Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

Az előadások a következő témára: "Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában"— Előadás másolata:

1 Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában
Főcím 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban Konferencia Kecskemét, – 20. Alcím Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában KOZMA István

2 Dan Brown: The Da Vinci Code
Bevezetés Ipari CT felhasználása: Alternatív alkalmazási területek „Cryptex” Dan Brown: The Da Vinci Code KINDER Meglepetés fejlesztés alatt …. Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

3 Ipari CT felhasználása:
Bevezetés Ipari CT felhasználása: Vizualizáció Geometriai rekonstrukció (szerkezet analízis) Méréstechnika Anyagvizsgálat ….. Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

4 Bevezetés Agenda: Röntgen sugárzás CT architektúrák CT képfeldolgozás
CT műhibák Alkalmazási példák Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

5 Sugárgyengülési törvény:
Mérési elv Sugárgyengülési törvény: sugárgyengülési törvény : Homogén anyag: az anyagba belépő röntgensugár kezdeti I0 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 Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

6 Mérési elv 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. Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

7 Mérési elv 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. Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

8 Mérési elv 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 Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

9 Mérési elv Felbontás: fókuszpont méret: a nagyobb fókuszpont fokozza a geometriai életlenséget a képen és csökkenti a térbeli felbontást 1mm fókusz pont 0.4 mm fókusz pont Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

10 Mérési elv Felbontás: A nagyítás növelése fokozza az életlenséget
Felbontás határát a fókuszpont adja Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

11 Mérési elv Felbontás: Kis nagyításnál: Éles geometriai kontúr
A pixelméret korlátozza a felbontást Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

12 Ipari CT a Széchenyi István Egyetemen:
Mérési elv Ipari CT a Széchenyi István Egyetemen: Berendezés: YXLON Modular Makro, ill. mikro fókusz (450 kV, 225 kV) 450 kV: ~160mm alu, 225 kV:~ 80mm alu átvilágíthatóság Flat panel ill. Line Detector Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

13 CT technológiák jellemzői:
Képalkotás CT technológiák jellemzői: Legyező sugár - Vonal detektor (LDA) Kúp sugár – Sík panel (FPD) 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 Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

14 CT technológiák jellemzői:
Képalkotás CT technológiák jellemzői: Legyező sugár Kúp 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 Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

15 Felbontás – objektum méret
Képalkotás Különböző fókuszmérettel elérhető felbontás: nF μF MF MF – 6 MeV Felbontás – objektum méret Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

16 Képalkotás 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. Gyűrűs műhiba 450 kV - LDA 225 kV - FPD Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

17 Műhibák kiküszöbölése:
Képalkotás 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 Kalibráló panel Mechanikus filter 450 kV 6 MeV Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

18 Műhibák kiküszöbölése:
Képalkotás Műhibák kiküszöbölése: Képfeldolgozó algoritmusok Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

19 Geometriai pontosság - Projekciók száma:
Bevezetés Geometriai pontosság - Projekciók száma: Kísérleti példánk szerint geometriai tagoltság függvényében van optimális vetítési szám Vonal detektoros rekonstrukció: nagyobb X – Y irányú alakhűség Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

20 Ipari CT alkalmazásai Határfelület:
Hisztogram alapú határfelület meghatározás Subpixelek számítása Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

21 Belső struktúra analízis
Ipari CT alkalmazásai Alakzatrekonstrukció: Érintés mentesen, teljes geometriára kiterjedő alakzatrekonstrukció Belső struktúra analízis Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

22 Alakzatrekonstrukció:
Ipari CT alkalmazásai Alakzatrekonstrukció: Szerkezet analízis, falvastagság mérés termosztát falvastagság Törött fogaskerék Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

23 Alakzatrekonstrukció:
Ipari CT alkalmazásai Alakzatrekonstrukció: Szerkezet analízis, falvastagság mérés Visszamodellezés Elvárt – tényleges geometria összehasonlítása Szerelt egység illeszkedésének vizsgálata Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

24 Tekercs – elemi szál átmérő D = 0.1 mm Forrasz anyag kitöltés
Ipari CT alkalmazásai Elektronikai alkatrészek vizsgálata: Tekercs – elemi szál átmérő D = 0.1 mm Biztosíték Forrasz anyag kitöltés Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

25 Ipari CT alkalmazásai Orvosi alkalmazás: Orvosi CT adatok feldolgozása
Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

26 Ipari CT alkalmazásai Orvosi alkalmazás:
Öntvények (Ti) porozitás vizsgálata Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

27 Roncsolás mentes anyagvizsgálat:
Ipari CT alkalmazásai Roncsolás mentes anyagvizsgálat: Belső anyaghibák kimutatása Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

28 Roncsolás mentes anyagvizsgálat:
Ipari CT alkalmazásai Roncsolás mentes anyagvizsgálat: Belső anyaghibák kimutatása: MSZ EN 16016, VW – VDG P201 Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

29 Hagyományos ipari röntgen:
Összegzés 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 Elvárások és lehetőségek a CT mérési pontosságában

30 Köszönöm a figyelmet!