WO2010072873A1 - Sistema de magnificación variable para inspección radiográfica y tomográfica en el campo de los ensayos no destructivos. - Google Patents

Sistema de magnificación variable para inspección radiográfica y tomográfica en el campo de los ensayos no destructivos. Download PDF

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Lucia Franco Ferreira
Felix VIDAL VILARIÑO
Faustino GÓMEZ RODRÍGUEZ
Ramon AMENEIRO RODRÍGUEZ
Alfredo Iglesias Lago
Rafael Toval Barreras
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Universidade De Santiago De Compostela
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Definitions

  • Variable magnification system for radiographic and tomographic inspection in the field of non-destructive testing.
  • the invention relates to a system and a method for acquiring radiographic and / or tomographic images of an object It is useful in the field of non-destructive testing and in industry, by allowing to vary the distance between the object and the source of radiation, that is, the magnification factor in the generated image.
  • Document US516497 IA describes an apparatus and method for simultaneous acquisition of radiographic and tomographic image based on a two-dimensional detector and has two possible modes of acquisition: in real time, according to which an area of interest of the object to be inspected, and with a lapse of time, according to which radiographs are made in which the area of interest is detected.
  • the distance from the object to be inspected to the radiation source is fixed, so that the spatial resolution reached is fixed in each of the systems used.
  • the invention provides a flexible system and method, in which the distance between the inspection object and the radiation source can be varied, which provides a variable magnification factor and, therefore, a spatial resolution value in the image variable.
  • the present invention describes a system and a method for acquiring radiographic and / or tomographic images of an object. It consists of a radiation source that generates radiation that passes through an object to be inspected, so that the radiation not absorbed in the object reaches a linear detection matrix. From the detected radiation a signal is generated in the electronic acquisition cards, which is transmitted to a computer through a data dump interface. The detection matrix and the radiation source move vertically to continue acquiring data and forming a radiographic image. In an image of a tomographic cut, the object, located on a rotating bench, rotates 360 ° as data are acquired before advancing the source of radiation and the matrix in vertical, to continue performing tomographic slices. Finally, the acquired data is reconstructed and the resulting image is displayed.
  • the variable magnification system consists of several elements: a source of ionizing radiation (X-ray tube), a detector formed by a linear array of scintillation detector elements, a series of electronic cards for acquiring the detector signal with a card acquisition control, a digital data dump interface to a computer and the capture card, two banks of linear vertical movement with two supports for the source and the detector, a rotating bench with a support plate for objects, a bench horizontal linear located between the radiation source and the detector, and a PID control module (Proportional Integral Derivative).
  • the radiation source includes a high voltage source controlled from the computer
  • the electronic signal acquisition cards include an external power source.
  • the detector linear array and the electronic acquisition cards are located in a box of aluminum armored with lead, anchored with a mechanical support to one of the linear vertical benches and with an opening at the height of the linear array of detectors. to collimate the incident radiation.
  • the invention relates to a method for controlling the generation of data from a program developed on the computer, characterized by: generating the acquisition parameters, by acquiring the radiographs or tomographic sections generated from an object, and performing of a previous calibration of the detector.
  • the geometry data and acquisition parameters are generated and transferred from the PID control module.
  • the procedure also includes the reconstruction and visualization of images from the acquired data.
  • the parameters data of the acquisition include the following types of information: a. Information concerning the number of projections in the acquisition of a topographic cut. b. Information concerning the number of detector elements used to detect signal. c. Information concerning the width of a tomographic cut, which is equivalent to the vertical size of the unit of image, (pixel). d. Information concerning the energy used from the radiation source, controlled by the high voltage source.
  • the acquisition geometry data includes the following types of information: a. Information concerning the distance of the radiation source to the object of inspection, distance that gives the magnification factor in a given acquisition. b. Information concerning the size of the image unit, that is, one pixel, both for radiographic image and tomographic section. c. Information concerning the number of projections in the acquisition of a tomographic section. d. Information concerning the number of detector elements used to detect signal.
  • the geometrical data is necessary to obtain the real pixel size in the image, because in this system the distance from the object to be inspected to the radiation source can be varied by modifying the position of the rotary bench on the linear bench.
  • Figure 1 is the system (1) of variable magnification for non-destructive and radiographic inspection in industrial applications, comprising the radiation source (2), the detector box (15), the vertical linear banks (7,8), the horizontal linear bench (11), the rotary bench (9) and the support plate (10) for the object to be inspected.
  • Figure 2 is a detailed view of the box (15), comprising the linear array of detectors (3), the electronic acquisition cards (4) and the acquisition control card (5).
  • Figure 3 is a general view of all elements of the system (1): The radiation source (2) and its high voltage source (2), the detector array (3), electronic (4) and control ( 5), the data dump interface (6) to the computer (17) and the capture card (18), as well as the power supply of the electronic cards (14), the PID control module (12) and its source of food (16).
  • Figure 4 is a flow chart of the process of acquiring and reconstructing the radiographic or tomographic image of an object.
  • the object to be inspected is placed on the support plate on the rotating base (10).
  • the radiation passes through the object, and the emerging radiation arrives at the linear array of detectors (3), located in an aluminum box (15) shielded with lead through an opening.
  • This collimation is used to prevent the radiation from directly affecting the electronic acquisition cards (4).
  • the radiation detected generates a signal read on the acquisition cards; controlling the acquisition parameters (integration time and number of subsamples) by means of the acquisition control card (5).
  • the generated data is transferred to the control computer (17) through a dump interface (6) and a capture card (18).
  • the radiation source (2) is supported by a support to a linear vertical bench (8) motorized.
  • the radiation emission is controlled from the computer (17), fixing a value of kilovoltage and working current through the high voltage source (13).
  • the acquisition and control cards (4,5) need a voltage for their operation, through a power supply (14).
  • the aluminum box (15) containing said cards is held by a support to the other motorized linear vertical bench (7).
  • the acquisition control card (5) sets control parameters for the reading cards (4), such as the integration time and the number of sub-samples for the generated signal.
  • the mechanical movement of the different elements is done through the different banks, controlled by the PID control module (12), and is different depending on the type of image to acquire: radiographic or tomographic cut.
  • the benches to which the box containing the detector and the radiation source are fixed move vertically simultaneously, covering the area of the object to be inspected, while the rotary table and the plate The object's support is held in a fixed position.
  • the box containing the detector and the radiation source move towards the vertical position in which the inspection begins, and the rotating bench rotates 360 °, so that the object on the plate also rotates .
  • the detector box and radiation source move to the next vertical position, and the rotary bank rotates 360 ° again.
  • the speed of the benches depends on the control parameters indicated (integration time, number of sub-samples), as well as the geometric data of the acquisition (number of projections).

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Abstract

Sistema de magnificación variable para inspección radiográfica y tomográfica (1) en aplicaciones industriales compuesto de una fuente de radiación ionizante (2), una matriz lineal de elementos detectores de centelleo (3), tarjetas electrónicas de adquisición de la señal del detector (4) y una tarjeta de control de adquisición (5), interfaz de volcado de los datos digitales a un ordenador (6), tarjeta capturadora de datos (18), dos bancadas verticales de movimiento lineal con dos soportes para la fuente y el detector (7,8), bancada rotatoria con plato de soporte para los objetos a inspeccionar (9,10), bancada lineal horizontal (11) colocada entre la fuente de radiación y el detector, módulo de control PID (12). La bancada horizontal (11) permite variar la distancia entre el objeto a inspeccionar y la fuente, el factor de magnificación en las imágenes adquiridas. Procedimiento de control de generación, adquisición, reconstrucción y visualización de datos asociado al sistema (1).

Description

Sistema de magnificación variable para inspección radiográfica y tomográfica en el campo de los ensayos no destructivos.
Sector de la técnica
La invención se refiere a un sistema y a un procedimiento para la adquisición de imágenes radiográficas y/o tomográficas de un objeto Es de utilidad en el campo de los ensayos no destructivos y en la industria, al permitir variar la distancia entre el objeto y la fuente de radiación, es decir, el factor de magnificación en la imagen generada.
Estado de la técnica
En el resumen científico de Willi A. Kalender "X-ray computed tomography" en Physics in Medicine and Biology, 51 (2006), describe en el estado del arte en tomografía axial computarizada desde el punto de vista médico, en el que el conjunto detector - fuente de radiación gira alrededor del objeto - paciente y no al revés. Asimismo presenta una breve introducción histórica, describe las generaciones de tomógrafos existentes y nuevos modelos como el tomógrafo helicoidal, y cita la aparición de la geometría "cone beam".
En la publicación científica de Kwak y otros autores "Development of x-ray scanner using 450 kVp x-ray", en IEEE Transactions on Nuclear Science, volumen 50, número 6 en (diciembre 2003), aparece descrito un escáner para adquisición de radiografías digitales de aplicación industrial, en particular para la inspección de contenedores. Un ejemplo de tomografía con aplicaciones industriales se describe en la publicación de Pires y otros autores "Gamma ray computed tomography to evalúate wetting/drying soil structure changes", publicado en Nuclear Instruments and Methods in Physical Research B, volumen 229 (2005), donde se aplica la imagen tomográfica para estudiar cambios en distintos estratos de suelos.
En el documento US516497 IA se describen un aparato y un procedimiento para una adquisición simultánea de imagen radiográfica y tomográfica que se basa en un detector bidimensional y presenta dos modos posibles de adquisición: en tiempo real, según el cual se escoge una zona de interés del objeto a inspeccionar, y con un lapso de tiempo, según el cual se realizan radiografías en las que se detecta la zona de interés.
En estos sistemas de imagen, tanto radiográfica como tomográfica, la distancia desde el objeto a inspeccionar hasta la fuente de radiación es fija, de forma que la resolución espacial alcanzada es fija en cada uno de los sistemas utilizados. Por otro lado, no se permite variar el número de elementos detectores utilizados en la adquisición, de forma que el tamaño de la imagen generada es el mismo en toda adquisición. La invención proporciona un sistema y un procedimiento flexibles, en los que se pueda variar la distancia entre el objeto de inspección y la fuente de radiación, lo que proporciona un factor de magnificación variable y, por tanto, un valor de resolución espacial en la imagen variable. Asimismo, se permite escoger el número de elementos de la matriz detectora para la imagen y el número de proyecciones, para minimizar el tamaño de imagen deseada según el objeto y disminuir así el tiempo de procesado en la reconstrucción de la imagen.
Descripción de la invención
La presente invención describe un sistema y un procedimiento para la adquisición de imágenes radiográficas y/o tomográficas de un objeto. Consiste en una fuente de radiación que genera radiación que atraviesa un objeto a inspeccionar, de forma que dicha radiación no absorbida en el objeto llega a una matriz lineal de detección. A partir de la radiación detectada se genera una señal en las tarjetas electrónicas de adquisición, que se transmite a un ordenador mediante una interfaz de volcado de datos. La matriz de detección y la fuente de radiación se mueven en vertical para continuar adquiriendo datos y formar una imagen radiográfica. En una imagen de un corte tomográfico, el objeto, situado sobre una bancada rotatoria, gira 360° según se van adquiriendo datos antes de avanzar la fuente de radiación y la matriz en vertical, para continuar realizando cortes tomográficos. Finalmente, los datos adquiridos se reconstruyen y se visualiza la imagen resultante.
El sistema de magnificación variable consta de varios elementos: una fuente de radiación ionizante (tubo de rayos X), un detector formado por una matriz lineal de elementos detectores de centelleo, una serie de tarjetas electrónicas de adquisición de la señal del detector con una tarjeta de control de adquisición, una interfaz de volcado de los datos digitales a un ordenador y la tarjeta capturadora, dos bancadas de movimiento vertical lineal con dos soportes para la fuente y el detector, una bancada rotatoria con un plato de soporte para objetos, una bancada lineal horizontal situada entre la fuente de radiación y el detector, y un módulo de control PID (Proporcional Integral Derivativo). Además, la fuente de radiación incluye una fuente de alto voltaje controlada desde el ordenador, y las tarjetas electrónicas de adquisición de señal incluyen una fuente de alimentación externa. Por otro lado, la matriz lineal detectora y las tarjetas electrónicas de adquisición están situadas en una caja de aluminio blindada con plomo, anclada con un soporte mecánico a una de las bancadas verticales lineales y con una apertura a la altura de la matriz lineal de detectores para colimar la radiación incidente. La invención se refiere a un procedimiento de control de la generación de datos a partir de un programa desarrollado en el ordenador, caracterizado por: generar los parámetros de adquisición, por la adquisición de las radiografías o cortes tomográficos generados de un objeto, y la realización de una calibración previa del detector. Los datos de la geometría y parámetros de adquisición se generan y se transfieren desde el módulo de control PID. El procedimiento también incluye la reconstrucción y visualización de imágenes a partir de los datos adquiridos.
Los datos de parámetros de la adquisición comprenden los siguientes tipos de información: a. Información concerniente al número de proyecciones en la adquisición de un corte topográfico. b. Información concerniente al número de elementos detectores utilizados para detectar señal. c. Información concerniente al ancho de un corte tomográfico, que equivale al tamaño en vertical de la unidad de imagen, (píxel). d. Información concerniente a la energía utilizada de la fuente de radiación, controlada por la fuente de alto voltaje.
Los datos de la geometría de la adquisición comprenden los siguientes tipos de información: a. Información concerniente a la distancia de la fuente de radiación al objeto de inspección, distancia que da el factor de magnificación en una adquisición dada. b. Información concerniente al tamaño de la unidad de imagen, es decir, de un píxel, tanto para imagen radiográfica como un corte tomográfico. c. Información concerniente al número de proyecciones en la adquisición de un corte tomográfico. d. Información concerniente al número de elementos detectores utilizados para detectar señal.
Los datos geométricos son necesarios para obtener el tamaño de píxel real en la imagen, debido a que en este sistema la distancia desde el objeto a inspeccionar hasta la fuente de radiación se puede variar modificando la posición de la bancada rotatoria sobre la bancada lineal.
Descripción de las figuras
A continuación se describen ejemplos y posibles características adicionales de la invención mediante la referencia a las figuras que se muestran esquemáticamente: La figura 1 es el sistema (1) de magnificación variable para inspección no destructiva y radiográfica en aplicaciones industriales, que comprende la fuente de radiación (2), la caja del detector (15), las bancadas lineales verticales (7,8), la bancada lineal horizontal (11), la bancada rotatoria (9) y el plato de soporte (10) para el objeto a inspeccionar.
La figura 2 es una vista detallada de la caja (15), que comprende la matriz lineal de detectores (3), las tarjetas electrónicas de adquisición (4) y la tarjeta de control de la adquisición (5).
La figura 3 es una vista general de todos los elementos del sistema (1): La fuente de radiación (2) y su fuente de alto voltaje (2), la matriz detectora (3), tarjetas electrónicas (4) y de control (5), la interfaz de volcado de datos (6) al ordenador (17) y la tarjeta capturadora (18), así como la fuente de alimentación de las tarjetas electrónicas (14), el módulo de control PID (12) y su fuente de alimentación (16).
La figura 4 es un diagrama de flujo del proceso de adquisición y reconstrucción de la imagen radiográfica o tomográfica de un objeto.
El objeto a inspeccionar se sitúa en el plato de soporte sobre la bancada rotatoria (10). La radiación atraviesa el objeto, y la radiación emergente llega a la matriz lineal de detectores (3), situada en una caja de aluminio (15) blindada con plomo a través de una apertura. Esta colimación se utiliza para evitar que la radiación incida directamente sobre las tarjetas electrónicas de adquisición (4). La radiación detectada genera una señal leída en las tarjetas de adquisición; controlándose los parámetros de adquisición (tiempo de integración y número de submuestras) por medio de la tarjeta de control de adquisición (5). Los datos generados se vuelcan al ordenador de control (17) mediante una interfaz de volcado (6) y una tarjeta capturadora (18).
La fuente de radiación (2) está sujeta mediante un soporte a una bancada vertical lineal (8) motorizada. La emisión de radiación se controla desde el ordenador (17), fijando un valor de kilovoltaje y corriente de trabajo a través de la fuente de alto voltaje (13).
Las tarjetas de adquisición y de control (4,5) necesitan un voltaje para su funcionamiento, a través de una fuente de alimentación (14). La caja de aluminio (15) que contiene dichas tarjetas está sujeta mediante un soporte a la otra bancada vertical lineal motorizada (7).
La tarjeta de control de adquisición (5) fija unos parámetros de control para las tarjetas de lectura (4), como son el tiempo de integración y el número de submuestras para la señal generada. El movimiento mecánico de los distintos elementos se realiza a través de las distintas bancadas, controladas mediante el módulo de control PID (12), y es diferente según el tipo de imagen a adquirir: radiográfica o corte tomográfico. En el caso de una imagen radiográfica, las bancadas a las que están fijas la caja que contiene el detector y la fuente de radiación se mueven en vertical de forma simultánea, cubriendo el área del objeto a inspeccionar, mientras que la bancada rotatoria y el plato de soporte del objeto se mantiene en una posición fija. En el caso de adquisición de cortes tomográficos, la caja que contiene el detector y la fuente de radiación avanzan hacia la posición vertical en la que comienza la inspección, y la bancada rotatoria rota 360°, de forma que el objeto sobre el plato también gira. Para continuar adquiriendo cortes tomográficos, la caja del detector y la fuente de radiación avanzan hacia la siguiente posición vertical, y la bancada rotatoria gira de nuevo 360°.
En general, la velocidad de las bancadas depende de los parámetros de control indicados (tiempo de integración, número de submuestras), así como de los datos geométricos de la adquisición (número de proyecciones).
El procedimiento de control y adquisición de datos (Pl) sigue el diagrama presentado en la figura 4. En el programa hay que realizar primero una calibración (P2) de la matriz lineal de detectores, en la que se escoge la energía de la fuente de radiación. Una vez realizado este paso, se escoge un modo de adquisición (P3): el tipo de imagen a adquirir. Después se han de fijar los parámetros geométricos y de adquisición (P4): número de proyecciones, número de elementos detectores utilizados, ancho del corte tomográfico, y las posiciones verticales inicial y final entre las que se realiza la adquisición. Seguidamente se ejecuta la adquisición correspondiente (P5) y, una vez finalizada (P6), se graba el archivo con los datos generados (P7). A continuación, se puede realizar la reconstrucción de la imagen (P8) y posteriormente visualizarla (P9).

Claims

REIVINDICACIONES.
1 /Sistema de magnificación variable para inspección no destructiva radiográfica y tomográfica en aplicaciones industriales, que consta de los siguientes elementos: a. Una fuente de radiación ionizante: tubo de rayos X (2), b. Un detector (3): una matriz lineal de elementos detectores de centelleo, c. Una serie de tarjetas electrónicas (4) de adquisición de la señal del detector y una tarjeta de control de adquisición (5), d. Una interfaz de volcado (6) de los datos digitales a un ordenador (17), e. Dos bancadas de movimiento vertical lineal (7,8) con dos soportes para la fuente y el detector, f.Una bancada rotatoria (9) con un plato de soporte (10) para objetos, g. Una bancada lineal horizontal (11) entre la fuente de radiación y el detector, h. Un módulo de control PID (Proporcional Integral Derivativo) (12), caracterizado porque:
- el detector (3) está unido al sistema de adquisición de señal (4,5);
- el detector (3) y el tubo de rayos X (2) están sujetos a las dos bancadas verticales lineales (7,8);
- la bancada rotatoria (9) está situada sobre la bancada lineal horizontal (11),
- el módulo de control PID (12) controla el movimiento de las bancadas de movimiento y transmite los datos de la geometría, junto con la señal de la matriz detectora,
- la fuente de radiación (2) incluye una fuente de alto voltaje (13) controlada desde el ordenador (17),
- las tarjetas electrónicas de adquisición de señal (4) incluyen una fuente de alimentación externa (14),
- el detector (3) y las tarjetas electrónicas de adquisición (4) están situadas en una caja de aluminio (15) blindada con plomo, anclada con un soporte mecánico a una de las bancadas lineales verticales, y con una apertura a la altura de la matriz lineal de detectores para colimar la radiación.
2. Un procedimiento de control de la generación de datos a partir de un programa desarrollado en el ordenador (17), caracterizado por generar los parámetros de adquisición, que comprende los siguientes tipos de información: a. Información concerniente al número de proyecciones en la adquisición de un corte tomográfico, b. Información concerniente al número de elementos detectores utilizados para detectar señal, c. Información concerniente al ancho de corte tomográfico, que equivale al tamaño en vertical de la unidad de imagen, (píxel), d. Información concerniente a las posiciones inicial y final de las bancadas verticales entre las que se realiza la adquisición, e. Información concerniente a la energía utilizada de la fuente de radiación (2), controlada por la fuente de alto voltaje (13).
3. Un procedimiento de adquisición de las radiografías o cortes tomográficos generados de un objeto, según el cual la señal generada en la matriz detectora (3) se adquiere en las tarjetas electrónicas (4) y transferidas a través de la interfaz (6) al ordenador (17), caracterizado por la transferencia de los datos de la geometría y parámetros de la adquisición según la reivindicación 2, que comprende los siguientes tipos de información: a. Información concerniente a la distancia de la fuente de radiación (2) al objeto de inspección, b. Información concerniente al tamaño de la unidad de imagen, (píxel), c. Información concerniente al número de proyecciones en la adquisición de un corte tomográfico, que equivale al tamaño en vertical de la unidad de imagen, (píxel), d. Información concerniente a las posiciones inicial y final de las bancadas verticales entre las que se realiza la adquisición, e. Información concerniente al número de elementos detectores utilizados para detectar señal.
4. Un procedimiento según las reivindicaciones 2 y 3, en el que se realiza una calibración previa del detector variando la intensidad de la fuente de radiación (2).
5. Un procedimiento según las reivindicaciones 2 y 3, en el que los datos de la geometría y los parámetros de adquisición son generados y transferidos desde el módulo de control PID (12) al ordenador (17).
6. Un procedimiento según las reivindicaciones 2 a 5, en el que se reconstruyen y visualizan las imágenes a partir de los datos adquiridos
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