Источник - статья ВВ. Клюева и Ф.Р. Соснина по материалам XV Международной (Рим, 2000) и 8-й Европейской (Барселона, 2002) конференций по НК опубликованная в журнале « В мире НК » № 4(18) декабрь 2002г.

Поиск новых средств и методов повышения объективности и надежности радиационного контроля был и остается одним из приоритетных направлений развития этого метода НК. Достигнутые в течение 30 последних лет беспрецедентные успехи в электронике и вычислительной технике оказали глубокое воздействие на системы радиационного контроля промышленной продукции и, как следствие, привели к новым возможностям представления количественных характеристик материалов и изделий и к возрастанию роли этих систем для повышения качества промышленной продукции, к появлению полностью автоматизированных систем контроля.

Цифровую технику, используемую во многих системах радиационного контроля, удобно разделить на две основные группы: улучшения изображений и их анализа. И та, и другая являются важными элементами автоматической оценки качества объекта контроля (ОК). Операция по улучшению изображения состоит в том, что входное изображение в результате ее применения преобразуется в улучшенное изображение. При использовании операции анализа изображения входное изображение преобразуется в некоторую совокупность чисел. Эти числа могут быть значениями некоторого набора признаков, характеризующих изображение. Такими признаками могут быть площадь дефекта, его размеры и координаты и т. п.

 Методы улучшения изображения связаны с тем, что при выделении информации, заключенной в световом изображении, например, на рентгенограммах, наблюдатель не реагирует на некоторую ее часть (пороговый контраст, различимый глазом, ≈ 0,02 / 0,04) и, следовательно, имеет место некоторая «избыточность» информации на рентгенограмме. Поэтому действительные возможности теневого изображения (в смысле извлечения максимального количества заключенных в нем сведений о просвечиваемом объекте) обычно реализуются не полностью. Поэтому вопросам повышения качества теневого изображения путем его коррекции в настоящее время уделяется достаточно большое внимание. Эффективность корректирующих процедур и их предельные возможности существенно зависят от соотношений между пороговыми характеристиками устройств, формирующих изображение, и характеристиками зрительного аппарата наблюдателя. Анализ докладов показывает, что достаточно высокая эффективность коррекции достигается за счет использования малошумящих средств, формирующих изображение, и низко энергетического рентгеновского излучения.

Поскольку эффективность корректирующих изображение процедур тесно связана с параметрами радиационных преобразователей, ниже в краткой форме рассматриваются и анализируются системы преобразования радиационных изображений и методы, широко используемые в цифровой рентгенотехнике.

Перевод изображения на пленке в цифровую форму

Наиболее важными результатами оцифровки пленочных изображений являются корректировка изображений, количественный анализ и архивирование. Промышленные рентгеновские пленки используются для получения изображений с оптическими плотностями до 4 и иногда до 5. Только некоторые из существующих сканеров способны перекрыть подобный диапазон плотностей. Кроме этого, рентгеновские пленки для НК характеризуются большим отношением сигнал/шум, определяемым стандартами EN 584, ISO 11699, ASTM E 1815-96. Преобразователь в цифровое изображение не только должен быть способен извлекать информацию из снимков с оптическими плотностями 4 или 5, но и не должен увеличивать шум изображения шумом собственного детектора. Он также должен обладать очень высоким пространственным разрешением. Из-за большого диапазона энергии фотонов (50  12000 кэВ), используемых в НК, при разработке требований к переводу изображения в цифровую форму было решено снизить требования по пространственному разрешению до не резкости, создаваемой взаимодействием высокоэнергетического рентгеновского излучения с системой экран-пленка.

Так, преобразователь изображения на пленке в цифровую форму RAD View Film Digitiser может обрабатывать все используемые в настоящее время форматы пленок шириной до 36 см и неограниченной длины с пространственным разрешением от 50 до500 мкм.  Пленка размером 36х43 см может быть обработана всего за 7 с.
Исходя из показателей качества изображения на рентгеновских пленках и из характеристик современных систем оцифровки изображений, были предложены три класса качества систем оцифровки (табл. 1 и 2).

Табл. 1. Минимальный диапазон плотностей системы оцифровки радиографических изображений с минимальной чувствительностью по контрасту плотности

Параметры	Класс DS	Класс DB	Класс DA
Диапазон плотности	0,5 ÷ 4,5	0,5÷4,0	0,5 ÷ 3,5
Цифровое разрешение, бит	12	10	10
Чувствительность по контрасту плотности в цифровой радиографии	0,02	0,02	0,02

Табл. 2. Предлагаемое минимальное пространственное разрешение систем перевода изображения на пленке в цифровую форму: I – размер элемента изображения, мкм; II – пространственная частота при значении МПФ, равного20 %, пар линий/мм*

Энергия, кэВ	Класс DS		Класс DB		Класс DA
	I	II	I	II	I	II
100	15	16,7	50	5	70	3,6
200	30	8,3	70	3,6	85	3
450	60	4,2	85	3	100	2,5
75Sе, 192Ir	100	2,5	125	2	150	1,7
60Co	200	1,25	250	1	250	1

Здесь модуляционной пространственной функцией (МПФ) называют отношение коэффициента модуляции цифрового изображения к коэффициенту модуляции пропускания рентгенограммы в зависимости от пространственной частоты (ПЧ). Наряду с термином МПФ в отечественной литературе для этой же функции употребляют термины: частотно-контрастная характеристика(ЧКХ), частотно-контрастная функция (ЧКФ) и др. Чем выше значение МПФ для данной ПЧ, тем лучше передача контраста какой-либо системой мелких деталей изображения. Значение ПЧ, например, 16,7 пар линий/мм для класса DS и энергии фотонов 100 кэВ означает, что при этой ПЧ значение МПФ равно20 % от ее максимального значения, равного100 %.

Пользователь может выбрать класс систем, исходя из задач оцифровки.
DS – улучшенная система, используемая для перевода изображения в цифровую форму без существенного ухудшения отношения сигнал/шум и пространственного разрешения, область применения: цифровое архивирование пленок.
DB – система, допускающая некоторое ухудшение качества шифровки изображения, область применения: цифровой анализ изображения и архивирование.
DA – основная система, допускающая снижение качества цифрового изображения и ухудшение пространственного разрешения при удовлетворении требований в соответствии со стандартами ISO 5579 и EN 444 при контроле класса А (основной метод).

Каталоги эталонных изображений на рентгенограммах, например, ASTM E155 для отливок из легких сплавов и IIW ISO5817 для сварных швов широко используются для обучения персонала по интерпретации рентгенограмм и для создания шкалы опасностей несплошностей в ОК. Новые детекторы, такие как РЭОП, люминесцентные платы, плоские панели детекторов и т. п., используемые в цифровой рентгенотехнике, во многих случаях заменяют рентгеновскую пленку. В работе сообщается о том, что в ASTM (Американское общество по испытаниям и материалам) образован подкомитет для разработки стандарта на цифровые эталонные каталоги.
Авторы предложили использовать эталонные изображения на рентгенограммах совместно с детекторами цифровых радиационных систем и специальным программным обеспечением, требующим ввода в программы передаточных характеристик детекторов. Новые эталонные изображения необходимы для оценки изображений дефектов цифровыми средствами. Эталонные рентгенограммы должны сканироваться устройством с разрешением 10 мкм или меньше, цифровым разрешением 16 бит и рабочим диапазоном оптических плотностей рентгенограмм от 0,5 до4,5.

Радиоскопические цифровые системы

Главными преимуществами таких систем перед другими системами радиационного контроля являются экспрессность, простота оптимизации геометрии контроля, предпочтительность с точки зрения оцифровки изображений, техники безопасности и стоимости контроля. В этих системах в качестве детекторов используются:

• усилители яркости изображений;
• линейные дискретно-детекторные преобразователи;
• плоские панели детекторов с аморфным селеном (а-Se) и с аморфным кремнием (a-Si);
• флюоресцентные экраны.

Системы с усилителями яркости изображений имеют диаметры входных экранов РЭОП от 40 до 400 мм с предельным разрешением примерно10 пар линий/мм, твердотельную телевизионную камеру, компьютер, манипулятор. Цифровая часть таких систем позволяет улучшить отношение сигнал/шум в элементах выходного изображения путем интегрирования телевизионных кадров и запоминать изображение на жестком диске. По сравнению с обычной радиографией время контроля снижается в 5–7 раз.
Линейные дискретно-детекторные системы имеют разрешение ~ 50 мкм. Формируемое такими системами изображение сварных швов, например, в трубах, улучшено по сравнению с радиографическим изображением как за счет отсечки рассеянного излучения (98 %), так и за счет улучшения геометрии просвечивания (одинаковая локальная радиационная толщина труб).
Плоский матричный детектор с покрытием из аморфного селена в сочетании с тонкопленочными транзисторами преобразует радиационное изображение непосредственно в цифровые сигналы без применения сцинтилляторов и люминофоров. Цифровое14-битовоеизображениеразмером 35 ÷ 43 см может наблюдаться в реальном времени на видео мониторе, передаваться по компьютерной сети, запоминаться и выводиться в виде твердой копии. При этом качество изображения приближается к качеству рентгенограммы на среднезернистой пленке.

Плоские матрицы из аморфного кремния используют сцинтиллятор, состоящий из иодида цезия или оксисульфида гадолиния, который преобразует падающее на него рентгеновское излучение в видимый свет. Световые фотоны преобразуются матрицей из аморфного кремния в электрический сигнал. Прогресс в технологии изготовления таких преобразователей и современное программное обеспечение позволили настолько улучшить отношение сигнал/шум в выходном изображении за счет суммирования по кадрам, что качество выходного изображения приблизилось к изображению, полученному с помощью a-Se матриц. Эти матрицы менее чувствительны к условиям окружающей среды, что позволяет использовать их в полевых условиях. При одиночном снимке быстродействие a-Si матрицы примерно в 4 раза выше, чем a-Sе матрицы.

На рис. 1 представлены функции передачи модуляции (ФПМ) для различных систем получения изображений, а на рис. 2 – эквивалентные чувствительности по пенетрометру EPS (equivalent penetrometer sensitivity) согласно стандарту ASTM E 746:EPS = 100 (Т h/2)1/2/х, %, где Т – толщина пластинчатого пенетрометра; h – диаметр видимого отверстия пенетрометра; x – радиационная толщина ОК. Из рис. 1 видно, что контраст элементов изображения, полученного с использованием a-Se матриц, сравним с контрастом элементов изображения на рентгенограммах примерно до 4 пар линий/мм (около125 мкм), тогда как компьютерная рентгенография с использованием пластин со стимулируемым люминофором достигает высокого контраста при значительно более низкой пространственной частоте.

Характер EPS на рис. 2 дает информацию о том, что чувствительность радиационного контроля с a-Sе может быть сравнима с чувствительностью рентгенографии на среднезернистую пленку, аEPS систем с фотостимулированным фосфором приближается к чувствительности контроля с использованием крупнозернистой пленки.

В докладе сообщается об устройстве и характеристиках плоской панели на основе конвертора из Gd₂O₂S:Тb, сочлененного с матрицей a-Si фотодиодов и тонкопленочными транзисторами. Размер окна 28Ч 40 см, размер элемента изображения 127 мкм, цифровые уровни серого14 бит, линейность по уровням серого от 40 до400 кВ, динамический диапазон 3500:1 и более, время формирования кадра с его корректировкой 2,6 с, вес 9 кг.

Доклад посвящен техническим характеристикам плоского матричного преобразователя на основе аморфного кремния (a-Si) фирмы General Electric. Вариант DXR-500 с размером элемента изображения 100 мкм при пространственной частоте 5 пар линий/мм имеет значения функции передачи модуляции свыше 20 %. Преобразователь обладает линейной характеристикой в широком диапазоне экспозиций: от менее чем 1 мР, до более чем 60 мР при напряжении на трубке 80 кВ. Шумовая характеристика преобразователя определяется статистикой падающих на него фотонов, что позволяет выполнять эффективное сглаживание по кадру выходного изображения.

Высокоэнергетическая радиоскопия

В докладе сообщается о разработке и характеристиках преобразователя с площадью входного экрана из Gd₂O₂S:Тb 0,48 м², размером элемента изображения 0,64 мм, который может использоваться в высокоэнергетической цифровой рентгенотехнике. Пространственное разрешение преобразователя, полученное на линейном ускорителенаэнергию8 МэВ, примерноравно0,5 пар линий/мм, а чувствительность радиационного контроля составляет 2 % при просвечивании 30 см бетона, быстродействие– 9 кадров/с. Схема радиационно-телевизионной установки на основе этого преобразователя представлена на рис. 3. Установка предназначена для контроля ракетных двигателей на твердом топливе, контейнеров.

Стандарты

Стандарты на радиоскопию были разработаны, совершено независимо ASTM (Е1000, Е1411, Е1416, Е1734) и Европейским комитетом по стандартизации (CEN, EN 13068), они сильно отличаются друг от друга, особенно в том, что часть 3 EN 13068 основана на системе классов контроля стандарта EN 444, который гарантирует качество изображения в соответствии с «минимальными требованиями» к процедуре контроля.

Стандарты ASTM чаще описывают метод и качество, в них нет минимальных требований. EN 13068-3 требует выполнения оценок качества изображения двумя индикаторами качества изображения (ИКИ): проволочным (EN 462-1) – для оценок контраста и индикатором с двойными проволочками (EN 462-5, рис. 4 и табл. 3) – для измерения пространственного разрешения.

Табл. 4 определяет минимальные значения размеров проволочек в зависимости от класса контроля (SA или SB) и толщины стенки металлических материалов. Оборудование для проведения радиоскопического контроля согласно EN 13068-3 подразделено на три классаSCI1 – SCI3, которые зависят от задач контроля. Более низкие требования по пространственному разрешению в сравнении с пленочной радиографией (EN 444, ISO 3579) компенсируются ужесточенными требованиями к оценкам контраста элементов.

Табл. 3. Номер элемента ИКИ (I), соответствующая не резкость изображения (II), диаметр проволочек и расстояние между ними (III)

I	II	III	I	II	III
13D	0,10	0,050	6D	0,50	0,250
12D	0,13	0,063	5D	0,64	0,320
11D	0,16	0,080	4D	0,80	0,400
10D	0,20	0,100	3D	1,00	0,500
9D	0,26	0,130	2D	1,26	0,630
8D	0,32	0,160	1D	1,60	0,800
7D	0,40	0,200

Табл. 4. Данные по системе контроля металлических материалов SA и SB

Класс контроля SA			Класс контроля SB
Класс системы	SC2		Класс системы	SC3
Толщина стенки, мм	Диаметр по EN 462-1, мм	Номер элемента ИКИ по EN 462-5	Толщина стенки, мм	Диаметр по EN 462-1, мм	Номер элемента ИКИ по EN 462-5
1,2–2,0	0,08	11D	< 1,5	0,05	13D
2,0–3,5	0,10	10D	1,5–2,5	0,063	12D
3,5–5,0	0,125	9D	2,5–4,0	0,08	11D
5,0–7,0	0,16	8D	4,0–6,0	0,10	10D
7,0–10,0	0,20	7D	6,0–8,0	0,125	9D
10,0–15,0	0,25	7D	8,0–12,0	0,16	9D
15,0–25,0	0,32	7D	12,0–20,0	0,20	9D
25,0–32,0	0,40	7D	20,0–30,0	0,25	9D
32,0–40,0	0,50	7D	30,0–35,0	0,32	9D
40,0–55,0	0,63	7D	35,0–45,0	0,40	9D
55,0–85,0	0,8	6D	45,0–65,0	0,50	9D

Люминесцентные платы

Компьютерная рентгенография с использованием слоя активированного европием галогенида бария (CR) начала применяться в практике контроля около15 лет назад. Такой фотостимулированный фосфор способен запоминать (накапливать) часть поглощенной в нем энергии рентгеновского излучения, а также под действием света He-Ne лазера испускать люминесцентное излучение, интенсивность которого пропорциональна поглощенной энергии. Фотоны люминесцентного излучения преобразуются в электрический сигнал, кодирующийся для получения цифрового изображения.
Итак, сканирующее устройство RAD View CR Tower фирмы Agfa позволяет получать цифровое изображение с пластин размером 20 ÷ 25 и 35 ÷ 43 см. Пластина в кассете, размещенная во входном устройстве сканера, внутренним механизмом изымается из кассеты и транспортируется в блок сканирования для получения цифрового изображения. Остаточное скрытое изображение на пластине стирается, она перемещается обратно в кассету, готовая к новой экспозиции.

В докладе представлена информация о разработке новой пластины, содержащей игольчатые кристаллы галогенида цезия, активированного излучением. Этот фосфор высвечивается с максимумом излучения на длине волны 440 нм, а стимулируют высвечивание фосфора фотоны инфракрасного излучения с минимумом интенсивности надлиневолны685 нм. Пластины с игольчатой структурой люминофора дают лучшее качество изображения, чем пластины с порошковым слоем, по двум причинам. Первая – кристаллические иглы действуют как световод, вторая – высокая плотность люминофора в пластине увеличивает поглощение рентгеновского излучения. Немецкое общество по НК внесло предложение по стандартизации общих принципов контроля металлических материалов с помощью люминесцентных пластин. Суть предложения состоит в определении минимальных требований к достижению определенного контраста и пространственного разрешения. По аналогии с радиоскопией, для измерений необходимы два индикатора качества изображений – проволочный и индикатор с двойными проволочками. Требования к пространственному разрешению выше, чем в радиоскопии, и подобны требованиям к изображениям, полученным переводом изображений с пленки в цифровую форму (табл. 5–7).

Источник излучения	Толщина стенки	Класс IPA				Класс IPB
		Размер элемента изображения, мкм	Номер элемента ИКИ		Размер элемента изображения, мкм		Номер элемента ИКИ
Рентг. излучение Up ≤ 50 кВ	W < 4	40	13		30		13
	W ≥ 4	60	13		40		13
Рентг. излучение 50 < Up≤ 150 кВ	W < 4	60	13		30		13
	4 ≤ W < 12	70	12		40		13
	W ≥ 12	85	11		60		13
Рентг. излучение 150 < Up≤ 250 кВ	W < 4	60	13		30		13
	4 ≤ W < 12	70	12		40		13
	W ≥ 12	85	11		60		13
Рентг. излучение 250 < Up≤ 350 кВ	12 ≤ W < 50	110	10		70		12
	W ≥ 50	125	9		110		10
Рентг. излучение 350 < Up≤ 450 кВ	W < 50	125	9		85		11
	W ≥ 50	160	8		110		10
169Yb, 170Tm		85	11		60		13
75Se, 192Ir	W < 40 W ≥ 40	160 200	8 7		110 125		10 9
60Co		250	6		200		7
Рентг. излучение Up> 1 МэВ		250	6		200		7

Табл. 6. Эквивалентная толщина экрана для пластин с люминофором

Анодное напряжение, кэВ или радионуклид	100	200	300	400	192Ir	60Co
Экран для пленки	27 мкм, свинец	27 мкм, свинец	100 мкм, свинец	100 мкм, свинец	100 мкм, свинец	500 мкм, железо
Экран для пластины с люминофором	100 мкм, свинец	100 мкм, свинец	200 мкм, свинец	300 мкм, свинец	350 мкм, свинец	1 мм, свинец; 0,5 мм, железо

Табл. 7. Классы систем «пластина с люминофором – сканирующее устройство» в зависимости от минимального отношения сигнал/шум

Класс системы	Минимальное отношение «сигнал/шум»
IP2	110
IP3	90
IP4	70
IP5	60
IP6	50

Компьютерная томография

Компьютерная томография в настоящее время достаточно активно используется в НК. ASTM разработало ряд стандартов для этого метода контроля:

• Е 1570-95а. Контроль с помощью компьютерной томографии;
• Е 1814-96. Контроль отливок с помощью компьютерной томографии; Е 1695-95. Измерение характеристик компьютерно-томографической системы;
• Е 1441-97. Получение компьютерно-томографического изображения;
• Е 1672-95. Выбор компьютерно-томографической системы;
• Е 1935-97. Калибровкаи измерение плотности компьютерно-томографического изображения;
• Е 1931-97. Томография с использованием рентгеновского комптоновского рассеянного излучения.

Методы анализа изображений

В докладе представлен обзор современных систем и методов автоматического анализа теневых изображений при просвечивании алюминиевых отливок для классификации их дефектов с целью разбраковки отливок.

Почти во всех известных системах автоматического распознавания дефектов в алюминиевых отливках придерживаются общей начальной стратегии:

• сегментируют возможные дефектные области теневых изображений;
• создают бездефектное эталонное изображение этих областей;
• строят разностное изображение, вычитая полученное эталонное изображение из исходного.

Хотя известные методы имеют очевидные сходства, они имеют существенные отличия в деталях. Один из вопросов состоит в том, какую предварительную обработку изображений следует выполнить, например, если разностное изображение при неизменном эталонном изображении будет иметь нежелательные артефакты, обусловленные допусками на позиционирование краями отливок или конкретными особенностями различных литейных форм.

Ниже перечислены наиболее важные проблемы, стоящие перед системами автоматического обнаружения дефектов в серийно изготавливаемых отливках:

• обнаружение очень малых дефектов, обладающих незначительным контрастом на рентгеновских снимках;
• обнаружение больших дефектов, имеющих низкую плотность почернения на радиограммах, замаскированных изображением элементов отливок.

Первая проблема связана с размером элемента цифрового изображения, вторая – с размером ядра обрабатывающего изображение фильтра и качеством данных, полученных системой при ее управляемом обучении. Разработанный авторами «обучаемый медианный фильтр (TMF)» устраняет все слабые стороны существующих методов автоматического распознавания дефектов литья по радиационным изображениям. Даже плоские дефекты в областях с насыщенной структурой надежно обнаруживаются. TMF выполняется на персональном компьютере общего назначения в среде Microsoft Windows 2000.

Типичные интервалы времени для современной системы контроля серийной продукции:
• перемещение от одной позиции просвечивания к другой – 0,8 с;
• интегрирование системой одного изображения – 0,5 с;
• цифровая обработка одного изображения – 1,3 с;
• контроль всей отливки, включая тринадцать позиций – 20 с.

В сообщении [9] дана информация о составе системы для автоматического рентгеновского контроля дисков автомобильных колес, процессе контроля и обзор экономических преимуществ таких систем. Упрощенные экономические сравнения системы MU 281 с визуальным контролем дисков по таким параметрам, как:

• стоимость системы автоматического распознавания дефектов с программным обеспечением – 130 тыс. евро;
• амортизация – 8 %;
• обслуживание – 300 евро в месяц;
• стоимость работ по визуальному контролю – 20 евро в час;
• 3 смены в день, 7 дней в неделю показывают, что затраты окупаются в течение одного года.

Вдокладе сообщается о разработке новой механической системы позиционирования объектов контроля при цифровом рентгеновском контроле – карданном манипуляторе, который, в сравнении с традиционными С-манипуляторами и роботизированными системами, повышает точность позиционирования на 20 % и уменьшает вибрации при просвечивании, улучшая тем самым качество изображения.

Выводы

• 15th WCNDT и 8th ECNDT продемонстрировали интеграцию современных технических направлений в рентгеновской технике: использование высокостабильных источников излучений, современных радиационных преобразователей и манипуляторов ОК, компьютерных методов управления ими, и наконец, применение новейших методов цифровой обработки изображений и их анализа.
• Идет интенсивный переход систем контроля с использованием радиационных РЭОП на системы с использованием многоэлементных преобразователей, выпускаемых по технологиям микроэлектроники: с аморфным селеном и аморфным кремнием. Усложняется структура пластин с фотостимулированным фосфором: переход от пластин с порошковым слоем фосфора на пластины с игольчатой структурой люминофора.
• Современные автоматические системы анализа радиационных изображений литых изделий достигли высоких показателей по надежности обнаружения дефектов (около95 %) и производительности (более100 изделий в час).
• Эталонные радиографические снимки являются ценным пособием по расшифровке световых изображений цифровых систем. Рекомендуется иметь собственную библиотеку цифровых изображений.
• В США и Европе идет активное пополнение фонда стандартов по НК новыми стандартами по цифровой рентгенотехнике с использованием стандартизированной терминологии.

Источник - статья ВВ. Клюева и Ф.Р. Соснина по материалам XV Международной (Рим, 2000) и 8-й Европейской (Барселона, 2002) конференций по НК опубликованная в журнале « В мире НК » № 4(18) декабрь 2002г.

Другие статьи на тему цифровой радиографии можно посмотреть в разделе Статьи.

 

Источник - статья А. А. Майорова опубликованная в журнале « В мире НК » № 1(35). 2007.

Введение

В течение более 100 лет, прошедших после открытия рентгеновских лучей, их применение для неразрушающего контроля основывалось на использовании рентгеновской пленки и специальных пленочных систем (промышленная радиография) и позднее – на использовании рентгенооптических преобразователей (промышленная радиоскопия).

По сути, оба эти метода получения изображений являются аналоговыми, хотя в последнее время с развитием компьютерной техники в промышленной радиографии нашла применение техника оцифровки пленочных изображений с целью уменьшения затрат на содержание архивов, а в промышленной радиоскопии стали применять цифровые телевизионные камеры высокого разрешения. Хотя и ту, и другую технологии можно назвать цифровыми (используется компьютер и специальное программное обеспечение), они не будут являться предметом рассмотрения в настоящей статье. Применение оцифровщиков стало обыденным в практике дефектоскопистов (системы ВидеоРен, Унирен, Марс и др.)

Целью настоящей статьи является рассмотрение цифровых технологий, замещающих пленку с требуемым качеством изображения. Мотивацией замены обычно является уменьшение стоимости вследствие уменьшения времен экспозиции и уменьшения стоимости хранения, уменьшения требуемых рабочих площадей и исключения химии из процесса обработки. Такими технологиями являются:

• компьютерная радиография (КР) с «фосфорными» запоминающими пластинами (ЗП) многоразового использования (кавычки означают, что на самом деле в состав запоминающих пластин химический элемент фосфор не входит);
• цифровая радиография (ЦР) с использованием цифровых детекторных систем ЦДС (плоскопанельных и линейных детекторов).

КР начала использоваться около 20 лет назад в медицине для замены пленки и обладает существенными преимуществами перед пленочной технологией:

• не требует фотолабораторий, химикатов, соответствующего персонала;
• каждая пластина может использоваться несколько тысяч раз;
• время экспозиции по сравнению с пленкой в несколько раз меньше;
• изображение архивируется в цифровом виде.

 

Чтобы конкурировать с пленочными системами, в последние годы разработаны высококачественные КР системы, имеющие пространственное разрешение и отношение сигнал/шум, сравнимые при соответствующих дозах облучения с пленочными системами неразрушающего контроля.

Цифровая радиография также была использована в первую очередь для замены пленки в медицине. Разработанные для этой цели ЦДС оказали революционизирующее влияние на радиологическую технику. Эти детекторы позволили развить новые, основанные на компьютерных технологиях, приложения. Эти технологические и алгоритмические разработки оказались применимы также и для использования в НК. Имеются в виду новые технологии калибровки ЦДС, которые позволяют практически полностью избавиться от их собственных шумов. Такие возможности отсутствуют у пленочных систем и систем КР с ЗП. Поэтому ЦДС имеют самый низкий уровень шумов в радиографии и открывают путь к новым приложениям, где требуются чрезвычайно высокие чувствительность и контраст изображения в сочетании с возможностью контроля слабых изменений радиационной толщины.

Чрезвычайно важным являются также экономические преимущества ЦДС перед классической пленочной техникой. Гораздо более быстрый процесс обработки и интерпретации при высоком качестве изображения приводит к существенному выигрышу во времени по сравнению с пленкой и/или другими методами неразрушающего контроля. Целью настоящей статьи является обсуждение возможностей новых цифровых технологий, для чего будет проведено сравнение с возможностями пленочной радиографии. Сравнение начнем с классификации существующих детекторов рентгеновского излучения.

Детекторы рентгеновского излучения

На рис. 1 представлена схема, иллюстрирующая основные типы детекторов рентгеновского излучения, применяемых для получения изображения.

Рентгеновская пленка

Рентгеновская пленка до сих пор является наиболее широко используемым в промышленности детектором рентгеновского излучения в силу хорошо отработанной законодательной базы применения во всех отраслях промышленности, существующей инфраструктуры применения (фотолаборатории, оборудование, обученный персонал и т. п.). Однако объемы применения пленки с каждым годом уменьшаются в связи с развитием новых методов регистрации рентгеновских изображений, о которых речь пойдет дальше.

Запоминающие пластины

В компьютерной радиографии для получения изображения вместо пленки применяются специальные гибкие пластины многократного использования. Кассеты с такими пластинами имеют типовые для рентгеновской пленки размеры, например 18 х 24, 18 х 30, 24 х 30, 35 х 43 см, а также аналоги рулонных пленок. Возможна также резка пластин, т. е. считывание и других размеров. Для запоминания изображений в пластине использован слой с фотостимулируемой памятью – сложное химическое соединение. Чаще всего используются соединения типа BaFBrxI1-x:Eu2+.

Цифровые детекторы непрямого преобразования рентгеновского излучения

Начнем обсуждение с детекторов непрямого преобразования, как наиболее часто используемых на практике. Они отличаются тем, что рентгеновские кванты сначала взаимодействуют со сцинтиллятором с образованием фотонов света, а затем свет преобразуется или сразу в электрический сигнал, как в твердотельных плоскопанельных детекторах, или в поток электронов в рентгеновском электроннооптическом преобразователе (РЭОП), который создает видимое изображение на выходном люминофорном экране. В качестве плоскопанельных детекторов непрямого преобразования чаще всего используются панели на основе аморфного кремния (аSi). В них используются сцинтилляторы из CsI или Gadolinium Oxisulfide, которые преобразуют рентгеновское излучение в видимый свет. Этот свет затем конвертируется в заряд сенсорами из аморфного кремния (рис. 2). Чувствительность детектора со сцинтиллятором из Gadolinium Oxisulfide будет зависеть от толщины покрытия (рис. 2а). Однако при увеличении толщины покрытия из-за рассеяния света ухудшается пространственное разрешение детектора. В какой-то степени от этого недостатка свободны панели с покрытием из CsI (рис. 2 б).

CsI хорошо поглощает рентгеновское излучение, причем в области энергий рентгеновских фотонов, обычно используемых в промышленной дефектоскопии (40 – 300 кэВ), поглощение происходит в основном за счет фотоэффекта (вклад в поглощение за счет эффекта Комптона становится существенным при энергиях выше 300 кэВ). Слой CsI:Na генерирует при поглощении рентгеновского излучения голубой свет, который распространяется по направлению к фотодиодной матрице вдоль монокристаллических острий как по оптоволокну (т. е. без рассеяния).

Ранние эксперименты с аSi показали высокий уровень шума этих панелей. Прогресс в технологии вместе с программными возможностями, позволяющими усреднение по многим кадрам, позволил резко улучшить отношение сигнал/шум. Качество изображений, получаемое сейчас на этих панелях, превышает качество, получаемое на запоминающих пластинах, и приближается к качеству изображения на панелях аSe.

Более того, панели из аSi менее чувствительны к свойствам окружающей среды, что делает возможным их применение в полевых условиях и неконтролируемых приложениях. На рис. 3 в качестве примера показаны фотографии некоторых широко используемых в практике детекторов.

Цифровые детекторы прямого преобразования рентгеновского излучения

В детекторах прямого преобразования при воздействии рентгеновского кванта в толще полупроводника сразу генерируются электронно-дырочные пары. Под действием приложенного напряжения возникает электронный ток, который может быть усилен и с помощью считывающей электроники преобразован в изображение (рис. 4).

Наиболее распространенными вариантами ЦДС прямого преобразования являются панели на основе аморфного селена (aSe) и монокристаллического теллурида кадмия (CdTe). В первом случае сборка тонкопленочных транзисторов (TFT) покрывается аморфным селеном, что позволяет конвертировать рентгеновское излучение напрямую в цифровой сигнал без использования сцинтилляторов или фосфора. Вследствие отсутствия влияния рассеяния и оптимального отношения сигнал/шум качество изображения достигает качества, характерного для среднезернистой пленки. Ограничением селенового детектора является узкий диапазон рабочих температур. Как для работы, так и при хранении детектор нужно поддерживать в температурном диапазоне 5 – 30 °С для того, чтобы избежать разрушения селенового слоя. Также при высоких энергиях (> 180 кэВ) селен склонен к образованию фантомных изображений.

Все эти ограничения делают возможным применение aSe панелей в очень специфичных приложениях, где можно строго контролировать необходимые для этих панелей условия работы. Детекторная система прямого преобразования на основе CdTe свободна от ряда недостатков системы на основе aSe. Она может работать в гораздо более широком температурном диапазоне при энергиях рентгеновских квантов до 300 кэВ, обладая при этом в несколько раз большей чувствительностью. На рис. 5 показан один из типов детекторов прямого преобразования.

Технологии формирования и считывания сигналов в ЦДС

Механической основой любого плоскопанельного детектора является стеклянная подложка, на которую устанавливается считывающая электроника.

TFT-технология

TFT (thin film transistors)-технология используется в основном в панелях на базе аморфных кремния или селена. Панели детекторов непрямого преобразования являются типичными сборками фотодио- дов на активной TFT-матрице. Для детек- торов с прямым преобразованием, де- текторный слой располагается прямо на эту матрицу. Матрица TFT-транзисторов представляет собой достаточно простую структуру электронных переключателей (типовая схема для любого типа панелей показана на рис. 6).

Емкость каждого светодиода в исходном состоянии заряжена до напряжения U+. При облучении светом она разряжается: чем больше света, тем меньше остаточный заряд. При считывании TFT транзистор открывается, и емкость снова заряжается через считывающий усилитель до значения U+. Величина заряда измеряется усилителем считывания и в виде напряжения U подается на аналогоцифровой преобразователь.

Панели могут быть очень больших размеров (40 ?40 см). Они имеют не очень высокое разрешение (типичное значение ве- личины пикселя 127 мкм). Отличительной особенностью аморфного кремния является очень высокая радиационная устойчивость, что позволяет применять такие панели при высоких энергиях рентгеновских квантов. Поскольку процесс производства панелей на базе аморфного материала и TFT-технологии требует специфического оборудования и условий производства, такие панели достаточно дороги.

CCD-технология

ССD (coupled charge device)-технология является одной из ведущих для получения высококачественных рентгеновских изображений. В отличие от матричных панелей типа TFT или CMOS, в ССD панелях считывание сигнала происходит путем транспортировки зарядовых пакетов вдоль кремниевой подложки. Преимуществом таких панелей является низкий шум, высокая чувствительность. Обычно в ССD панелях используют оптоволоконные буферные вставки, позволяющие увеличить площадь приемного окна панели и служащие одновременно защитой от радиации. Но даже с таким дополнительным экранированием ССD панели могут работать только при энергиях рентгеновских квантов < 50 кэВ. Как и в случае с аморфным кремнием, их производство требует специальных условий, поэтому они достаточно дороги.

CMOS-технология

CMOS (complementary metal oxide semiconductor) – эта технология, как и TFT с аморфным кремнием, является матричной сборкой. Основным преимуществом этой технологии перед остальными является использование хорошо развитой промышленной базы производства интегральных схем. Уровень шумов CMOS-панелей приблизился к уровню ССD-панелей, динамический диапазон в несколько раз выше. На CMOS-панелях получено самое высокое пространственное разрешение (размер пикселя несколько микрометров). Стоимость таких панелей хотя еще достаточно высока, тем не менее динамично снижается и скоро, на наш взгляд, станет меньше стоимости РЭОП со сравнимыми характеристиками.

Калибровка Цифровых Детекторных систем

Калибровка плоскопанельного детектора (наряду с коррекцией «плохих» пикселей) является одной из важнейших операций, обеспечивающих, как мы увидим в дальнейшем, получение отношения сигнал/шум и контрастной чувствительности, существенно превышающих эти значения для других типов детекторов (рентгеновской пленки и запоминающих пластин). Вполне естественные вариации характеристик сенсоров в панели, неоднородности распределения рентгеновского излучении, также как особенности электроники, будут вызывать некоторые различия сигналов от различных пикселей панели. С помощью калибровки можно полностью скорректировать изображения. Обычно калибровка включает захват изображений при полной (светлопольное изображение), средней (среднепольное изображение) и нулевой (темнопольное изображение) дозовых нагрузках. Темнопольное изображение используется для получения, базового, «темнового» сигнала от детектора, который определяется токами фотодиодов, токами утечки тонкопленочных транзисторов и разницей между различными зарядовыми усилителями, используемыми в считывающей электронике. Светлопольное и среднепольное изображения используются для расчета усиления, или отклика, каждого пикселя, и соответствующего считывающего усилителя.        Одним из источников шума в детекторе является коррелированный линейный шум, который является шумом, присущим одновременно всем пикселям данной строки. Современные программные средства позволяют провести процедуру коррекции этого шума, которая должна приводить к минимизации вариаций вследствие этого шума. Для этого доля сенсоров панели маскируется от сцинтилляционного экрана, и, таким образом, не получает светового сигнала во время рентгеновской экспозиции. Сигнал от этой части панели соотносится с темнопольным изображением, для определения коррекции, которая должна быть внесена в каждую строку. Результирующие калибровочные изображения используются для нормализации отклика пикселей.

Коррекция «плохих» пикселей

Основными типами «плохих» пикселей можно назвать следующие три:

1. Не усиливающий пиксель, или «мертвый» пиксель. Сигнал от него не зависит от дозы облучения.
2. Сверхчувствительный пиксель. Значение уровня серого для него болеечем в 1,3 раза превышает среднее по площадке из 21х21 пикселей.
3. Малочувствительный пиксель. Значение уровня серого для него менее чем в 0,6 раза меньше среднего по площадке из 21х21 пикселей.

Для того, чтобы скорректировать «плохие» пиксели, выявляющиеся в виде плохих строк, используется алгоритм коррекции плохих пикселей. Этот алгоритм усредняет сигналы от соседних пикселей, используя это среднее значение для плохих пикселей. Каждый пиксель имеет 8 ближайших соседних пикселей (за исключением тех, которые находятся на краю сенсорной панели). Если по крайней мере 3 из них считаются хорошими, тогда возможна операция усреднения их для получения значения плохого пикселя. В противном случае плохой пиксель не может быть скорректирован правильно. В качестве примера на рис. 7 приведены два изображения, полученные с помощью плоскопанельного детектора FlashScan 33 (данные компании Юнитест). Слева (рис. 7, а) радиографическое изображение сварного шва (сталь 10 мм, 100 кВ) с характерными непроварами и «плохими» пикселями, проявленными в виде «плохих» строк. Справа (рис. 7,б) то же изображение после интерполяционной корректировки.

Сравнение качества изображения различных детекторных систем

Весьма важным при контроле изделий, работающих в зонах повышенного риска, например в аэрокосмической и атомной промышленности, является оценка верхнего предела качества изображения, получаемого с помощью новых цифровых технологий. Как уже отмечалось, для ЦДС (плоскопанельных детекторов и линейных детекторов) разработаны методики калибровки и вычитания собственных шумов, позволяющие получить максимально достижимые отношения сигнал/шум для этих приборов. Такая процедура улучшает контрастную чувствительность настолько, что позволяет контролировать изменение 1/1000 радиационной толщины контролируемого материала. В то же время мы знаем, что стандартная пленочная радиография с использованием пленочных систем (со свинцовым экраном или без него) позволяет достичь контраста 1/100 даже с использованием пленочных систем высшего класса (класс «С1» по обще европейскому стандарту EN 584-1 или «специальный» по ASTM E 1815). Компьютерная радиография с использованием фосфорных запоминающих пластин является реальной заменой пленочных технологий даже без дополнительного компьютерного улучшения изображения. Сравнение основано на изучении измеренных значений отношения сигнал шум, пространственного разрешения и сравнения радиографических изображений, как с использованием собственных экспериментальных данных, так и с привлечением данных из других источников.
Основные параметры качества изображения

Радиографическое изображение в соответствии с терминологией описывается следующими главными параметрами качества изображения:

1. Базовое пространственное разрешение SRb, измеренное с помощью эталона с двойной проволокой согласно стандарту EN 462-5 и равное половине зарегистрированной не резкости изображения или эффективному размеру пикселя. Иногда пользуются понятием Разрешающая способность, которая определяется из зависимости контраста соседних объектов от расстояния их разделяющего. Эта зависимость называется модуляционной передаточной функцией (MTF) или контрастной передаточной функцией. Величина обратная расстоянию, разделяющему соседние объекты, называется Пространственной частотой и измеряется, по аналогии с пленкой, в парах линий/мм.
2. Нерезкость изображения определяется геометрической нерезкостью, деленной на увеличение (проекционная нерезкость) и нерезкостью детектора описываемой базовым пространственным разрешением SRb (равным половине нерезкости детектора).
3. Отношение сигнал/шум SNR. Детектор характеризуется нормированным отношением сигнал/шум SNRnorm как функции условий экспозиции (экспозиционной дозы и радиационного качества). Нормировка измеренного отношения сигнал/шум на базовое пространственное разрешение необходима, поскольку измеренное значение отношения сигнал/шум увеличивается как квадратный корень от площади детектирующих пикселей (результат статистики Пуассона для рентгеновских фотонов).
4. Отношение контраст/шум CNR. В общем случае CNR зависит от отношения сигнал/шум детектора и эффективного коэффициента поглощения материала.
5. Чувствительность детектирования (контрастная чувствительность Сs = 1/CNR, где CNR есть отношение контраст/шум) небольшого изменения радиационной толщины объекта Δw (происшедшей из-за наличия дефекта внутри объекта) определяется отношением контраста (изменения интенсивности сигнала ΔI) к уровню шума изображения (стандартное отклонение от I). CNR для данного Δw может быть рассчитано из SNR (отношения сигнал/шум) изображения с учетом коэффициента поглощения μ и коэффициента рассеяния k (равного отношению интенсивностей рассеянного и первичного излучения).
6. Динамический диапазон (диапазон радиационных толщин объекта, доступных анализу на одном и том же изображении). Поскольку для пленок эта величина фиксирована (ограничена диапазоном оптических плотностей 2 – 4.5 и μэфф), то она не считается параметром для пленочной радиографии, учитываемым в стандартах. В то же время большой динамический диапазон ЦДС в ряде практических приложений может иметь решающее значение при выборе детектора.

В работе проведен комплекс измерений по определению качества радиографических изображений, получаемых с помощью пленочных NDT систем, систем компьютерной радиографии и цифровых детекторных систем. Для демонстрации получаемого с разными детекторами качества изображения использовался один и тот же стандартный образец. Это была 8 мм стальная пластина со сварным швом с 2 мм усилением, содержащим все типовые дефекты.
Качество изображения, достижимое с помощью пленочных систем.
Показано, что SNRnorm зависит от класса пленочной системы, но имеет предельное значение (см. таблицу 1).

Минимальное значение 43 (класс С6 при D-D =2, рассчитанная доза 2 мГр), а максимальное 250 (лучший класс С1, D-D0=4,5, рассчитанная доза 60 мГр). Более высокие значения SNRnorm не достижимы для пленочных систем согласно стандарту EN584-1, потому что увеличение дозы ведет к увеличению оптической плотности почернения D>5, а такие изображения практически являются нечитаемыми. Базовое пространственное разрешение пленочной системы определяется качеством излучения (220 кВ, 8 мм фильтр медь), потому что это определяет толщину используемых свинцовых экранов (см. стандарт EN 444) и разброс электронов, генерируемых свинцовыми экранами для экспозиции пленки. Таблица 2 в стандарте EN ISO 14096-2 приводит значения, подобные SRb для корректной оцифровки пленки при переводе изображения на пленке в цифровую форму.

Качество изображения, достижимое с помощью систем компьютерной радиографии

Качество изображения, получаемое с помощью КР систем, классифицируется в соответствии с классами для пленочных NDT систем (таблица 1). Предельные значения SNRnorm соответствуют предельным значениям для подобных пленочных систем. Дополнительно к параметрам, характеризующим пленку, вводится базовое пространственное азрешение КР системы (SRb, мкм, в соответствии со стандартом 14874-1). Этот параметр определяет ограниченное пространственное разрешение КР систем по сравнению с пленкой.

Главным достижением в применении КР в неразрушающем контроле для замены пленки при контроле литья и сварки стало появление в последние годы сканера HD CR 35 (Duerr)*. Требования к КР системам в неразрушающем контроле определены стандартами EN 14784-1 и EN 14784-2. Таблица 4 стандарта определяет минимальное пространственное разрешение в зависимости от класса контроля, энергии облучения и толщины объекта контроля. В то время как большая часть содержания стандарта EN 14784-2 подобна EN 444 (основные принципы радиографического контроля в NDT), Таблица 4 в EN 14784-2 является нововведением и ограничивает значения пространственного разрешения используемых КР систем.

Существует еще одно ограничение на качество изображения систем КР. С увеличением экспозиционной дозы максимально достижимое значение SNRnorm ограничено. Это вызвано наличием структурного шума используемой запоминающей пластины. Дополнительные шумы в виде дополнительных пульсаций может вносить также сканер. Структурный шум запоминающей пластины связан с неоднородностями фосфорного слоя, связанными с процессом производства. Этот эффект известен также и для флуоресцентных экранов. При высоких экспозиционных дозах вклад квантового шума рентгеновского излучения невелик по сравнению с этими структурными шумами, отсюда качество изображения приходит к ограничению.

Пример достижимого качества изображения при контроле сварных соединений приведен на рис.9. Времена экспозиции достаточно высоки, поэтому шум на изображениях определяется структурным шумом самих КР систем. Очевидно, что стандартная КР система имеет худшее качество изображения (как значения SRb, так и SNRnorm) по сравнению с лучшей пленочной NDT системой, в то время как на HD-CR системе можно получить немного лучший результат, чем на пленочной системе. Согласно EN 14784-2 система HD-CR достигает класса В. Стандартная система не достигает класса А в этом примере.

Качество изображения, достижимое с помощью цифровых детекторных систем

ЦДСизображения были получены помощью плоскопанельного детектор XRD 1620 компании Perkin Elmer.Использовались две геометрии просвечивания:1. Тестовый образец находился непосредственно перед детектором (увеличение = 1) и 2. Тестовый образец находился межддетектором и рентгеновской трубко (увеличение = 3,5). Последняя геометрия требует применения мини фокусной трубки, чтобы геометрическая нерезкость на детекторе не превышала 200 мкм. На рис. 10 для сравнения представлены изображения одного и того же участка сварного шва на тестовом образце, полученные на пленке и с применением ЦДС.

Из чисто визуального сравнения двух изображений следует, что качество изображения, полученного с помощью плоской панели, выше при гораздо меньших дозовых нагрузках. Для более детального исследования было проведено сравнение изображений (рис. 11) одного и того же участка тестового образца (область шириной 12 мм с выявленными трещинами), приведенных к одному размеру (увеличение левого, пленочного изображения регулировалось с помощью оцифровщика, среднее изображение получено на плоской панели с геометрическим увеличением =1, правое – на плоской панели с увеличением 3,5).

Значительное увеличение SNRnorm в ЦДС технологии позволяет даже при увеличении 1 и базовом пространственном разрешении 200мкм детектировать микротрещины, которые на пленке (с гораздо лучшим SRb порядка 50 мкм) находятся на уровне шумов При увеличении 3,5 (рис. 11, правое изображение, предполагаемое SRb=70 мкм) можно различить гораздо больше деталей по сравнению с пленкой. Это улучшение качества изображения основано на увеличении SNRnorm по сравнению с пленочной технологией. Улучшенное SNR для ЦДС позволяет детектировать элементы с размерами, гораздо меньшими размера пикселя! На рис. 12 показаны два изображения одного и того же участка, полученные на пленке и плоской панели. Слева на пределе различима проволока W16. Справа мы видим проволоку W19 (50 мкм) при размере пикселя 200 мкм! Этот эффект называется субпиксельным разрешением. Недостаточное SRb компенсируется высоким SNR!

Как уже упоминалось, максимально достижимое значение SNRnorm для пленочной системы наивысшего класса ограничено максимальным рабочим диапазоном негатоскопов и оцифровщиков, с максимальным значением плотности почернения D=4,7. Это также ограничивает максимально возможную дозу облучения. Более высокие значения SNRnorm (больше 250) потребуют больших экспозиционных доз. Но пленки в принципе не читаемы при плотностях D>5. В случае КР систем, качество изображения ограничено их структурным шумом. Максимальное значение SNRnorm для современных КР систем пока не может быть выше 300. Эти ограничения SNRnorm для пленочных и КР систем преодолеваются для ЦДС следующим образом: перед насыщением ЦДС изображение может быть считано, ЦДС обнулен и может быть начат новый цикл экспозиции. Все изображения, полученные в таких циклах, могут усредняться в компьютере с получением окончательного усредненного изображения. Таким образом, время экспозиции может увеличиваться без какого-либо предела.

SNRnorm будет увеличиваться как квадратный корень из числа усредненных изображений, и/или квадратный корень дозы. Время экспозиции такого цикла может продолжаться без какого либо технического предела. SNRnorm будет линейно увеличиваться в зависимости от квадратного корня от дозы (эквивалентно времени экспозиции или количеству усредненных изображений). В [4] проведен детальный расчет SNRnorm при различных условиях просвечивания для детектора DIC100TL компании Ajat. Получены значения SNRnorm до нескольких тысяч.

Однако такие высокие значения SNRnorm обычно не достигаются в радиографической практике. Существуют практические ограничения: отклонения в чувствительности отдельных пикселей ЦДС ограничивают достижимое значение SNR на изображении. Не может быть достигнуто какого-либо дальнейшего улучшения SNRnorm, если пуассоновский шум рентгеновских квантов уменьшили в результате многократного усреднения до уровня ниже разницы между соседними пикселями. SNRnorm ограничено структурным шумом детектора. Здесь та же самая причина, что и в КР.

Однако ЦДС имеет существенное преимущество перед КР, о котором мы уже говорили в разделе «калибровка»: пиксели цифровой детекторной системы расположены в матрице, их положение фиксировано в процессе экспозиции и считывания. Поэтому небольшие отличия между пикселями (в чувствительности или в условиях вывода сигнала) приемлемы и могут быть точно измерены. Поскольку эти изменения стабильны во времени, возможна компенсация разницы между различными пикселями с помощью соответствующего программного обеспечения в процессе калибровки.

Такая калибровка ЦДС является ключом к улучшению контрастной чувствительности и высокому отношению сигнал/шум вследствие уменьшения структурного шума ЦДС. По сравнению со «стандартной калибровкой», предусматривающей однократную компенсацию в условиях вывода сигнала и усиления изображения можно произвести многократную корректировку усиления, приводящую к гораздо большему увеличению SNRnorm за счет компенсации различий между отдельными пикселями. Таким образом, для ЦДС с помощью хорошей калибровки можно преодолеть ограничения на величину SNRnorm, имеющиеся для пленочной и КР технологий.

Преимущество калибровки состоит не только в увеличении SNR, но и в уменьшении времени экспозиции. Требуемое качество изображения определяет необходимое время накопления. По сравнению с однократной калибровкой адаптивная многократная калибровка позволяет получить изображение с тем же самым отношением сигнал/шум за гораздо меньшее время накопления. Авторы исследовали достижимые значения SNRnorm при различных видах калибровки для детектора Hamamatsu, С7942, (экспозиция при 120 кВ, 7 мА, 30 мм Al). Показано, что если задача требует, чтобы SNR было 500, то этого можно достичь за 250 сек. при однократной калибровке и только за 15 сек. при многократной.

Показано также, что в отличие от расчетных, реальные значения SNRnorm ограничены. Все кривые достигают насыщения. Причина этого или в наличии структурного шума детектора уже после калибровки, или вследствие неоднородности материала самого объекта контроля. По той же причине наступает ограничение минимального детектируемого значения изменения толщины материала в % от толщины объекта. Эта контрастная чувствительность ограничена значением 0,1%, что соответствует SNRnorm примерно 1000. Увеличение времени экспозиции от 60 до 600 сек. изменяет ситуацию очень незначительно. Таким образом, Цифровые Детекторные Системы позволяют проводить неразрушающий контроль с гораздо лучшей контрастной чувствительностью, чем прописано в стандартах по радиографии. Это подтверждается и нашими экспериментами с плоскопанельным детектором FlashScan 33 производства компании Thales. Рис. 13 показывает зависимости чувствительности контроля, определенной с помощью ступенчатого эталона на образцах нержавеющей стали различной толщины.

Выводы

Детально рассмотрены новые цифровые технологии в неразрушающем контроле – компьютерная радиография с использованием многоразовых запоминающих пластин и цифровая радиография на базе плоскопанельных цифровых детекторных систем. Проведено сравнение этих технологий с традиционной пленочной технологией. Обсуждены важнейшие параметры, характеризующие качество и информативность изображения при использовании различных технологий. Показано, что с помощью систем компьютерной радиографии можно получать качество изображения, несколько лучшее по сравнению с пленочными системами и подтверждено, что эта технология в большинстве практических случаев позволяет полностью заменить пленку. Показано, что применение цифровых детекторных систем (плоскопанельных и линейных детекторов), позволяет получить существенно более высокое качество изображения, чем в пленочных и КР системах, что стало возможным в результате операций калибровки детекторов. Показано, что в результате использование цифровых детекторных систем позволяет снизить предел обнаружения изменения толщины материала до 0,1%. Показано, что вследствие высокого отношения сигнал шум, присущего цифровым детекторам, возможна индикация дефектов, существенно меньших по размеру, чем пиксель.

Отмечая новые, прорывные возможности цифровых детекторов, хочу упомянуть и о некоторых ограничениях, присущих этой технике. Она требует очень аккуратного обращения, критична к условиям окружающей среды, поэтому используется пока в полулабораторных условиях (специализированные радиографические комплексы, компьютерная радиография). Кроме того, будущее цифровой радиографии в значительной степени будет зависеть от того, как на технологическом уровне будут решаться проблемы с «плохими» пикселями и надежностью этой техники в целом.

Источник - статья А. А. Майорова опубликованная в журнале « В мире НК » № 1(35). 2007.

 

Другие статьи на тему цифровой радиографии можно посмотреть в разделе Статьи.

 

 

Источник - статья N. Parspour опубликованная в журнале « В мире НК » № 4(10) 2010г.

В статье описаны цифровые рентгеновские детекторы, применяемые для автоматического выявления дефектов в отливках.

Программа автоматического распознавания дефектов, рассматривая их как объемные, разделяет дефекты плотностного контраста как разницу значений уровня серого и геометрическую величину дефекта как площадь поверхности. С обычными усилителями изображения могут обнаруживаться дефекты плотностного контраста до 6%, с цифровыми детекторами изображения – до 3% толщины просвечиваемого материала. Такие возможности цифровых детекторов – следствие применения технологии амфорного кремния, которая обеспечивает прямое цифровое изображение. Таким образом может быть получен и использован сигнал с разрешением по величине 14 бит на точку вместо 8 бит для обычного усилителя изображения с ССD камерой. Поэтому цифровой детектор изображения позволяет регистрировать и анализировать участки с сильно меняющейся толщиной всего при одной позиции контроля.

Устройство автоматической системы контроля

Подлежащие контролю детали поступают по транспортеру в кабину с радиационной защитой, где находится манипулятор с четырьмя степенями свободы, на котором закреплены рентгеновский излучатель и цифровой детектор.

Манипулятор устанавливается в позицию контроля после чего на детектор, в течении так называемого времени ввода картинки проецируется теневое рентгеновское изображение. Это время зависит от требуемого соотношения сигнал/шум и составляет для современных детекторов от 150 до 600 мсек.

После ввода картинки манипулятор перемещается в следующую позицию. Введенное изображение обрабатывается компьютером по алгоритму автоматической обработки изображения.

Требования к автоматическим системам контроля.

Современная промышленность ищет компромисс между постоянно ужесточающимися требованиями стандартов безопасности и требованиями заказчиков к снижению материальных и временных затрат. Применение цифровых детекторов дает реальный шанс удовлетворить эти противоречивые требования.

Время контроля системы определяется главным образом временем, необходимым для перемещения отливки внутри кабины от одной позиции контроля к другой и временем ее просвечивания.

Упрощенно время контроля можно представить следующей формулой:
Tr = Nпоз (Tпер + Tдан + Tввод) где Nпоз – число позиций контроля для детали, Tпер – время механического перемещения между отдельными позициями контроля, Tдан – время передачи данных, Tввод – время ввода картинки.

Видно что общее время контроля определяется главным образом, числом необходимых позиций контроля которое в свою очередь зависит от трех факторов: геометрической сложности отливки, выбора приемника и заданных заказчиком требований контроля. Чем сложнее деталь и жестче требования контроля, тем больше число необходимых позиций контроля.

Зависимости числа позиций контроля от выбора детектора определяется двумя параметрами: размером детектора и способа преобразования плотности потока прошедшего через деталь рентгеновского излучения в изображение. Уже несколько лет кроме существующих усилителей изображения используются так называемые ASD детекторы, которые непосредственно формируют цифровое изображение и поэтому известны как цифровые детекторы. Эти детекторы обладают расширенным диапазоном уровня серого и поэтому позволяют контролировать детали с очень большой разницей толщины стенок, в то время как обычным усилителям изображения необходима одна или более дополнительных позиций контроля, для того, чтобы участки с разной толщиной стенки просветить с разных направлений.

Цифровые детекторы

Устройство и принцип действия цифрового детектора показаны на рис. 2.

Рентгеновское излучение попадает сначала на слой сцинтиллятора (например Csl), в котором оно преобразуется в световые фотоны. За слоем расположена светодиодная матрица, по своей спектральной чувствительности соответствующая сцинтиллятору. Светодиоды состоят из амфорного кремния, который дал имя ASD (Amorphus Silicon Detector = детектор из амфорного кремния). Фотоны наводят в элементах матрицы электрический заряд. Считывание заряда производится бипараллельным управлением всех элементов внутри каждой ячейки.

Специальная малошумящая микросхема преобразует заряд в электрический сигнал, который после усиления поступает на внутренний аналого-цифровой преобразователь и оцифровывается. Прямое преобразование рентгеновского изображения в цифровую картинку (минуя трубку ускорителя и камеру, как в обычном усилителе изображения) определяет высокие характеристики цифровых детекторов.

Тогда кА визуальное разрешение обычных усилителей изображения в настоящее время больше, чем у имеющихся на рынке цифровых детекторов, последние имеют значительно лучшее плотностное разрешение.

При применении цифровых детекторов достигается диапазон сигнала 16 бит на точку теоретически и 14 бит на точку практически. То есть в одной позиции может различаться 214 значений серого. Обычные усилители изображения с CCD камерой различают 28 значений серого. Для сравнения можно упомянуть, что глаз человека может различать 26 значений серого.

У обычных усилителей изображения имеется, однако, возможность повышения числа различаемых значений серого до 14 бит при применении цифровой камеры, камеры, однако, необходимо принимать во внимание некоторые отрицательные последствия, такие как худшее отношение сигнал/шум, большую подверженность засветке и меньшую компактность.

В таблице 1 приводится сравнение плоских цифровых детекторов и обычных усилителей изображения

Таблица 1

Характеристики	Плоский цифровой детектор	Обычный усилитель изображения
Поглощение рентгеновского излучения	Очень хорошее	Хорошее
Компактность	Высокая	Низкая
Засветка	Очень малая	Большая
Искажение картинки	Нет	Искажение в краевых областях
Коэффициент преобразования	Очень хорошая	Хорошая
Динамический диапазон серого	Широкий	Средний
Отношение сигнал/шум	От хорошего до очень хорошего	Среднее
Контраст	Высокий	Низкий

Для решения задач современного литейного производства, требующих в основном быстрого массового контроля отливок и выявления дефектов в миллиметровом диапазоне, отлично подходят имеющиеся на рынке цифровые детекторы средней стоимости.

В таблице 2 представлены параметры детекторов фирм Varian и Perkin-Elmer – лидеров рынка в области цифровых детекторов.

Величина, приведенная в таблице как плотностное разрешение, характеризует разрешение детектора по толщине материала. Эта величина определяется в конечном итоге для данного детектора динамическим диапазоном серого цвета (числом значений серого).

Визуальное разрешение определялось экспериментально.

Таблица 2

Тип	Фирма	Формат	Визуальное разрешение мм	Плотностное разрешение, % толщины	Условная цена	Применял YXLON
УИ9''	Thomson + CCD камера 758 строк	9'' 5''	0,32 0,17	6	1	х
УИ13''	Siemens + CCD камера 758 строк	13''	0,45	6	1,55
ЦД	Perkin Elmer	512 х 512 точек	0,44	3	1,60	х
ЦД	Perkin Elmer	1024 х 1024 точек	0,44	3	3,20	х
ЦД	Perkin Elmer	2000 х 2000 точек	0,22	3
ЦД	Varian	1408 х 1888 точек 0,127х0,4	0,14	3	6

Первым цифровым детектором использованным YXLON для автоматического контроля отливок, были детекторы 512х512 точек фирмы Perkin Elmer. Они применены в кабине для фирмы AMCAST весной 1998.

Пример из практики

В феврале 1998 мы получили от фирмы Dimler-Chrysler заказ на автоматическую систему контроля двух цельнолитных деталей подвески типов W203  R230.

Рисунок 3. Отливка R230. Габаритные размеры 900х400х20мм.

По техническому заданию требовалось распознать дефекты размером 1мм в критических и 2мм в некритических областях. Для уверенности, что время контроля будет выдержано при соблюдении заданных требований фирмой YXLON International X-Ray GmbH летом 1998г. Было проведено соответствующее исследование, результаты которого приведены в таблице 3.

Таблица 3

 

Число позиций контроля	УИ9''	УИ13''	ЦД 512 х 512	ЦД 1024х1024
Nпоз критическое	34	34	26	17
Nпоз некритическое	66	46	44	29
Nпоз суммарное	98	80	70	46
Время контроля сек.	196	160	140	92
Отливок за 24 часа	440	540	617	939

Выяснилось, что число необходимых позиций необходимых при применении цифрового детектора может быть значительно снижено. На стадии запроса Dimler-Chrysler по данному проекту фирмой – конкурентом было предложено применение 13''
усилитель изображения. Определенное при этом число позиций контроля для R230 было примерно 57. Это число в наших исследованиях при соблюдении требований контроля –Chrysler не могло быть подтверждено. Необходимо отметить что мы проводили свои исследования с усилителями изображения имеющими CCD камеру, использующую 8 бит. Указанное фирмой – конкурентом число позиций контроля было получено предположительно при применении усилителя изображения с цифровой камерой. Учитывая уже описанные отрицательные стороны применения усилителя изображения с цифровой камерой, YXLON предложил решение с цифровым детектором.

Фирма Dimler-Chrysler весной 1999г. Выбрала разработку фирмы YXLON и двойную рентгеновскую систему с двумя цифровыми детекторами форматом 512х512 точек. YXLON International реализовала автоматическую систему с 70 позициями контроля для R230 системой ежедневно проверяется 1234 отливки.

Выводы

Цифровые детекторы обладают рядом достоинств:

• широким динамическим диапазоном в области серого;
• очень низким эффектом засвечивания;
• неискаженной картинкой;
• компактной конструкцией;
• высоким коэффициентом преобразования;
• очень высоким коэффициентом сигнал/шум.

К недостаткам цифровых детекторов относится в первую очередь относительно высокая покупная цена. Как следующий недостаток можно назвать отклонения качества внутри каждого класса детекторов, примером которых могут служить более иле менее часто встречающиеся точечные дефекты.

Обобщенно можно утверждать что при применении цифровых детекторов в автоматических системах контроля два требования со стороны литейной промышленности могут быть выполнены. Это высокая чувствительность при распознавании дефектов и сокращенное время контроля.

Эти утверждения результат практического применения цифровых детекторов в более чем 20 рентгеновских системах фирмы YXLON International за последние три года.
Источник - статья N. Parspour опубликованная в журнале « В мире НК » № 4(10) 2010г.

 

Другие статьи на тему цифровой радиографии можно посмотреть в разделе Статьи.

 

 

Источник - статья А. А. Майорова опубликованная в журнале «В мире НК» № 3(25). 2004.
Другие статьи на тему цифровой радиографии можно посмотреть в разделе Статьи.

Метод компьютерной радиографии основан на использовании способности некоторых люминофоров накапливать скрытое изображение, которое формиру¬ется в кристаллах, когда электроны, об¬разующиеся в них в результате облучения рентгеновским или гамма-излучением, захватываются на энергетические уров¬ни и остаются на них в течение длительно¬го времени. Из этого состояния они могут быть выведены возбуждением лазерным пучком (упрощенная зонная диаграмма процесса приведена на рис. 1)

Рис. 1. Образование скрытого изображения на флуоресцентной запоминающей пластине под действием рентгеновского или гамма-излучения (концентрация электронов на уровнях пропор¬циональна интенсивности излучения)

Посколь¬ку считывание информации, записанной на флуоресцентную запоминающую пла¬стину, возможно лишь с использованием современной компьютерной техники, этот вид записи получил название компьютер¬ной, или цифровой радиографии.

История вопроса

Свойства люминесцент­ных запоминающих составов известны уже давно, однако, первый коммерче­ский сканер (основной элемент системы компьютерной радиографии) был разработан и выпущен компанией Fuji в 1983 г. С тех пор различными фирмами (AGFA, Kodak и др.) было выпущено несколько мо­делей сканеров. Важный шаг был сделан в 1998 - 2000 гг., когда фирмами Orex и ICR были выпущены настольные варианты систем для компьютерной радиографии.

Куда записываем информацию?

В ком­пьютерной радиографии для получения изображения вместо пленки применяет­ся специальная пластина многократного пользования. Кассеты с такими пласти­нами имеют типовые для рентгеновской пленки размеры 18x24, 18x30, 24x30 и 35x43 см. Возможна также резка пластин, т. е. считывание и других размеров. Как уже указывалось, для запоминания изо­бражений в пластине использован слой с фотостимулируемой памятью - сложное химическое соединение.

Как записываем информацию?

Под дей­ствием рентгеновского или гамма-излуче­ния электроны внутри «флуоресцентных» кристаллов возбуждаются и переходят в квазистабильное состояние. Специальный считыватель сканирует экспонированную пластину лазерным пучком (рис. 2).

Рис. 2. Схема процесса сканирования запо¬минающей пластины и получения цифрового изображения: / -лазер; 2-оптика формиро¬вания пучка; 3 - зеркало; 4 - фотоумножитель; 5 - фильтр; 6 - оптика сбора света люминесцен¬ции; 7 - запоминающая пластина

При этом электроны высвобождаются из ловуш­ки, что сопровождается эмиссией видимого света, длина волны которого отличается от длины волны излучения сканирующего ла­зера. Этот свет собирается фотоприемни­ком и конвертируется в цифровой сигнал, преобразуемый в цифровое изображение.

Принцип действия цифровой радиографии

• Кассета с запоминающей пластиной экспонируется аналогично пленке, т.е. рас­полагается за объектом. Пластина гибкая и может экспонироваться и без кассеты, если в этом есть необходимость. Загрузка и выгрузка пластины из кассеты (при ис­пользовании ручной загрузки) произво­дится на свету, т. е. специальной темной комнаты не требуется. Поскольку чувстви­тельность пластины существенно выше, чем у пленки, время экспозиции пласти­ны в 5 - 10 раз меньше, что существенно уменьшает дозовую нагрузку на персонал.
• После экспонирования пластина за­гружается в сканер. При использовании сканеров с ручной загрузкой пластина вынимается из кассеты (если она экспо­нировалась в кассете) и помещается в сканер. В случае  использования сканера с автоматической загрузкой пластина за­гружается в сканер только в кассете.
• Производится считывание изобра­жения   (время   считывания,   несколько десятков секунд, зависит от установлен­ного пространственного разрешения).
• Считанное   сканером   изображение архивируется, обрабатывается, в том числе с использованием программ поиска дефектов, делается заключение и про­изводится распечатка протокола контроля.
• После считывания информация стирается с пластины, и пластина вновь готова к работе.

 

Какое получаем изображение?

Все па­раметры прибора оптимизированы таким образом, чтобы получить изображение, эквивалентное получаемому на пленке соответствующего типа. Однако в отличие от пленки это изображение может быть улучшено, отмасштабировано, архивиро­вано, растиражировано и за несколько секунд направлено по электронной почте в любое место без потери качества.

Сколько это стоит?

Хотя предлагаемое оборудование пока еще является не дешевым, оценку его окупаемости на­до производить, учитывая, что при его использовании отпадает необходимость в рентгеновской пленке, оборудовании для проявки, сушки, помещениях, пер­сонале и т. д.

Стандартизация Российских стандартов по компьютерной радиографии пока не существует. Однако существуют евро­пейские и американские стандарты, ре гламентирующие деятельность в области компьютерной радиографии:

• СЕМ 138 N 540 94: Промышленная компьютерная   радиография   с   фос­форными  запоминающими  пластина­ми. Часть 1: Классификация систем;
• СЕN 138 N 541 95: Часть 2:    Общие принципы    контроля    металлических материалов с использованием рентгеновского и гамма-излучения;
• А5ТМ Е2007: Стандарт по компьютер­ ной радиологии (метод фотостимулированной люминесценции);
• А5ТМ Е2033: Стандарт по практичес­кому   использованию   компьютерной радиологии    (метод    фотостимулированной люминесценции).

Преимущества цифровой радиографии:

• быстрота получения информации;
• исключается «мокрая» технология об­работки пленки;
• дозы облучения существенно меньше необходимых для экспонирования обыч­ной пленки (при сравнительно низких энергиях для получения изображения одинакового   качества,   например   в случае  пленки АСРА 07,  напряжение
  на трубке можно уменьшить на 30 %, а время экспозиции - в 10 раз;
• благодаря   более   широкому,   чем   у пленки динамическому диапазону по­является возможность исследовать и контролировать детали более сложной формы с большей толщиной;
• пластина для записи является многоразовой, допускается экспонирование до 30 тыс. раз;
• имеется возможность архивирования информации в компьютере на различ­ных   носителях,   делать   необходимое количество идентичных копий, исполь­зовать электронную  почту для  передачи информации; время хранения ла­зерного диска без потери информации составляет не менее 30 лет;
• прямое    получение    цифровых    изо­бражений   позволяет   отказаться   от оборудования для оцифровки рентге­новских пленок;
• уже   сейчас   достижимое   простран­ственное   разрешение   при   считыва­нии составляет 10 пар линий/мм, что позволяет     получать     изображения чрезвычайно высокого качества.

Недостатки цифровой радиографии:

• радиографическое качество применя­емых сейчас запоминающих пластин примерно   соответствует   крупнозернистой высокочувствительной пленке 07, что ограничивает сферу примене­ния обсуждаемой техники; однако не­достаток этот следует считать времен­ным, поскольку уже разработаны [3] и скоро начнут выпускаться  пластины, соответствующие   по   радиографиче­скому качеству пленкам 04/05.
• чувствительность  контроля,  получен­ная при испытаниях систем компью­терной    радиографии в различных лабораториях составляет 1,6 % и имеет тенденцию к некоторому ухудшению при более высоких энерги­ях; выпуск нового поколения запоми­нающих  пластин,  адаптированных  к задачам  промышленного НК (сейчас используются пластины, применяемые в медицине) решает и эту проблему;
• при   увеличении   энергии   рентгенов­ ского излучения имеется тенденция к увеличению времени экспозиции (хотяоно все равно существенно меньше не­обходимого для экспозиции пленки).

Вывод

Среди средств НК появилась новая, мощная, быстро развивающаяся технология. Это свершившийся факт, су­ществование которого игнорировать уже невозможно. От того, насколько быстро и правильно мы сумеем адаптироваться к нему, зависит будущее промышлен­ного рентгеновского неразрушающего контроля и наше в нем будущее.

Ю.Н. КОЗИН, А.С. ПЕЧЕРКИН, О.В. ПОКРОВСКАЯ,
(НТЦ «Промышленная безопасность»)

Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (от 21.07.97 № 116-ФЗ) определил основные элементы регулирования промышленной безопасности. Один из них - экспертиза промышленной безопасности технических устройств, применяемых на опасных производственных объектах. В соответствии с приказом Госгортехнадзора России от 12.08.99 № 152 она включает техническое диагностирование оборудования и проведение контроля оборудования и материалов неразрушающими методами. Таким образом, неразрушающий контроль (НК) - инструмент экспертизы промышленной безопасности, позволяющий определить состояние технических устройств, оценить срок их дальнейшей безопасной эксплуатации. Использование неразрушающего контроля при изготовлении, монтаже, строительстве, ремонте и эксплуатации технических устройств, зданий и сооружений позволяет предотвратить отказы в работе, аварии и разрушения, что особенно важно для опасных производственных объектов в условиях увеличенного износа основных фондов. Качество неразрушающего контроля зависит от ряда факторов:

состояния оборудования и приспособлений для неразрушающего контроля (исправность, соответствие установленным характеристикам);

уровня квалификации персонала, проводящего контроль;

полноты и качества методик неразрушающего контроля;

организации подготовки и проведения контроля различными методами в лабораториях неразрушающего контроля.

До настоящего времени отсутствовала единая организационная структура управления неразрушающим контролем в различных отраслях промышленности. Существуют организации разных форм собственности, занимающиеся подготовкой персонала, разработкой методических документов по неразрушающему контролю и другими вопросами неразрушающего контроля. Попытка комплексного решения последних была ++предпринята общественной организацией - Национальным аттестационным комитетом по неразрушающему контролю, который решил часть вопросов в области создания уровневой системы подготовки персонала для неразрушающего контроля. Проблемы, связанные с аттестацией средств неразрушающего контроля, методических документов по неразрушающему контролю, лабораторий неразрушающего контроля, существуют до сих пор. Решение их будет осуществляться в рамках Системы экспертизы промышленной безопасности (СЭПБ), созданной Госгортехнадзором России.

Участники СЭПБ: Госгортехнадзор России и его территориальные органы, Наблюдательный и Консультативный советы, отраслевые и функциональные комиссии, Координирующий орган (НТЦ «Промышленная безопасность») и его Территориальные уполномоченные органы, экспертные организации, Независимые органы по аттестации. СЭПБ постоянно расширяется, в настоящее время в нее вошла Система подготовки руководителей и специалистов организаций по промышленной безопасности и охране труда. Новым этапом развития СЭПБ явилось утверждение Госгортехнадзором России Концепции управления системой неразрушающего контроля и основных направлений ее развития, в соответствии с которой вопросы управления Системой НК решаются в рамках СЭПБ. Для этого в СЭПБ дополнительно создаются Управляющий совет и Совет экспертов по НК; Независимые органы по аттестации персонала НК, методических документов по НК, лабораторий и средств НК.

В соответствии с Концепцией основными направлениями развития Системы НК должны стать: разработка единых требований по каждому элементу данной системы, нормативов по аттестации в области НК (аттестация персонала, лабораторий, методических документов, средств по видам и методам НК), аккредитация, аттестация и проверка каждого из элементов Системы НК.