Szkennelési idő: 3D scan: 12 min Kúp sugár – Sík panel (FPD)

17 Képalkotás Ipari CT és alkalmazásai CT technológiák jellemzői: Legyező sugár alkalmazás: geometriai analízis nagy röntgen energiával Nagy pontosságú / éles élek Magas jel átalakítás miatt detektor mérete nagy (Scintilator elemek min. 5 mm hosszúak) kevésbé alkalmas a térfogati vizsgálatra Lassú alkalmazás: Anyagvizsgálati célokra (hiba felderítése) Gyors eredmény nagy felbontással kis és könnyű alkatrészek vizsgálatához Kúp sugár

18 Képalkotás Ipari CT és alkalmazásai Különböző fókuszmérettel elérhető felbontás: nFμFμF MFMF – 6 MeV Felbontás – objektum méret

19 Képalkotás Ipari CT és alkalmazásai Műhibák: Objektum mozgásából adódó problémák Gyűrűs műhiba: hibás pixelek a detektoron Feldkamp műhiba: sugárnyalábbal párhuzamos határfelületek Abszorpciós árnyék (fémes műhiba): extrém különböző gyengülésű együtthatójú összeállításoknál, szórt sugárzás, parciális térfogathiba Nyalábkeményedés (sugárkeményedés): sugárzás nem monokromatikus, hanem különböző energiájú Röntgen-sugárzások összességeként áll elő. Az anyagon áthaladva a kisebb energiájú Röntgen-fotonok nagyobb valószínűséggel nyelődnek el, így a detektorig már nem jutnak el. 450 kV - LDA225 kV - FPD Gyűrűs műhiba

20 Képalkotás Ipari CT és alkalmazásai Műhibák kiküszöbölése: Megfelelő mérési technika (ha lehetséges) Mechanikai szűrők: röntgensugár spektrumát lehet módosítani folytonos spektrumból kiszűrjük azokat az alacsony energiás komponenseket, melyek az objektumban teljesen elnyelődve amúgy sem vesznek részt a képalkotásban, folytonos spektrumot közelítsük a monokróm, azaz egy domináns energiával rendelkező spektrumhoz, ezáltal is csökkentve a sugárkeményedés által okozott műterméket Szoftveres filterek 450 kV6 MeV Kalibráló panelMechanikus filter

21 Képalkotás Ipari CT és alkalmazásai Műhibák kiküszöbölése: Képfeldolgozó algoritmusok

22 Ipari CT alkalmazásai Ipari CT és alkalmazásai Határfelület: Hisztogram alapú határfelület meghatározás Subpixelek számítása

23 Ipari CT alkalmazásai Ipari CT és alkalmazásai Roncsolás mentes anyagvizsgálat: Belső anyaghibák kimutatása

24 Ipari CT alkalmazásai Ipari CT és alkalmazásai Roncsolás mentes anyagvizsgálat: Belső anyaghibák kimutatása: MSZ EN 16016, VW – VDG P

25 Ipari CT alkalmazásai Ipari CT és alkalmazásai Alakzatrekonstrukció: Érintés mentesen, teljes geometriára kiterjedő alakzatrekonstrukció Belső struktúra analízis

26 Ipari CT alkalmazásai Ipari CT és alkalmazásai Alakzatrekonstrukció: Szerkezet analízis, falvastagság mérés termosztát Törött fogaskerék falvastagság

27 Ipari CT alkalmazásai Ipari CT és alkalmazásai Alakzatrekonstrukció: Szerkezet analízis, falvastagság mérés Visszamodellezés Szerelt egység illeszkedésének vizsgálata Elvárt – tényleges geometria összehasonlítása

28 Ipari CT alkalmazásai Ipari CT és alkalmazásai Alakzatrekonstrukció: Szerkezet analízis, falvastagság mérés Szerelt egység illeszkedésének vizsgálata

29 Ipari CT alkalmazásai Ipari CT és alkalmazásai Inplantátum

30 Ipari CT alkalmazásai Ipari CT és alkalmazásai Post mortem… Szerelt egység illeszkedésének vizsgálata

31 Összegzés Ipari CT és alkalmazásai CT: Teljes 3D képalkotás Hiba méret és koordináta CAD modell alkotás Bármilyen külső v. belső méret megmérhető A berendezés ára magas A felvétel ideje több óra is lehet Csak laboratóriumi vizsgálatra alkalmas Hagyományos ipari röntgen: Egy vetítési irányból 2D kép Hiba méretek vetületben láthatók Csak vetített kép látható Méretek korlátozottan láthatók, becsülhetők A berendezés ára elfogadható Gyors felvétel készítés Helyszíni vizsgálat terjedelmes szerkezeteken is lehetséges

32 Köszönöm a figyelmet!