Einführung Optimierung der Bildgüte in der Computer-Radiographie für die

Schweißnahtprüfung

Jörg BECKMANN, Silke BÄR, Uwe ZSCHERPEL, Uwe EWERT, BAM Bundesanstalt für Materialforschung und Prüfung, Berlin;

Michal SKERIK, ATG Advanced Technology Group s.r.o., Prag, Tschechien

Kurzfassung. Zur Verifizierung der Einsatzbedingungen der Computer-Radiographie (CR) für die Untersuchung von Schweißverbindungen an Druckbehäl-tern entsprechend der Prüfklasse B wurde eine repräsentativer Film – CR Vergleich an geschweißten Plattensegmenten durchgeführt und unter Zuhilfenahme standardi-sierter Bildgütebewertungsverfahren bewertet. Empfehlungen für die Schweißnahtprüfung mit CR Systemen werden abgeleitet. Bei Anwendung der in der EN 13068-3 festgelegten Grenzenergien für die Durchstrahlungsprüfung können Bildqualitäten der Prüfklasse B mit CR erreicht werden. Diese Arbeiten sind Be-standteil des „FilmFree“ Projektes, welches im 6. Rahmenprogramm von der EU gefördert wird.

Einführung

Speicherfolien wurden vor mehr als zwanzig Jahren als Detektoren für die digitale Radio-graphie als Alternative zum Röntgenfilm im medizinischen Bereich eingeführt. Die verbesserte Computertechnik, die zunehmende digitale Vernetzung von Computern sowie die Weiterentwicklung von Bildverarbeitungsalgorithmen für die Bildanalyse haben ein fortwährend steigendes Interesse an der Anwendung digitaler Medien in der industriellen Durchstrahlungsprüfung bewirkt. Anfängliche Untersuchungen an industriellen Objekten hatten jedoch gezeigt, dass eine einfache Übernahme der in der Medizin verfügbaren Sys-teme in die Digitale Industrielle Radiographie wegen der bestehenden unterschiedlichen spezifischen Anforderungen im jeweiligen Applikationsbereich nicht ohne weiteres möglich ist. Um die Speicherfolientechnik industriell einsetzen zu können, muss ihre Eig-nung für die Schweißnahtprüfung nachgewiesen werden. Begleitet wurde die technische Entwicklung in der CR mit der Erarbeitung Europäischer und Amerikanischer Standards, wie EN 14784-1, EN 14784-2, ASTM E 2007, E 2033, E 2445 and E 2446, mit denen die Aufnahme von digitalen Röntgenbildern mit einer hinreichenden Bildgüte, eine zuverlässi-gen Bewertung und der sichere und richtige Gebrauch der digitalen Technik bei der industriellen Prüfung gewährleistet werden kann. Speicherfoliensysteme verfügen bei erster Betrachtung im Vergleich zum Film über ein hohes Potential bezüglich der Effizienzge-winnung und Kosteneinsparung. Chemikalien werden nicht mehr benötigt und der Aufwand an Verbrauchsmaterial kann erheblich reduziert werden. Die Prüf- und Auswertezeiten am Monitor verkürzen sich durch die Nutzung von Bildanalyse- und Bild

DGZfP-Jahrestagung 2009 - Mi.2.B.2

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verarbeitungsalgorithmen. Nicht zu vergessen ist die schnelle Speicherung und Ar-chivierung der radiographischen Aufnahmen sowie deren Einbindung in die Berichtsdokumentationen. Wegen des im Vergleich zum Film größeren Objektumfangs und Belichtungsspielraumes können mit Speicherfolien neue Applikationsfelder, wie z.B. die Schienenprüfung mit mobilen Röntgenröhren erschlossen werden. Eine Verdrängung der traditionellen Filmanwendungen durch die CR Radiographie ist aber letztendlich erst dann zu erwarten, wenn die mit dem Röntgenfilm erreichten Bildgüten mindestens erreicht oder übertroffen werden können. Im folgenden Beitrag wird über die Durchstrahlungsprüfung an Schmelzschweißverbindungen nach der EN 1435 unter Verwendung der Speicherfolien-technik berichtet. Ziel der Arbeiten bestand in der Verifizierung der Einsatzbedingungen der Computer-Radiographie für die Prüfung von Schweißverbindungen an Druckbehältern entsprechend der Prüfklasse B unter Zuhilfenahme eines repräsentativen Film – CR Ver-gleiches an den geschweißten Plattensegmenten. Der Einfluss der gewählten Röntgenparameter auf die Bildgüte wird unter Zuhilfenahme der Bildgütebewertungsverfahren beschrieben und Empfehlungen für die Schweißnaht-prüfung mit CR Systemen abgeleitet.

Radiographische Kontrast von Speicherfoliensystemen

CR-Systeme bestehen aus einem Scanner und einer Speicherfolie, auf der das Durchstrah-lungsbild mit Hilfe des Speicherleuchtstoffes latent gespeichert wird. In einem zweiten Schritt wird unter Zuhilfenahme der Photostimulation des Speicherleuchtstoffes mit rotem LASER-Licht im Scanner die radiographische Projektion punktweise ausgelesen, digitalis-iert und anschließend unter Zuhilfenahme einer weiteren Lichtquelle komplett gelöscht. Allein die bei der Nutzung auftretenden mechanischen Belastungen der Folienoberfläche begrenzen den reversiblen Gebrauch der Speicherfolie.

Bild 1: Schematische Darstellung der Konvertierungskette (a) in CR Systemen und repräsentative Beispiele für CR-Systeme (b) + (c).

Infolge der im Speicherleuchtstoff während der Belichtung und beim Auslesen ablaufenden physikalischen Vorgänge findet in CR-Systemen eine Konvertierung der Röntgenstrahlung in Photosimulierte Lumineszenz (PSL) statt. Die Intensität der PSL ist dabei immer direkt

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proportional zur Röntgendosis. Der im Scanner eingebaute Photomultiplier dient der Kon-vertierung der PSL-Intensität in ein Spannungssignal, welches durch eine sich anschließende Messkette digitalisiert und als Zahlenwert in einem Datenfile abgelegt wird. Zur Darstellung der Röntgendosisverteilung des durchstrahlten Objektes auf dem Monitor wird ein zweidimensionales Grauwertbild erzeugt, das dem eines Röntgenfilmes auf einem Lichtkasten entspricht. Die in CR-Systemen zu durchlaufende Konvertierungskette wird in Bild 1a schematisch dargestellt. Die Konvertierung der Röntgendosis in Grauwertbilder (Konvertierungskette) ist prinzipiell in allen CR-Systemen gleich, wird aber von den Her-stellern mit unterschiedlichen technischen Lösungen umgesetzt. Infolge dessen gibt es eine Vielzahl von CR-Systeme, die sich hinsichtlich ihrer technischen Parameter und ihren Auf-bauten, wie beispielgebend in den Bildern 1b und 1c gezeigt, unterscheiden. Für den industriellen Gebrauch der Speicherfoliensysteme sind vor allem die Parameter Pixelgröße, Pixeldynamik (Grauwertumfang), die maximal erreichbare Basisortsauflösung SRb (effektive Pixelgröße) und die Grauwertempfindlichkeit s relevant (Bild 1b und 1c). Letztere Größe stellt den Proportionalitätsfaktor zwischen der auf dem Monitor dargestell-ten Grauwertunterschiede (Bildkontrast C) und der im virtuellen Durchstrahlungsbild detektierten Dosisdifferenz (Strahlenkontrast ΔH) dar. Unter der Voraussetzung von kleinen „infinitesimalen“ Unterschieden zum Basismaterial, wie Drähte oder Löcher in Bildgüteprüfkörpern, lässt sich der Kontrast auch als Funktion des Absorptionsgesetzes formulieren (siehe Gleichung (1)).

(1) wHHHsC effBUBUB Δ⋅⋅≈−== μsgvgv ⋅⋅− H – Dosis; B- Basismaterial; U – Ungänze (Loch oder Drahtsteg)

Bild 2: Einflussfaktoren auf die Erkennbarkeit von Drahtstegen und Löchern in Bildgüteprüfkörpern.

Zur Bewertung der Bildgüte einer radiographischen Aufnahme bedarf es des Nachweises der Sichtbarkeit von Drahtstegen oder Löchern von standardisierten Bildgüteprüfkörpern auf dem digitalen Bild am Monitor. Deren hinreichende Erkennbarkeit ist dann gegeben, wenn der Objektkontrast sich signifikant von dem während der Belichtung und beim Durchlaufen der Konvertierungskette verursachten Grauwertrauschen in der unmittelbaren Objektumgebung (Region Of Interest) unterscheidet. Unter Verwendung der Gleichung 1 lässt sich unter Vernachlässigung von Unschärfeeinflüssen ein spezifisches Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis (CNR) pro Dickenänderung (Δw) definieren, anhand dessen, wie in Bild 2 gezeigt, sich unterschiedliche Einflussfaktoren auf die Bildgüte ableiten lassen.

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Der Einfluss von Röhrenspannung auf die Änderung des effektiven Schwächungskoef-fizienten (oder des relativen spezifischen Kontrastes) wurde an Stahlstufenkeilen mit einem FUJIFILM DynamIx XG-1 NDT / ST-VI-Speicherfoliensystem untersucht [1]. Ergebnisse zu den Auswirkungen der Streustrahlung, der Wahl von Folien und Filterkombinationen auf den Bildkontrast in Speicherfoliensystemen findet man z.B. in [2].

Bild 3: Änderung der Grauwertempfindlichkeit in Abhängigkeit vom gewählten Röntgen-spektrum (siehe Legende) für die Speicherfolienkombination FUJIFILM DynamIx XG-1 NDT / ST VI IP

Bild 3 zeigt für das oben beschriebene FUJIFILM CR System die aus Stufenbelichtungsex-perimenten beobachtete Änderung der Grauwertempfindlichkeit vom gewählten Röhrenspektrum. Die Grauwertempfindlichkeit in Speicherfoliensystemen hat einen aus-geprägten spektralen Charakter, der im Wesentlichen durch die Absorptionseigenschaften des Speicherleuchtstoffes bestimmt wird. Unter Zuhilfenahme des Rechenprogramms XCOM [3] wurde der Massenschwächungskoeffizient des Speicherleuchtstoffs (BaFBr:Eu2+) in einem Energiebereich zwischen 10 keV und 1 MeV berechnet und die Ex-istenz einer durch das Barium hervorgerufene Absorptionskante bei 37,4 keV berücksichtigt. Unter Zuhilfenahme simulierter Röntgenspektren konnten die aus der lin-earen Abhängigkeit der PSL Intensität von der Dosis beobachtete spektrale Empfindlichkeit für Speicherfolien phänomenologisch beschrieben werden. Der in Bild 3 gezeigte Graph weist ein lokales Maximum der Grauwertempfindlichkeit bei einem 3 mm Cu gefilterten Röhrenspektrum mit einer maximalen Grenzenergie von 120 keV auf. Erst oberhalb einer gewählten Röhrenspannung von 150 kV nimmt die Empfindlichkeit ab. Ein Strahlenkon-trastverlust, der bei einer Durchstrahlungsprüfung von metallischen Objekten durch eine Energieerhöhung des Röntgenspektrums infolge der Abnahme des spezifischen Mas-senschwächungskoeffizienten stattfindet, kann in Speicherfoliensystemen bei Untersuchungen unterhalb von 150 kV durch die verbesserte Grauwertempfindlichkeit der Speicherfolie kompensiert werden. Die experimentell beobachteten Effekte wurden als Kompensationsprinzip in der CR-Radiographie von Ewert et al. in [4] beschrieben. Sys-tematische Untersuchungen zur Abhängigkeit des normierten Signal-zu-Rausch-Verhältnisses (SNRN) von der Dosis für ein 8 mm Cu gefiltertes Röntgenspektrum mit

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einer Grenzenergie von 220 keV zeigen, dass Speicherfoliensysteme ein charakteristisches Sättigungsverhalten bei hohen Dosen aufweist, welches vom Strukturrauschen der Spei-cherfolien verursacht wird. Die morphologische Beschaffenheit der Leuchtstoffschicht der Speicherfolie, wie die Verteilung der Leuchtstoffkristalle oder die Homogenität der Schichtdicke bestimmt wesentlich die maximal erreichbare Größe des SNR. Aufgrund die-ser spezifischen Eigenschaften der Speicherfolien führen verlängerte Belichtungszeiten im Gegensatz zum Film oberhalb gewisser Dosisgrenzen nicht immer zu einem Kontrastge-winn am Monitor, der für die Erlangung der gewünschten Bildgüte notwendig wäre. Im Bereich niedrigerer Dosen nehmen bei Speicherfoliensystemen die SNR-Werte schneller zu als bei Röntgenfilmen. Eine ausführliche Darstellung zum SNR-Verhalten von unter-schiedlichen Röntgendetektoren findet man bei Ewert et al. [5]. Anhand der hier dargestellten systematischen Untersuchungen lässt sich ableiten, dass bei der Arbeit mit Film- und Speicherfoliensystemen unterschiedliche Strategien zur Erlangung der gefor-derten Bildgüte notwendig sind, die vom Prüfer bei der Auswahl der Belichtungsparameter berücksichtigt werden müssen. Andererseits sollte anhand vorgegebener Prüfstücke nach-gewiesen werden, dass mit dem gewählten CR-System die Voraussetzungen für einen zuverlässigen Filmersatz zur Schweißnahtprüfung von Druckbehältern gegeben sind. Die in der EN 14784-2 gestellten Anforderungen bezüglich der Unschärfe werden von dem High-Definition-CR-System Dürr HD-CR 35 NDT & HD-IP, welches eine Basisortsauflösung von 40 µm erreicht, technisch erfüllt. Die experimentellen Arbeiten begrenzten sich demzu-folge auf den Nachweis der Bildgüte B bei der Durchstrahlungsprüfung von Schmelzschweißverbindungen nach EN 1435 unter Verwendung der oben beschriebenen Speicherfolientechnik.

Experimente und Ergebnisse

Tabelle 1 beschreibt zusammenfassend die bei den Untersuchungen verwendeten Teststü-cke hinsichtlich der Dicke des Grundmaterials, Nahtüberhöhung, Schweißung und Plattenmaterial sowie die aus den Daten abgeleitete Bildgütezahl, die zum Nachweis der Prüfklasse B entsprechend der EN 1435 auf der radiographischen Aufnahme nachgewiesen werden muss. Tabelle 1: Beschreibung der untersuchten Teststücke und die daraus abgeleitete Bildgüte.

Probe Dicke [mm]

Material Schweißung Bildgüteprüfkörper und geforderte Erkennbarkeit

Grundmaterial Grundmaterial &

Nahtüberhöhung

EN 462-1 EN 1435 Klasse B

T3 12 17,2 rostfreier Stahl V -Stumpf 10 FeEN (W14)

T4 12 16 Stahl X -Stumpf 10 FeEN (W14)

T5 9,2 14,5 Stahl X -Stumpf 10 FeEN (W14)

T6 12,6 18 Stahl X -Stumpf 10 FeEN (W13)

T7 15,3 21,5 Stahl X -Stumpf 10 FeEN (W13)

T8 3 6 rostfreier Stahl V -Stumpf 10 FeEN (W17)

T9 5,1 9,2 rostfreier Stahl X -Stumpf 10 FeEN (W16) T10 9,7 14,5 rostfreier Stahl X -Stumpf 10 FeEN (W14) T11 13,3 19 rostfreier Stahl X -Stumpf 10 FeEN (W13)

Die umfassende Ausweisung der Probendetails ergab sich aus der Tatsache, dass der Auf-traggeber, wie an einer radiographischen Aufnahme in Bild 4 als repräsentatives Beispiel

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gezeigt wird, den Nachweis der Bildqualität sowohl für die Europäische Norm als auch für die ASME (Section V Article 2) und ASTM E 1032 forderte. Die Auswertung der Ergeb-nisse begrenzt sich in diesem Beitrag auf die in den Europäischen Normen geforderten Qualitätsparameter, wie das normierte SNRN und die erreichbare Bildgütezahl. Für die Durchstrahlungsexperimente diente als Strahlenquelle eine Röntgenröhre Isovolt 320/13 (Firma Seifert), die mit Brennfleckgrößen nach EN 12543-2 von 6,5 mm bzw. 3,5 mm be-trieben werden kann. In der Regel wurden die Experimente bei einem Fokus-Detektor-Abstand (FDA) von 800 mm durchgeführt, stellenweise für weiterführende Effizienzbewer-tungen der eingesetzten CR-Technik auf 470 mm verkürzt. Um im Rahmen der Messgenauigkeit mit einer unveränderten Strahlungsintensität arbeiten zu können, wurden die Belichtungsgröße beim verkürzten FDA um einen Faktor von 0.345 verringert. Im Gegensatz dazu wurde vorrangig die Röhrenspannung systematisch verändert, um deren Einfluss auf die Bildgüte zu ermitteln. Anfänglich wurden die Experimente an den in Tabelle 1 aufgelisteten Testproben mit Hilfe der Filmradiographie durchgeführt (Referenzmessung). In allen Fällen erfolgte die Radio-graphie mit einem Agfa D4 Film (Filmsystemklasse C3 nach EN 584-1). Die Wahl der Belichtungsparameter ergaben sich anfänglich aus der nach EN 1435 maximal zulässigen Röhrenspannung für die jeweilige Materialdicke und der für die Prüfklasse B zu erreichen-

den Mindestfilmschwär-zung im Bereich der Schweißnaht. Für die Durchstrahlungs-prüfung mit CR-Systemen werden in der EN 14748-2 zur Einhaltung der jeweili-gen Bildgüte Mindest-SNR-Werte gefordert, die im auszuwertenden Bereich des digitalen Durchstrah-lungsbildes eingehalten werden müssen. Dazu ist eine Mindestdosis erforder-lich, die im Gegensatz zum Film nicht über eine Min-destschwärzung, sondern

mit Hilfe des normierten SNR (SNRN) überprüft wird. Für die vergleichenden Unter-suchungen wurde im Bereich des Grundmaterials neben der Schweißnaht für das SNRN ein Mindestwert von 130 vereinbart. Dies entspricht der in der EN 14748-2 festgelegten Sys-temklasse IP 1. Die in der EN 14748-2 für die jeweiligen Wanddicken geforderten Röntgengrenzspannungen stimmen mit denen in der EN 1435 überein, so dass die verglei-chenden Untersuchungen mit nahezu gleichen Röhrenspannungen begannen.

Bild 4: Belegung der Probe mit Bildgüteprüfkörpern nach EN 1435, ASME Section V Article 2 und ASTM E 1032.

Bild 5 zeigt exemplarisch für die Probe T7 das digitale Durchstrahlungsbild. Mit Hilfe der Softwaretools, die im Auswerteprogramm ISee! [6] zur Verfügung stehen, lassen sich das SNRN im ROI, die erreichte Unschärfe und die Bildgüte durch eine quantitative Datenana-lyse der Digitalbilder ermitteln. Unter Zuhilfenahme Filterprozeduren können Bilddetails, wie in Bild 5 gezeigt, besser hervorgehoben werden. Tabelle 2 präsentiert zusammenfassend die bei den Messreihen eingesetzten Detektorsys-teme, die auf einen FDA von 1000 mm bezogenen Belichtungsgrößen und die gewählten Röntgenspannungen. Zur Analyse des Einflusses der gewählten Röntgenspannungen auf die erreichten Qualitäten der Durchstrahlungsbilder wurden die Bildgütezahlen und das SNRN bzw. die optische Dichte sowohl für die CR-Systeme Dürr HD-CR 35 NDT & HD-

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IP (CRDUERR1, CRDUERR2 und CRDUERRR 4), Dürr HD-CR 35 NDT & UR-1 IP (CRDUERR 3), FUJIFILM DynamIx HR & UR-1 IP (CRFUJIFILM) als auch für das Filmsystem AGFA D4 (C3) (FILM) ermittelt. Die Ergebnisse werden zusammenfassend in den Bildern 6a-6c graphisch dargestellt. Zusätzlich wurden die Grenzenergien, IP-Klassen und Bildgütezahlen für die Prüfklassen A und B für die entsprechende Materialdicke der einzelnen Proben in den Bildern 6a, 6b, und 6c eingezeichnet.

Bild 5: Hochpassgefilterte Speicherfolienaufnahme der Probe T7. Mit Hilfe der Profillinien kann die erreichte Bildunschärfe ermittelt werden. Die Isee! [6] Softwaretools ermöglichen die die Bestimmung des SNR’s und der Bildgütezahl im Digitalbild.

Bild 6c zeigt die maximal nachweisbaren Bildgütezahlen (BZ) für die unterschiedlichen in Tabelle 2 aufgezeigten Messreihen und Proben. Die Belichtungsparameter wurden an-fänglich so gewählt, dass die Röntgenfilme in der ROI eine Mindestschwärzung von D > 2.3 aufwiesen und mindestens die für eine Prüfklasse B geforderten Bildgütezahl (BZ) erreichten. Bei der Messreihe CRDUERR1 kann man beobachten, dass trotz der im Ver-gleich zum Film nahezu identisch gewählten Versuchsbedingungen mit Ausnahme der dünneren Proben die geforderten Bildgütezahlen für die Prüfklassse B nicht eingehalten werden konnte, obwohl das SNRN in allen Fällen etwa dem doppelten Wert der Sys-temklasse IP 1 entsprach (Bild 6b). Im Vergleich zum Film sind die BZ im CR-Bild beim dickeren Material um 1 bis 3 Drähte geringer. Um die Bildgüte der CR-Aufnahmen zu ver-bessern, wurden die Experimente mit einer um 10% bis 20% reduzierten Röhrenspannungen unter nahezu gleichbleibenden Belichtungsdosen in der Messreihe CRDUERR2 wiederholt (Tabelle 2). Infolge dessen reduzierte sich bei allen Proben das SNRN gegenüber der Messreihe CRDUERR2 um etwa 10% bis 20%. Mit Ausnahme der Probe T4 konnten wegen der Röntgenspannungsreduktion die für die Prüfklasse B gefor-derten BZ’s bereits erreicht werden, sind aber tendenziell beim dickwandigerem Grundmaterial ein Steg geringer als bei der Filmradiographie. Um den Einfluss der Spei-cherfolien und einer CR-Systemänderung auf die Bildgüte zu untersuchen, wurden unter Verwendung der in der Messreihe CRDUERR2 aufgelisteten Versuchsparameter in den Messreihen CRDUERR3 und CRFIJIFILM das Probenmaterial erneut untersucht. Im Unterschied zu der Messreihe CRDUERR2 wurde in CRDUERR3 die Speicherfolie HD-IP mit der Speicherfolie UR-1 ausgetauscht. Ein SNRN-Gewinn zwischen 20% und 60% war während der Experimente zu beobachten (Bild 6b).

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a) b) c)

Bild 6: Bewertung des Einflusses der gewählten Röhrenspannung (a) auf die erreichte SNRN (b) und Bildgütezahl (c) im ROI. Die jeweiligen Testproben wurden mit zunehmender Grundmaterialdicke in den Graphen von links nach rechts angeordnet. Die restlichen Belichtungsbedingungen sind in Tabelle 2 gelistet.

Tabelle 2: Versuchsparameter der Messreihen zur Bewertung der Bildgüte Mess-ID FILM CRDUERR1 CRDUERR2 CRDUERR3 CRDUERR4 CRFUJIFILMDetektor AGFA D4

(C3) HD-CR 35

NDT & HD-IP

HD-CR 35 NDT & HD-IP

HDCR 35 NDT & UR-1 IP

HDCR 35 NDT & HD-IP

DynamIx HR &

UR-1 IP Probe U

[kV] B

[*] U

[kV] B

[*] U

[kV] B

[*] U

[kV] B

[*] U

[kV] B

[*] U

[kV] B

[*] T3 200 24,90 195 31,25 160 31,25 160 31,69 145 31,69 160 31,69T4 195 27,16 195 31,25 170 31,25 170 31,69 170 31,69T5 180 29,43 190 29,69 160 29,69 160 28,52 160 28,52T6 200 31,69 210 32,81 190 32,81 190 31,69 190 31,69T7 220 29,43 225 35,94 195 35,94 195 34,86 155 34,86 195 34,86T8 130 22,63 130 18,75 100 18,75 100 22,63 80 40,74 100 22,63T9 160 20,37 155 18,75 125 18,75 125 19,01 125 19,01

T10 180 31,69 190 31,25 160 31,25 160 31,69 130 31,69 160 31,69T11 205 36,22 215 32,81 185 32,81 185 31,69 185 31,69

* - Belichtungsgröße [mAmin] auf FDA= 1000 mm bezogen

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Der Wechsel zur Speicherfolie UR-1 (CRDUERR3 und CRFUJIFILM) bewirkte eine dras-tische Verbesserung der Bildgütezahl. Eine zum Film äquivalente BZ wurde erreicht bzw. sogar teilweise überschritten. Im Gegensatz zu CRDUERR3 (Duerr-Scanner mit UR-1 Fo-lie) zeigte die Messreihe CRFUJIFILM (DynamIx HR Scanner mit UR-1 Folie) einen Abfall der SNRN Werte um 50% bis 70%, was teilweise zur Unterschreitung der zulässigen IP-Klasse führte. Trotzdem sind die ermittelten Bildgütezahlen mit denen der CRDUERR3-Messreihe identisch. Eine Messreihe mit einer weiteren 20%-igen Absenkung der in CRDUERR2 gewählten Röhrenspannung brachte eine BZ-Steigerung im CR-Bild (CRDUERR4). Die erreichte Bildgüte entsprach der Prüfklasse B sicher, erreichte jedoch nicht die dem DUERR HD-CR 35 NDT & UR-1 IP System (CRDUERR3) erhaltenen Gütezahlen. Ähnlich wie bei der CRFUJIFILM-Messreihe wurde in der Messreihe CRDUERR4 teilweise die SNRN - Grenze unterschritten (Bild 6b). In der Praxis müsste bei einer Durchstrahlungsprüfung die Belichtungsgröße zur Gewährung der in der Norm festgelegten SNRN verlängert werden, was einem Effizienzverlust gleichkommt.

Diskussion und Schlussfolgerungen

Die Wahl der Belichtungsgrößen, wie FDA, Röhrenstrom und Belichtungszeit für das je-weilige CR-System wird von dem in der EN 14748-2 vorgegebenen Mindest-SNRN im auszuwertenden Bereich bestimmt. Um die Bildgüte anhand der erforderlichen Draht-stegerkennbarkeit zu erreichen, ist eine Mindestgröße des spezifischen CNR (Bild 2) erforderlich, welche sowohl durch den effektiven Schwächungskoeffizienten des Materials als auch dem erreichten SNR des CR-Systems bestimmt wird. Zusätzlich wird der Wert des experimentell erreichbaren SNRN von der Basisortsauflösung und der Grauwertemp-findlichkeit der jeweils ausgewählten Scanner-Speicherfolien-Kombination bestimmt. Das zeigte sich beim Vergleich der Ergebnisse der Speicherfolie UR-1 im HD-CR Scanner von Duerr und im DynamIx HR Scanner von FUJIFILM. Im Vergleich zum HD-CR 35 NDT erzeugte der wesentlich schnellere Scan im DynamIx-Scanner nur das halbe SNRN bei glei-cher Belichtung. Wegen der bei Speicherfolien auftretenden spezifischen Begrenzung des SNRN muss in der CR-Technik eine Erhöhung von µeff durch eine Reduzierung der Röntgenenergie zu Ge-währleistung der Bildgüte erfolgen. Der Graph in Bild 6c verdeutlicht, dass durch die Angleichung der Röhrenspannung auf die in der Radioskopienorm (EN 13068-3) vorgege-benen Grenzspannung mit CR-Systemen digitale Durchstrahlungsbilder hergestellt werden können, die eine für die Prüfklasse B ausreichende BZ aufweisen. Durch einen verbesserten Speicherfolienaufbau (geringeres Strukturrauschen und höheres maximal erreichbares SNRN) und neue Speicherfolienscanner, die über eine hohe Wandlungseffizienz innerhalb der Konvertierungskette zwischen Röntgenquant und Grauwert verfügen, lassen sich digita-le Röntgenbilder mit geringen Systemunschärfen und hohen Kontrastempfindlichkeiten herstellen. Ihre Bildgütenzahlen können dann die mit Röntgenfilmen erreichbaren BZ über-steigen.

Danksagung

Die Autoren danken der EU für die finanzielle Unterstützung des „FilmFree“ Projektes, welches im Rahmen des 6. Rahmenprogramms durchgeführt wird.

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Literatur

[1] J.Beckmann; U. Zscherpel; U. Ewert; „Untersuchungen zur Optimierung der Bildqualität in der Computer-Radiografie für die Schweißnahtprüfung“; MP materials testing, 2008, 50, 10, 552-559 [2] J. Beckmann; A. Großer, U. Zscherpel; U. Ewert; „Einfluss von Metall - Speicherfolien - Kombinationen auf die Bildqualität in der Computer – Radiographie“ DACH-Jahrestagung 2008 - Zerstörungsfreie Materialprüfung, ZfP in Forschung, Entwicklung und Anwendung, 28.- 30.4.2008, St. Gallen, Schweiz [3] M.J. Berger; J.H. Hubbell; S.M. Seltzer; J. Chang; J.S. Coursey; R. Sukumar; and D.S. Zucker; “XCOM: Photon Cross Sections Database” http://physics.nist.gov/PhysRefData/Xcom/Text/XCOM.html [4] U. Ewert; J. Beckmann; C. Bellon; G.-R. Jaenisch; U. Zscherpel; M. Jechow; „Fehlergrößenabhängige Kontrastreduktion und zusätzliche Unschärfe durch Streustrahlung – Film und digitale Detektoren im Vergleich“; MP materials testing, 2008, 50, 10, 560-568 [5] U. EWERT, U. ZSCHERPEL, K. BAVENDIEK Strategies for Film Replacement in Radiography- Films and Digital Detectors in Comparison. Tagungsband:16th World Conference on Non-Destructive Testing [6] Isee!, BAM radiographic image analysis software; http://www.kb.bam.de/~alex/ic/index.html

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