Индикаторы качества изображения в цифровой и компьютерной радиографии: шпаргалка в помощь дефектоскопистам РК
Индикаторы качества изображения (IQI, ИКИ) – это более привычные для отечественной терминологии эталоны чувствительности (для старшего поколения – дефектометры), по которым можно судить о соответствии рентгеновских снимков требованиям нормативно-технической документации. Чтобы рентгенограммы благополучно были приняты заказчиком без пересвета и предписаний, важно соблюсти ряд правил при использовании IQI. В цифровой и компьютерной радиографии они свои. Компания
«Ньюком-НДТ» стала разрабатывать и внедрять данные технологии одной из первых в России. Поэтому мы подготовили небольшой ликбез на тему подбора и применения IQI в помощь дефектоскопистам РК, которым предстоит переходить от плёнки к «цифре».
Типы индикаторов качества изображений для цифровых рентгенограмм
В цифровой и компьютерной радиографии применяются следующие типы IQI.
- Проволочный. Представляет собой набор проволочек установленных длин и диаметров, изготовленных с заданной точностью из материала, основа которого по химическому составу аналогична основе контролируемого материала. Сами проволочки находятся в прозрачном пластиковом чехле со свинцовыми маркировочными знаками, указывающими номер эталона (6, 10, 11, 12, 13-й и т.д.). Дополнительно может обозначаться материал (Fe, Ti, Ni, Cu, Al) и руководящий документ (EN, ISO, ASTM, ГОСТ. При этом достигнутая чувствительность определяется по диаметру наименьшей видимой проволочки. Проволочные IQI не подлежат поверке – достаточно лишь первичной калибровки. Главные к ним требования – отсутствие следов коррозии на проволочках и целостность пластикового чехла. Пожалуй, главный эталон для рассматриваемых нами технологий РК.
- Дуплексный (двухпроволочный). Представляет собой набор из пар проволочек различных диаметров, впаянных в жёсткий пластик. Проволочки одного диаметра в каждой паре отделены друг от друга расстоянием, равным этому диаметру. Дуплексные индикаторы качества изображения пришли к нам из ASTM E2002 и ISO 19232-5 и отсутствуют в [1]. Согласно [2, п. 6.7], они должны применяться при использовании способа геометрического увеличения в 1,2 раза и более. Во всех остальных случаях двухпроволочные эталоны не обязательны и применяются по согласованию с заказчиком. Например, регламент «Транснефти» [8, п. 8.4.8] предусматривает их установку для определения разрешающей способности при допускном просвечивании. Также дуплексные эталоны позволяют определять нерезкость цифрового изображения: чем она ниже, тем чётче видны две одинаковые проволочки в каждой паре. Как и проволочные IQI, дуплексные эталоны поверке не подлежат.
- Канавочный. Представляет собой пластину с канавками установленных форм и размеров, изготовленную с заданной точностью из материала, основа которого по химическому составу аналогична основе контролируемого материала. Стандарт [1] предусматривает три типоразмера канавочных эталонов. Чем больше номер, тем глубже канавки. Канавочные IQI с меньшим номером соответствуют меньшему уровню чувствительности. Как и проволочные IQI, канавочные эталоны чувствительности изготавливаются из стали, никеля, меди, титана, алюминия или магниевых сплавов. Не предусмотрены в [2] и в [3], но согласно [8, п. 8.4.8] применяются для определения величины отношения сигнал-шум SNR и контраст-шум CNR, а также для подтверждения размера пикселя изображения. Единственный тип IQI в нашем списке, подлежащий периодической поверке (раз в 5 лет).
- Ступенчатый. Представляет собой пластину с шестью ступенями, на каждой из которых выполнено одно или два отверстия установленных размеров. Ступенчатые (они же – ступенчато-дырчатые) эталоны изначально пришли к нам из стандартов Международного института сварки. Они не упоминаются в [1] и даже в [9], но есть в [2] и [3].
- Пластинчатый. Представляет собой пластину с цилиндрическими отверстиями установленных форм и размеров, изготовленную с заданной точностью из материала, основа которого по химическому составу аналогична основе контролируемого материала. Применение пластинчатого IQI предусмотрено стандартом [3, п. 7.1].
Требования к форме и размерам канавочных, проволочных и пластинчатых ИКИ определены в [1, п. 2.10, 2.11, 2.12].
Как правильно устанавливать IQI перед просвечиванием
Стандарт [2] рекомендует устанавливать индикаторы качества изображения со стороны ИИИ. При невозможности соблюдения перечисленных ниже требований разрешается располагать индикаторы качества изображения со стороны детектора [7, п. 3.6] или кассеты с пластиной [5, п. 3.7]. Документ [2] рекомендует также выполнять сравнительные экспозиции в каждом из положений. Если IQI всё же располагается со стороны детектора, то перед просвечиванием рядом с ним необходимо установить литеру F и сделать об этом отметку в протоколе контроля. В [3, п. 7.1] сказано о том, что при расположении IQI со стороны детектора позволяет увидеть на две проволочки (отверстия) больше, чем при расположении эталона со стороны ИИИ.
– При работе с DDA-системами индикаторы качества располагаются непосредственно на плоскопанельном детекторе для определения базового пространственного разрешения. По согласованию с заказчиком IQI можно располагать на ОК.
– При работе с плоскопанельными детекторами проволочные и двухпроволочные необходимо располагать поперёк сварного шва. Однако регламент [8, рисунок 8.10] требует устанавливать проволочный эталон рядом со сварным швом при просвечивании на плоскопанельный детектор и поперёк – на запоминающие пластины. В любом случае IQI необходимо располагать под углом 2–5˚, чтобы не допустить наложения на цифровые строки или столбцы изображения. При этом важно проследить, чтобы маркировочные знаки вверху чехла, указывающие на номер эталона, не налезали на изображение сварного шва и ОШЗ.
– Канавочные и ступенчатые необходимо располагать на основном металле, с соблюдением отступа не менее 5 мм (или даже 10 мм – см. [2, п. 7.8]) от сварного шва. При этом отверстие требуемого размера у ступенчатого эталона должно располагаться как можно ближе к сварному шву. Канавочные эталоны необходимо располагать так, чтобы канавки были ориентированы перпендикулярно сварному шву.
– При использовании ступенчатого эталона самая тонкая ступенька должна быть наиболее удалена от центральной оси пучка [3, рисунок 3].
– Если канавочный или ступенчатый эталон накладывается на мерный пояс, то нужно убедиться, что он не затеняет цифр.
– При фронтальном просвечивании труб диаметром 200 мм и более рекомендуется устанавливать не менее трёх IQI с равными промежутками по окружности [3, п. 6.7]. В других документах [7, п. 3.7] сохранено более привычное правило об установке по одному эталону чувствительности на каждую четверть длины окружности.
– При просвечивании разнотолщинных объектов канавочные IQI рекомендуется устанавливать на каждом участке одинаковой толщины. Регламент [8, п. 8.4.13.12] требует располагать канавочный эталон со стороны наименьшей толщины. То же самое касается и проволочных эталонов [8, п. 8.4.17]. Чувствительность устанавливается по той толщине, на которую установлен IQI. Другие методики – например, [7, п. 7.2; 5, п. 3.8] – требуют устанавливать методики на подложки-компенсаторы из контролируемого материала.
– Эталон чувствительности должен плотно прилегать к поверхности ОК или к поверхности детектора (в зависимости от места установки).
– При использовании металлических фильтров IQI следует располагать перед ними.
Хорошая новость в том, что стандарт [2, п. 6.7] разрешает проверять качество изображения не каждого рентгеновского снимка. По согласованию с заказчиком количество рентгенограмм на проверку может варьироваться. Главное – гарантировать идентичность параметров экспозиций, методов обработки и отсутствие видимых различий в качестве снимков.
Отдельно надо сказать о применении IQI при реализации способа геометрического увеличения, который применяется для того, чтобы компенсировать сравнительно большой размер пикселя DDA-систем (более 50 мкм). Геометрическое увеличение отличается от цифрового зума тем, что не предполагает увеличения нерезкости, и реализуется двумя способами – увеличением отношения сигнал-шум либо увеличением расстояния между детектором и объектом контроля. Выбор между этими двумя вариантами должен определяться двухпроволочным эталоном. Если 2SRb больше размера ИИИ или фокусного пятна, то дуплексный IQI должен располагаться со стороны ОК, в противном случае – со стороны ИИИ. Наконец, по эталону чувствительности можно отслеживать степень увеличения. Ряд документов – например, [7, п. 3.9] – устанавливает ограничение на максимальное увеличение до 25%.
Резюмируем. При просвечивании через одну стенки IQI следует располагать со стороны ИИИ. Если это невозможно, то располагают со стороны детектора. При схеме контроля на эллипс и схеме перпендикулярного просвечивания IQI может располагаться как со стороны ИИИ, так и со стороны кассеты (с запоминающей пластиной) или плоскопанельного детектора. При расположении IQI со стороны детектора необходимо использовать маркировку литерой F и сделать отметку в протоколе контроля. В этом случае чувствительность определяется по специальным таблицам [2, приложение В, В.3].
Как определить качество цифрового рентгеновского снимка по эталонам чувствительности
Как мы уже указали выше, достигнутый класс чувствительности определяется по номеру наименьшей различимой проволочки. Достигнутый уровень чувствительности определяется по диаметру наименьшей видимой на снимке проволочки. Её изображение считается различимым, если чётко видна её непрерывная длина не менее 10 мм [8, п. 8.4.9; 3, п. 7.1]. В том же регламенте говорится о том, что при толщине стенки ОК до 20 мм включительно разность оптических плотностей изображения канавочного эталона и основного металла в месте его установки должна быть не менее 0,3 е.о.п. для толщины эталона 2 мм (такая толщина у канавочного №1). При толщине стенки свыше 20 мм разность оптических плотностей должна составлять не менее 0,5 е.о.п. для толщины эталона 4 мм (у канавочного эталона №2). Оптическую плотность измеряют не менее чем в двух точках вдоль короткой стороны канавочного эталона: по одной точке с каждой из двух сторон на расстоянии 5–10 мм от края эталона – и усредняют полученные значения.
Хорошая новость в том, что для работы с цифровыми рентгенограммами применяется специализированное программное обеспечение. Различные фильтры и алгоритмы обработки изображения при гарантированной сохранности исходных данных помогает избежать разночтений в определении чувствительности и споров при сдаче-приёмке работ.
Требуемое количество различимых проволочек зависит от радиационной толщины, схемы контроля, класса (способа) и определяется в соответствии с технологической картой. Минимальные значения показателей качества изображения приведены в приложении В к стандарту [2]. Также в программе X-Vizor имеется справочник, в котором для каждого диапазона толщин и способа контроля указан требуемый номер проволочки.
При определении чувствительности по двухпроволочным эталонам документ [2] разрешает применять принцип компенсации: если на снимке не видно требуемого количества двойных проволочек, то можно оценивать снимок по количеству одинарных.
При работе со ступенчатыми IQI чувствительность определяется по номеру отверстия.
Вторая хорошая новость в том, что если достигнутая чувствительность не дотягивает до требуемого уровня, то при работе с плоскопанельным детектором исправить намного легче, чем при работе с плёнкой. Оператору достаточно изменить параметры просвечивания через ПО на компьютере и пульте управления рентген-аппарата и выполнить повторную экспозицию. Новый снимок будет на мониторе всего через несколько минут. Не нужно перезаряжать кассеты, проявляться, резать новую плёнку и пр.
Определение глубины дефектов по ступенчатым эталонам путём сравнения оптических плотностей многими дефектоскопистами РК воспринимается скептически – ввиду отсутствия официально утверждённых методик. В цифровой и компьютерной радиографии дела с этим обстоят чуть лучше, потому как программа X-Vizor, например, позволяет делать это точнее. Оператору достаточно произвести калибровку по градациям серого – и дальше программа сама будет высчитывать точное значение толщины материала в любой выбранной точке. Дополнительные погрешности, связанные с состояние измерительной апертуры денситометра и правильностью его применения тем самым исключаются.
Добавим в заключение, что определением чувствительности проверка качества цифрового рентгеновского снимка не заканчивается. Как минимум, нужно ещё измерить нормализованное отношение сигнал-шум SNRN и базовое пространственное разрешение цифрового изображения SRb (разрешающая способность – при работе с плоскопанельными детекторами). Но, во-первых, пугаться этого не нужно – тот же X-Vizor измеряет SNRN автоматически по мере перемещения курсора мыши по изображению. Текущие значения обновляются в нижней строке рабочего окна. Кроме того, пользовать можно произвольно выделить прямоугольную область в любом месте изображения, и программа сама всё посчитает в конкретной выбранной области. Для определения разрешающей способности тоже есть свой умный инструмент: пользователю лишь нужно выделить линией дуплексный IQI – и программа автоматически высчитывает точное значение SRb.
Во-вторых, всё это, пожалуй, относится немного к другой теме. Обязательно вернёмся к ней в будущем – следите за нашими новостями на форуме и в группе «Ньюком-НДТ» во
«ВКонтакте», чтобы ничего не пропустить.
Где всё это можно посмотреть вживую
За более чем 10-летнюю историю мы поставляли комплексы цифровой и компьютерной радиографии практически по всей стране. При необходимости технические специалисты «Ньюком-НДТ» выезжают к заказчику для демонстрации реальных возможностей оборудования и ПО. Вы также можете посетить нашу лабораторию радиационного контроля в Санкт-Петербурге, со своими образцами или без них. Будем рады показать передовые мировые технологии для РК в деле: +7 (812) 313-96-74,
info@newcom-ndt.ru.
Библиографический список
1. ГОСТ 7512-82 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод».
2. ГОСТ ISO 17636-2-2017 «Неразрушающий контроль сварных соединений. Радиографический контроль. Часть 2. Способы рентгено- и гаммаграфического контроля с применением цифровых детекторов».
3. ГОСТ Р ИСО 10893-7-2016 «Трубы стальные бесшовные и сварные. Часть 7. Цифровой радиографический контроль сварных швов для обнаружения дефектов».
4. МИ 0002-10/16 «Методическая инструкция. Радиографический контроль основного металла и сварных соединений с применением комплексов цифровой радиографии КАРАТ КР».
5. «Методика проведения радиографического контроля качества сварных соединений объектов промысловых и магистральных газопроводов с применением систем компьютерной радиографии КАРАТ КР».
6. МИ 0003-05/14 «Методическая инструкция. Радиографический контроль основного металла и сварных соединений с использованием систем компьютерной радиографии DUERR».
7. МИ 0004-07/14 «Методическая инструкция. Радиографический контроль основного металла и сварных соединений с использованием систем компьютерной радиографии DUERR».
8. РД-25.160.10-КТН-016-15 «Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов» (Изм. 2).
9. ГОСТ Р 55776-2013 «Контроль неразрушающий радиационный. Термины и определения».
