37

ZfP-Zeitung 105 • Juni 2007 Fachbeiträge

Die Grenzen der radiographischen Prüfung: Eine neue Hochkontrastempfindlichkeitstechnik

Beispiele und systemtheoretische AnalyseDr. Klaus Bavendiek YXLON International X-Ray GmbH, Hamburg und

Dr. Uwe Zscherpel, Fachgruppe VIII.3 „Radiologische Verfahren“, BAM Berlin *

ÜberblickIn den letzten Jahren wird zunehmend über neue Prüftechniken berichtet, die den bisher verwendeten ZfP-Film durch neue digitale Detektoren er-setzen. Dabei werden verschiedene Wege beschritten, um die erforder-liche Bildqualität nachzuweisen. Die Motivation zum Filmersatz besteht in einer Kostenreduktion wegen kürzerer Belichtungszeiten, dem Wegfall von Verbrauchsmaterialien (der Verzicht auf Entwicklerchemie hat auch öko-logische Vorteile), der Verringerung von Archivierungskosten und -raum sowie die Integration in eine rechner-gestützte Dokumentation.

Bisher waren keine Publikationen be-kannt, die die oberen Grenzen der Bildqualität dieser neuen digitalen Techniken untersuchten. Das ist be-sonders wichtig für die Prüfung von sicherheitsrelevanten Teilen, deren Ausfall ein hohes Risiko birgt.

Neue Kalibrierungs- und Messvor-schriften für digitale Detektor-Arrays (DDAs, auch Matrix- oder Flachdetek-toren genannt) wurden deshalb ent-wickelt, um das maximal erreichbare Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) von DDAs zu bestimmen. Die entwickel-ten Algorithmen erlauben eine neue Hochkontrastempfindlichkeitstech-nik, die eine Kontrastempfindlichkeit von bis zu 1/1000 der durchstrahlten Wanddicke ergibt. Standard-Radio-graphie mit den besten ZfP-Filmen (Filmklasse C1 nach EN 584-1) ist auf eine Kontrastempfindlichkeit von max. 1/100 der Wanddicke begrenzt.

Die erzielbaren Bildqualitäten von ZfP-Film und DDAs werden anhand einer Testschweißnaht „BAM5“ (8 mm Stahl) verglichen. Systemtheoretische Untersuchungen zeigten, dass die be-grenzte Basisortsauflösung von DDAs gegenüber dem ZfP-Film durch ein besseres SNR kompensiert werden kann, ohne die Nachweisempfindlich-keit für feine Anzeigen zu reduzieren.

Im Gegenteil, da ein wesentlich hö-heres SNR des DDA im Vergleich zum ZfP-Film erreichbar ist, ergibt sich eine Verbesserung um bis zum Faktor 10 in der Nachweisempfindlichkeit gegenüber dem Film. Diese Verbesse-rung lässt sich auf 2 Ursachen zurück-führen:

1. Bildintegration im Computer, da-durch keine Detektorsättigung und

2. Kompensierung des Struktur-rauschens des Detektors durch pixelweise Kalibrierung.

Der Stand der Normung zur Cha-rakterisierung und Anwendung von DDAs in der ZfP wird aktiv bei ASTM E 07 mitgestaltet. Nach der erwarteten Verabschiedung von entsprechenden Normen in 2007 durch ASTM ist ge-plant, analoge Entwürfe bei CEN von einer Arbeitsgruppe des UA BDS im FAD der DGZfP einzureichen.

EinleitungSeit über 110 Jahren wird die Radio-graphie mit Röntgenfilmen durchge-führt. Dabei wurden für den medizi-nischen Bereich hochempfindliche Systeme mit Fluoreszenz-Verstärkerfo-lien entwickelt, die auf niedrigste Pa-tientendosis bei akzeptabler Bildquali-tät optimiert sind. Hingegen wurden seit ca. 1950 spezielle Röntgenfilme mit hohem Silberanteil (und damit hohen Sättigungsdichten DSat >10) für industrielle Anwendungen entwickelt, die mit Bleifolien anstatt Fluoreszenz-folien benutzt werden. Dadurch wird die Ortsauflösung wesentlich verbes-sert und die notwendige Röntgendo-sis für eine bestimmte Filmdichte ausreichend erhöht, was sich in einer deutlich verbesserten Bildqualität gegenüber den medizinischen Fil-men widerspiegelt. Die Filmsystem-empfindlichkeit wird sowohl in der Medizin als auch in der ZfP mit einer ISO-Speedzahl beschrieben, nur mit völlig unterschiedlichen Definitionen. Eine ISO-Speed von 200 bedeutet in

der Medizin, dass das Film-Folien-Sys-tem bei einer Dosis von 1/200 mGy = 5 µGy eine optische Dichte von D=1 über Schleier besitzt, für ein ZfP-Film-system benötigt man die 500 fache Dosis für ISO-Speed=200 (1/200 Gy = 5 mGy für eine optische Dichte von D=2 über Schleier)!

Vor ca. 20 Jahren begann die Entwick-lung digitaler Detektor-Arrays (DDA, auch Matrixdetektoren oder Flach-detektoren genannt) wiederum für medizinische Anwendungen zuerst, da sich dadurch die Patientendosis aufgrund der hochempfindlichen Halbleiterdetektoren noch weiter re-duzieren lies. Da sehr ähnliche Flu-oreszenzfolien in diesen Detektoren wie in den medizinischen Film-Folien-Systemen benutzt wurden, änderte sich dadurch die Ortsauflösung nicht wesentlich.

Seit ca. 10 Jahren werden diese digi-talen Detektor-Arrays (DDAs) auch er-folgreich in der ZfP als Ersatz für ZfP-Filmsysteme eingesetzt. Diese hoch-empfindlichen Systeme führten zu einer deutlich verkürzten Belichtungs-zeit gegenüber einem ZfP-Filmsystem, bedeuteten jedoch auch eine deutlich schlechtere, also medizinische, Bild-qualität (Dicken- und Ortsauflösung). Erst in den letzten Jahren wurde von den Detektorherstellern begonnen, spezielle DDAs für ZfP-Anforderungen (hohe Röntgendosis-Resistenz, hohe Ortsauflösung, hohe Kontrastem-pfindlichkeit, großer Energiebereich, geringe innere Streustrahlungserzeu-gung im Detektor) zu entwickeln, mit deren Hilfe man heute digitale Rönt-genbilder anfertigen kann, die denen von klassischen ZfP-Filmsystemen überlegen sind.

Diskussion

1. WesentlicheBildqualitätsparameter

In Abb. 1 sind die Bildqualitätspara-meter radiographischer Detektoren sowie ihre grundlegenden Zusam-menhänge dargestellt: * Die Autoren sind Träger des Berthold-Preises der DGZfP 2007

ZfP-Zeitung published by the German Society of Nondestructive Testing (DGZfP)For more papers of this publication click: www.ndt.net/search/docs.php3?MainSource=32

ZfP-Zeitung 105 • Juni 2007

38

Fachbeiträge

Die Nachweisempfindlichkeit (Kon-trastempfindlichkeit CS = 1/CNR) für kleine Wanddickenunterschiede Δw (hervorgerufen durch Fehler aus dem Inneren des Prüflings) wird durch das Verhältnis aus Kontrast (Signalunter-schied ΔI) und Bildrauschen (Stan-dardabweichung von I) definiert, wel-ches sich aus dem Signal/Rausch-Ver-hältnis im Bild unter Berücksichtigung von Schwächungskoeffizient µ und Streuverhältnis k ergibt.

Damit kann ein radiographisches Bild durch vier wesentliche Bildgüte-Para-meter beschrieben werden:

1. Die Basisortsauflösung SRB (Hälfte der Bildunschärfe, auch effektive Pixelgröße genannt),

2. die Kontrastempfindlichkeit (kleinster nachweisbarer Material-dickenunterschied),

3. das normierte Signal/Rausch-Ver-hältnis SNRNorm als Funktion der

Belichtungsbedingungen (Dosis und Strahlenqualität),

4. der Objektumfang (Bilddynamik, gleichzeitig auswertbarer Materi-aldickenbereich in einem Bild).

Eine Normierung des im Bild gemes-senen SNR auf die Basisortsauflösung SRB des Detektors ist wichtig, weil das gemessene SNR bei gleicher Dosis mit der Wurzel der Detektorelementfläche zunimmt (Eigenschaft der Poisson-Statistik der Röntgenstrahlung).

Die Basisortsauflösung SRB wird mit einem Doppeldrahtsteg nach EN 462-5 bestimmt und ist die Hälfte der er-mittelten Bildunschärfe. Weitere De-tails dazu kann man /1/ bis /5/ und den dort zitierten Normen entneh-men.

2. ErreichbareBildqualitätmitZfP-Röntgenfilmen

In Abb. 2 sind die wesentlichen Ab-hängigkeiten dargestellt, die die Bild-qualität von ZfP-Röntgenfilmen be-stimmen.

Aufgrund der in Abb. 2 dargestellten Zusammenhänge hängt das SNRNorm von der Filmsystemklasse ab.

Es bewegt sich im Bereich von mind. 40 (Klasse C6 bei D-D0=2, Dosis ca. 2 mGy) bis zu max. 250 (beste Klasse C1, D-D0=4,5, Dosis ca. 60 mGy).

Höhere SNRNorm-Werte lassen sich mit Filmsystemen nach EN 584-1 nicht erreichen, da die dafür noch hö-heren Dosiswerte optische Filmdich-ten D>5 erzeugen, die praktisch nicht mehr auslesbar sind.

3. VergleichdererreichbarenBild-qualitätvonZfP-FilmundDDA

Zur Demonstration der erzielbaren Bildqualität wurde die Testschweiß-naht „BAM5“ ausgewählt, eine Stahl-platte mit 8mm Wanddicke und 2mm Nahtüberhöhung, die alle üblichen Schweißnahtfehler enthält. Diverse Bildgüteprüfkörper wurden zusätzlich aufgelegt.

Im Vergleich dazu stehen Aufnahmen mit einem digitalen Detektor-Array XRD1620 der Firma PerkinElmer, die mit der YXLON Image Software auf-genommen wurden (siehe Abb. 4 bis 8). Zwei unterschiedliche Aufnahme-geometrien wurden benutzt:

1. Die Schweißnaht direkt vor dem Detektor (Vergrößerung =1) und

Abb.1: Zusammenhänge zwischen den Bildqualitätsparametern radiographischer Bildde-tektoren (aus [7])

Abb. 2: Bestimmung des Bildqualitätsparameters SNRNorm durch die ZfP-Filmsystem-Klassifizierung nach EN 584-1 (Strahlenqualität: 220 kV und 8mm Cu-Filter). Links: der ZfP-Film als linearer Detektor im Arbeitsbereich kann in jeder Systemklasse nur in einem begrenzten Dosisbereich angewendet werden. Rechtes Diagramm: Das Rauschen im Filmbild wird mit einer Mikroskop-Blende gemessen (SRB = 88,6 µm) und als Filmsystem-granularität (σD) bezeichnet. Das Film-SNR berechnet sich aus dem G2/ σD –Verhältnis und ist durch die jeweilige Filmsystemklasse nach EN 584-1 bestimmt. Alle Filmsystem-klassen verteilen sich (herstellerunabhängig!) entlang einer Geraden, die durch die Pois-son-Statistik für Röntgenquanten bestimmt wird.

39

ZfP-Zeitung 105 • Juni 2007

2. die Schweißnaht zwischen Detek-tor und Röntgenröhre (Vergröße-rung = 3.5).

Besonders die letztere Aufnahme-geometrie erfordert einen kleinen Brennfleck, z.B. von einer Minifokus-Röntgenröhre, um eine geometrische Unschärfe in dieser Aufnahme von kleiner 200 µm auf dem Detektor ein-halten zu können.

Da die Aufnahmen in Abb. 3 und 4 (alle DDA-Bilder sind negativ zum leichteren Vergleich mit dem Film dargestellt) visuell kaum Rauschen er-kennen lassen, wird eine richtungsun-abhängige 2D-FFT-Hochpassfilterung benutzt, um den starken Bildunter-grund aufgrund der Wanddickenun-terschiede zwischen Schweißnaht und Grundmaterial zu unterdrücken. Bei vergrößerter Bilddarstellung werden das Bildrauschen und die kleinen Feh-leranzeigen deutlich sichtbar (ähnlich der Filmbetrachtung mit Lupe auf dem Betrachtungsgerät).

Die hochpassgefilter ten Bildaus-schnitte in Abb. 5 bis 8 zeigen ein-drucksvoll, wie sich die Kontrastemp-findlichkeit durch den Ersatz des ZfP-Filmes mit einem DDA steigern lässt. Wie ist das möglich?

4. SteigerungderBildqualitätbeiAnwendungvonDDAs

Wie in Abb. 2 gezeigt wurde, ist das SNRNorm von ZfP-Filmen aufgrund des begrenzten Filmdichtebereiches (Arbeitsbereich: 2 < D < 5) und damit auch Dosisbereiches limitiert. Noch bessere SNRNorm-Werte er fordern noch höhere Belichtungsdosen, die bei Röntgenfilmen wegen der hö-heren Filmdichten D>5 nicht mehr auslesbar sind.

Abb. 3: Referenz zum Bildqualitätsvergleich: Durchstrahlungsaufnahme der BAM5-Test-schweißnaht mit der besten Filmsystemklasse C1, digitalisiert mit Filmscannerklasse DS-10 nach EN ISO 14096

Abb. 4: Vergleichsaufnahmen mit DDA zu Abb. 3, zwei unterschiedliche Vergrößerungen wurden benutzt

Fachbeiträge

Abb. 5: Vergleich der Drahtstegerkennbarkeit nach EN 462-1 zwi-schen Film und DDA bei 8 mm Wanddicke (nach Hochpass-Filte-rung). Das höhere SNR des DDA erlaubt bei 200 µm Pixelgröße noch, den Draht W19 mit 50 µm Durchmesser nachzuweisen

Abb. 6: Vergleich der Stufe/Loch-Erkennbarkeit nach EN 462-2 zwischen Film und DDA bei 8 mm Wanddicke (nach Hochpass-Fil-terung). Das höhere SNR des DDA erlaubt bei 200 µm Pixelgröße noch ein Loch von 125 µm Durchmesser eindeutig nachzuweisen

ZfP-Zeitung 105 • Juni 2007

40

Fachbeiträge

Dieser Effekt lässt sich bei digitalen Detektor-Arrays jedoch einfach umge-hen: Der digitale Detektor wird recht-zeitig vor der Sättigung ausgelesen und wieder zurückgesetzt. Anschlie-ßend wird das nächste Bild eingezo-gen. Alle Bilder werden im Rechner zu einem integrierten Bild gemittelt. Auf diese Weise kann die Belichtungszeit unbegrenzt erhöht werden.

Das SNRNorm steigt mit der Wurzel der Anzahl gemittelter Einzelbilder. Die Belichtungszeit der Aufnahme verlängert sich mit der Anzahl der ak-kumulierten Einzelbilder, technisch ist dem keine Grenze gesetzt.

In Abb. 9 ist diese Erhöhung des SNRNorm mit der Wurzel der Dosis (und der Belichtungszeit bzw. der An-zahl von Einzelbildern) durch Einzel-bildintegration dargestellt. Um Stö-rungen durch unterschiedliche Emp-findlichkeiten zwischen den einzelnen Pixeln des DDA ausschließen zu kön-nen, wurden die SNRNorm-Werte aus der Differenz von jeweils 2 unter iden-tischen Bedingungen akkumulierten Bildern berechnet.

Für die in Abb. 9 gemessenen SNR-Werte gibt es jedoch eine praktische Begrenzung: dif ferentielle Unter-schiede in den Kennlinien benach-

barter Pixel des digitalen Detektor-Ar-rays. Wenn das Poisson-Rauschen der Röntgenquanten unter diese diffe-rentiellen Unterschiede benachbarter Pixel durch genügend lange Integra-tion reduziert ist, kommt es zu kei-ner weiteren Verbesserung des mess-baren Signal/Rausch-Verhältnisses. Das erreichbare SNR wird jetzt durch das Strukturrauschen im Detektor be-grenzt. Diese SNR-Begrenzung durch das Strukturrauschen (als Ergebnis von Inhomogenitäten der Detektor-schicht durch z.B. Herstellungstole-ranzen) beschränkt die erreichbare Bildqualität im Falle des Filmersatzes mit Speicherfolien (siehe EN 14784) bzw. Film-Fluoreszenzfolien-Kombi-nation.

Digitale Detektor-Arrays haben je-doch noch einen weiteren entschei-denden Vorteil:

Die Detektorpixel sind matrixartig an-geordnet. Leichte Varianzen der Pixel (z.B. in ihrer Empfindlichkeit oder ein unterschiedlicher Offset im Ausleseka-nal) sind unvermeidbar – können aber genau ermittelt werden. Da sie unver-änderlich sind, kann ein pixelweiser Ausgleich der differentiellen Unter-schiede zwischen benachbarten Pixel per Software erfolgen. Dieser Prozess wird Detektor-Kalibrierung genannt. Die einfachste Kalibrierung basiert auf der Annahme, dass alle Detektorele-mente linear zur Dosis arbeiten, aber unterschiedlich empfindlich sind. Zur Kalibrierung wird ein Dunkel- und Hellbild aufgenommen. Mit dem

Abb. 7: Vergleich eines ca. 12 mm breiten Ausschnittes zwischen Film (links) und DDA (Mitte und rechts), nach Hochpass-Filterung. Das deutlich höhere SNR des DDA (jeweils im Grundmaterial ge-messen) erlaubt auch bei einer Vergrößerung von 1 (Mitte, Basis-ortsauflösung 200 µm) Rissstrukturen nachzuweisen, die beim Film mit seiner deutlich höheren Basisortsauflösung (50 µm) im Rauschen untergehen. Mit der Vergrößerung von 3,5 (rechts, Basis-ortsauflösung von 70 µm) sind noch wesentlich mehr Details auf-lösbar.

Abb. 8: Vergleich eines ca. 5 mm breiten Ausschnittes zwischen Film (links) und DDA (Mitte und rechts), nach Hochpass-Filte-rung. Trotz Interpolationsartefakten sind in der mittleren Aus-schnittsvergrößerung bei einer Basisortsauflösung von 200 µm Mikroporositäten mit einer Größe unterhalb eines Detektorpixels deutlich sichtbar. Diese Anzeigen konnten bisher mit Film-Radio-graphie nicht gefunden werden

Abb. 9: Verbesserung des normierten Signal/Rausch-Verhältnisses durch Bild-Integration im Computer. Detektor: Ajat DIC100TL. Die Steigung der Geraden wird durch die Effizi-enz des Detektors bei der eingestellten Energie bestimmt

41

ZfP-Zeitung 105 • Juni 2007 Fachbeiträge

Dunkelbild wird eine Offset-Korrektur ausgeführt und das Hellbild wird nach Offset-Korrektur zum Ausgleich der Empfindlichkeit der Detektorelemente verwendet. Diese Zweipunktkorrek-tur ist schnell und bereits für viele Anwendungen ausreichend. Für die Hochkontrastempfindlichkeitstechnik wird aber eine Mehrpunktkalibrie-rung benötigt, die auch Nichtlineari-täten der Kennlinien der Detektorpi-xel korrigiert. In Kombination mit der Integration über viele Einzelbilder des gleichen Objektes können so wesent-lich höhere Kontrastempfindlichkeiten erreicht werden.

In Abb. 10 werden die erreichbaren SNRNorm-Werte für unterschiedliche Detektorkalibrierungen gezeigt und mit den Grenzen von ZfP-Film und Speicherfoliensystemen verglichen.

Die Standard 2-Punkt Kalibrierung im freien Strahl (Abb. 10a) erreicht bei 500s Integrationszeit ein SNRNorm von 500. Eine Kalibrierung bei passender Signalintensität erlaubt bei gleicher Integrationszeit ein SNRNorm von 650 (Abb. 10b). Mit einer 4-Punkt Korrek-tur mit Strahlaufhärtung bei der Kalib-rierung ist ein SNRNorm von 820 mög-lich (Abb. 10c). Der gravierende Vor-teil ist aber nicht das höhere SNRNorm,

sondern dass mit der optimierten Ka-librierung bereits nach 16s Integrati-onszeit das gleiche SNRNorm wie nach 500s Integrationszeit bei der Standard-2-Punkt- Kalibrierung erreicht wird.

Im Unterschied zur Abbildung 9 fällt auf, dass das erzielbare SNRNorm scheinbar begrenzt ist – die Kurven knicken in der Praxis ab. Die Ursachen hierfür wurden untersucht. Zum Test wurde der oben verwendete Strang-Aluminium-Block im Abstand von 980mm vom Detektor aufgestellt und zweimal hintereinander mit ausrei-chend langer Integrationszeit aufge-nommen.

Abb. 10: Erzielbares SNRNorm mit verschiedenen Detektor-Kalibrierungen. Detektor: Ha-mamatsu C7942; Dosis bei 120kV, 7mA, 30mm Aluminium

Abb. 11: Begrenzung des SNRNorm durch das Material. Ergebnis der Differenzbil-dung aus zwei identischen Bildern bei seit-licher Bewegung des Materials um 20mm

Abb. 12: Auflösbare Wanddickendifferenz bei Aluminium von 10-110mm Wandstärke und verschiedenen Integrationszeiten.Mit einem Stufenkeil aus V4A Stahl konnte eine ähnlich gute Kon-trastauflösung nachgewiesen werden

Abb. 13: Auflösbare Wanddickendifferenz bei V4A Stahl von 1,25-12,5mm Wandstärke und verschiedenen Integrationszeiten.Zum Vergleich sind in Abb. 14 die Grenzwerte eingetragen, die die EN462-3 für die Prüfklasse B fordert (Filmradiographie mit Stufe/Loch-Bildgüteprüfkörper bei D=2). Dabei wurde die Y-Achse neu skaliert

ZfP-Zeitung 105 • Juni 2007

42

Fachbeiträge

Zwischendurch wurde der Klotz um 20mm senkrecht zum Röntgenstrahl bewegt.

Durch diese Technik wurden alle In-homogenitäten durch den Detektor, die Kalibrierung oder Aufnahmegeo-metrie egalisiert. Durch den großen Abstand zum Detektor wurde auch der Einfluss von Streustrahlung auf ein vernachlässigbares Maß reduziert. Beide Bilder wurden voneinander ab-

gezogen und aus dem Differenzbild das SNRNorm ermittelt (siehe Abb. 11).

Da alle anderen Ursachen ausge-schlossen werden können, bleiben als Ursache für die Begrenzung des maxi-mal erreichbaren SNRNorm nur Mate-rial-Inhomogenitäten übrig.

Die Ermittlung der Kontrastempfind-lichkeit (auflösbare Wanddickendif-ferenz in %) mit einem Aluminium-Stufenkeil von 10-110mm zeigt daher

auch eine Limitierung bei ca. 0,1% - was einem SNR von ~1000 entspricht (siehe Abbildung 12). Eine Verlänge-rung der Belichtungszeit um Faktor 10 (von 60 auf 600s) bringt kaum noch eine Verbesserung.

5. KompensationgeringerOrtsauflösungdurchhohesSNR

Ein geringes Rauschen im Bild hat nicht nur Vorteile für die Kontrast-Auf-lösung. Eine geringere Ortsauflösung

Abb. 14: Grenzwerte für die Sichtbarkeit des 1T Stufe/Loch-BPK nach EN462-3, Prüfklasse B im Vergleich zur auflösbaren Wanddicken-differenz mit dem DDA

Abb. 15: Aluminium Keil von 5bis 40 mm Dicke mit Langlöchern von 127µm bis 1200µm Durchmesser. Rechts: Hochpass-gefiltertes Bild, aufgenommen mit einem Detektor mit 400µm Pixelgröße ohne Vergrößerung, Sub-Pixel Interpolation mit YXLON Image Software

43

ZfP-Zeitung 105 • Juni 2007 Fachbeiträge

kann bei einem sehr rauscharmen Bild mit der höheren Kontrastauflösung kompensiert werden. Zum Nachweis wurde ein Aluminium Keil der Dicke 5 bis 40 mm, der 5 durchgehende Boh-rungen mit Durchmessern von 127 – 1200 µm enthält, mit einem Detek-tor mit 400 µm Pixelgröße aufgenom-men. Der Keil lag direkt auf dem De-tektor (Vergrößerung=1).

Abb. 15 zeigt deutlich, dass die 127µm große Bohrung im Hochpass-gefilterten Bild durchgehend zu er-kennen ist, obwohl sie nur 1/3 eines Pixels überdeckt. Der Unterschied zur 400µm Bohrung (=Pixelgröße) liegt im Wesentlichen in der Intensität der Darstellung.

Im Beispiel rechts überdeckt das Loch 1/3 eines Pixels (grauer Streifen in der Mitte). Der Kontrast wird auf 1/3 re-duziert. Bei einem SNR von 1000 wäre ein Loch, das ein Pixel in der ganzen Breite abdeckt, mit 1/1000stel der Ma-terialdicke sichtbar (0,1%). Ein Loch, das nur 1/3 der Fläche eines Pixels überdeckt, ist noch mit 1/333 der Ma-terialdicke sichtbar. Bei einem SNR von 1000 entspricht das 0,3% Kontrastauf-lösung.

6. StandderNormung

ASTM International ist zur Zeit füh-rend in der Normung zur Anwendung digitaler Detektoren. Treibende Kraft ist die starke Luftfahrt-Industrie. Un-ter Mitwirkung der Autoren entstehen bei der ASTM zur Zeit 4 Standards:

• „DDA guide“, der die verschie-denen Technologien der digitalen Detektoren beschreibt,

• „DDA manufacturing qualifica-tion“, die vorgibt, wie die Her-steller ihre Geräte qualifizieren müssen und wie die Ergebnisse zu

präsentieren sind (siehe Abb. 16),

• „DDA user qualification“, die be-schreibt, wie der Anwender den Abnahmetest durchführt, was nach Reparatur oder Änderung zu tun ist und wie die Langzeit-Stabi-lität sicherzustellen ist,

• „DDA practice“, die aufzeigt, wie man mit Detektoren praktisch arbeiten soll (die Practice ist be-sonders für Anwender, die Filme ersetzen wollen, ausgelegt.)

Da die Vorschläge zur Zeit schon in der Abstimmung sind, wird mit einer Veröffentlichung noch in 2007 ge-rechnet [6].

Als Beispiel für den Nutzen sei die Darstellung der Ergebnisse der „DDA manufacturing qualification“ gezeigt. In Spinnennetz-Diagrammen sind die Ergebnisse der verschiedenen Tests übersichtlich dargestellt.

Abb. 16 zeigt links einen Detektor, der für die Gussteilprüfung gut geeignet ist. Für diese Prüfung wird ein hoher Materialdickenumfang (Objektum-fang) im gleichen Durchstrahlungs-bild verlangt. Außerdem soll die Prü-

Abb. 16: Darstellung der Ergebnisse der „DDA manufacturing qualification“ bei ASTM, hier für einen Detektor für die Gussteil-Prüfung (links) und für einen Detektor für die Schweißnaht-Prüfung (rechts)

ZfP-Zeitung 105 • Juni 2007

44

Fachbeiträge

fung schnell erfolgen (wenig Nach-leuchten).

Abstriche sind bei der geometrischen Ortsauflösung gestattet – Gussfehler unter 500µm sind meist nicht rele-vant. Für die Schweißnaht-Prüfung kommt es aber genau auf diese Orts-auflösung an, um feine Risse zu fin-den. Dafür sind Abstriche beim Objek-tumfang kein Problem – die Schweiß-nähte sind allgemein eher flach.

ZusammenfassungDie wesentlichen Ergebnisse dieser Arbeiten lassen sich wie folgt zusam-menfassen:

1. ZfP-Filmsysteme sind in ihrer Bild-qualität begrenzt, weil sie ober-halb D>5 nicht mehr ausgelesen werden können. Digitale Detektor Arrays können durch eine Bild-Integration im Computer diese Grenze aufheben und weit über-schreiten.

2. Eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem ZfP-Film ist nur durch eine optimale Detektor-Ka-librierung möglich (Multigain-Ka-librierung).

3. Eine geringere Ortsauflösung des DDA gegenüber dem ZfP-Film kann durch ein höheres SNR bzw. eine bessere Kontrastauflösung kompensiert werden.

4. Die obere Grenze der erreichbaren Bildqualität bei DDAs wird durch die Materialinhomogenitäten des Prüfobjektes bestimmt und nicht mehr durch die Detektor-Technik.

5. Diese Ergebnisse haben Eingang in ASTM-Normen gefunden. Der UA BDS im Fachausschuss „Durch-strahlungsprüfung“ der DGZfP wird daraus einen CEN-Entwurf zur Detektorqualifizierung ableiten.

DanksagungDie vorliegende Arbeit wurde auf der DGZfP Jahrestagung 2007 mit dem Bertholdpreis ausgezeichnet.Die Preisträger bedanken sich ganz herzlich bei Prof. Dr. U. Ewert (BAM) für die Initiierung und Betreuung dieser Arbeit an der BAM, ohne die die Reali-sierung der Ideen nicht möglich war.

Den Vorschlagenden, Prof. Dr. U. Ewert und Prof. Dr. H. Heidt von der BAM sowie Dr. R. Hanke vom EZRT Fürth der FhG, wird für diesen ge-meinsamen Vorschlag von BAM und Fraunhofer-Gesellschaft gedankt so-wie dem Bertholdpreis-Kuratorium für die Auswahl dieses Vorschlages.

Unser besonderer Dank gilt Dr. U. Heike (YXLON International X-Ray GmbH) für die stetige Unterstützung, das Herausfiltern ungeeigneter Ideen und die Realisierung der Algorithmen. Ohne ihn hätte die Arbeit nicht so entstehen können.

Referenzen:[1] U. Ewert, BAM Berlin, U. Zsche-

rpel, BAM Berlin, K. Bavendiek, YXLON International X-Ray, Hamburg, Digitale Radiologie in der ZfP - Belichtungszeit und Kon-trastempfindlichkeit - Der Äqui-valenzwert zur optischen Dichte des Films, DGZfP-Jahrestagung, Rostock, 2.-4.5.2005, Proceedings CD, v23.pdf und ZfP-Zeitung 97, 2005, S. 41 – 47.

[2] U. Zscherpel, BAM Berlin, U. Ewert, BAM Berlin, K. Bavendiek, YXLON International X-Ray, Hamburg, Bildschärfe digitaler radiologischer Detektoren für ZfP-Anwendungen, Posterbeitrag, DGZfP-Jahrestagung, Rostock, 2.-4.5.2005 Proceedings CD, p38.pdf.

[3] U. Ewert, BAM Berlin, U. Zsche-rpel, BAM Berlin, K. Bavendiek, YXLON International X-Ray, Hamburg, REPLACEMENT OF FILM RADIOGRAPHY BY DIGITAL TECHNIQUES AND ENHAN-CEMENT OF IMAGE QUALITY, Jahrestagung der indischen Gesellschaft für ZfP, Kalkutta, 4.-6.12.2005, V.S. Jain-Lecture, Proceedings, S. 3-15.

[4] Klaus BAVENDIEK, Uwe HEIKE, YXLON International, Hamburg, Germany, William D. MEADE, BOEING Commercial Airplane Group, Seattle, USA, Uwe ZSCHE-RPEL, Uwe EWERT, BAM, Berlin, Germany, New Digital Radiogra-phy Procedure Exceeds Film Sen-sitivity Considerably in Aerospace Applications, 9th ECNDT, Berlin, 25.-29.9.2006, Proceedings CD, Th.3.2.1.pdf (Hauptvortrag).

[5] Klaus BAVENDIEK, YXLON Inter-national, Hamburg, COMPOSITE PRÜFUNG MIT FLACHDETEK-TOREN, DGZfP Arbeitskreissit-zung Hamburg, 11.4.2007

[6] ASTM-Normentwurf WK12340, New standard test method for manufacturing characteriza-tion of Digital Detector Arrays, 30.5.2006.

[7] U. Ewert, U. Zscherpel, BAM Berlin, K. Bavendiek, YXLON International, Hamburg, Film Re-placement by Digital X-ray Detek-tors – The Correct Procedure and Equipment, Vortrag von U. Ewert auf der 16th WCNDT 2004, 30.8. – 3.9.2004, Montreal, Kanada und ASTM E.07 Committee Meeting, 13. Juni 2005, Kansas City, USA.

FilmbetrachtungsgeräteDensitometerAufnahmezubehörAufbelichtungszeichen

Dunkelkammer-Ausrüstg.Filme und Chemikalien

FarbeindringmittelStrahlenschutzgeräte

Wilnosol HI "Super"Irisblende 5-75 mm Dmr.

L. ca. 470 000 cd/m2

bis D = 4,7 nach EN

Wilnosol "Universal-plus"Leuchtfläche 13x18 cm

L. ca. 200 000 cd/m2

bis D = 4,3 nach EN

Wilnosol H "Langfeld"/"Langfeld-S"; 8,5x45 cm 40 000 / 120 000 cd/m2

D = 3,6 / 4,1 nach EN

Mit den WilnosolHochleistungsgerätengibt es auch im Hoch-sommer und bei Dauerbelastung keineWärmeprobleme fürdie Filme. Auch ältere Geräte H "Universal" und H "Langfeld" sind mitHochleistungs-Wärme-filtern nachrüstbar.

Beim LCD 301 ist dieStandard-Handsonde(2 mm Blende) gegen

eine andere Sondeauswechselbar.

Punktgenaue Densito-metrie ist damit auch

in sehr dunklen Filmenmöglich, wenn ein

ausreichend hellesBetrachtungsgerät

verwendet wird.

WILNOS Handsonden-Densitometer LCD 301,

Batterie- und Netzbetrieb,bis D = 5,0, RS 232

Wilhelm Nosbüsch GmbHSchallbruch 59 • 42781 Haan/Rhld.

Tel. 02129 - 55 62 0 • Fax +49 - 2129 - 55 62 49www.wilnos.de • info@wilnos.de

Qualität schafft Sicherheit

DAP . Berlin . (030) 67 05 91-10Fujifilm Abt. DX . Düsseldorf . (0211) 50 89-246/248GE Inspection Technologies Systems . Hürth . (02233) 601-262Helling . Heidgraben . (04122) 92 20IT-SERVICE LEIPZIG GmbH . Leipzig . (0341) 90 10 537KRAEMER . Windeck . (02292) 91 18 (0)RÖMATEC . Bönen . (02383) 9 10 41-0TCP Prüftechnik . Nordhorn . (05921) 99 42 25VECTOR . Troisdorf . (02241) 80 57 98YXLON International . Hamburg . (040) 5 27 29-0ZPKo GmbH . Stuttgart . (0711) 25 35 95-51

DEUTSCHEGESELLSCHAFT FÜRZERSTÖRUNGSFREIEPRÜFUNG E.V.

Fördernde Mitglieder

BIS Blohm+Voss . Hamburg . (040) 75 60 77-10F. BRAUN . Freudenberg . (02734) 27 52-44compra . Frechen . (02234) 9 57 10-0DUO . Geesthacht . (04152) 7 40 37GFR . Hattingen . (02324) 95 09 06GMA . Düsseldorf . (0211) 7 30 94-17F.H.GOTTFELD . Herne . (02323) 92 65-142INCOS . Titting . (08423) 99 19-20intelligeNDT . Erlangen . (09131) 189-30 46J&L GmbH . Bergisch-Gladbach . (02204) 84 21 10LVQ-WP . Mülheim/Ruhr . (0208) 59 85 20NSQ-HAUK . Ludwigshafen . (0621) 5 79 17-0Pockrandt GmbH . Oberhausen . (0208) 85 97-150Röntgen-Service EGLY GmbH . Mannheim . (0621) 70 90 31

RTD . Bochum . (0234) 9 27 98-0RPZ Zwickau . Zwickau . (0375) 2 77 76-0D. SCHMITT . Frankenthal . (06233) 37 91-73SG-Qualitätssicherung . Bochum . (0234) 85-531TBD GmbH & Co. KG. Friedeburg . (04465) 8 08 20TECNOTEST . Leverkusen . (0214) 86 83 40Tuboscope Vetco . Celle . (05141) 802-0TÜV Süddeutschland . München . (089) 57 91-1835TÜV Werkstoffprüfungen . Halle . (0345) 5 23 40 64Uhlemann & Röhrich . Peitz . (035601) 3 03 75Ultraschall Prüfservice . Berlin . (030) 22 32 11 10Ingenieurbüro Witte . Versmold . (05423) 40 21ZWP Werkstoffprüfung . Duisburg . (02065) 99 74-0

Ordentliche Mitglieder

F-GZPFachgesellschaft akkreditierter ZfP-Prüfstellen –

eine Fachgesellschaft der DGZfP

Fordern Sie bitte kostenloses Informationsmaterial an:Geschäftsstelle F-GZP / DGZfP

Max-Planck-Straße 6 • 12489 Berlin • Tel.: 030 / 678 07-0 • Fax: 030 / 678 07- 109 • e-mail: mail@dgzfp.de

www.dgzfp.de/fgzp•

Außenstelle F-GZPIm Schüle 27 • 70192 Stuttgart • Tel.: 0711 / 253 595-51 • Fax: 0711 / 253 595-50 • e-mail: Kolb@ZPKo.de

Wir garantieren Qualität!

Ihr Partner:unsere akkreditierten Prüffirmen