Information Value of the Results of Examining Metallic Products by the X-Ray Computer Tomography Method
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2023-1-155-165Keywords:
X-ray computed tomography, information value, spatial resolution, contrast, tomographic image noise, artifactAbstract
The information value of X-ray computer tomography (X-CT) lies in the quality and accuracy of its results. Despite indisputable advantages of X-CT in comparison with other non-destructive examination methods, it has not received widespread use in the industry in view of its high cost and low throughput capacity. In addition, in Russia there is no regulatory and technical framework that would stipulate a standard procedure for selecting the tomographic examination parameters, nor are there standard techniques for estimating the quality of X-CT results. In view of this circumstance, the article analyses the US standard ASTM E 1695 Standard Test Method for Measurement of Computed Tomography (CT) System Performance. This standard stipulates a procedure for quantitatively assessing the quality of tomograms of a cylindrical test specimen, namely, spatial resolution and contrast sensitivity. The standard describes methods and a mathematical tool for calculating the modulation transfer function (MTF), contrast discrimination function (CDF), and constructing a contrast-detail diagram (CDD), which takes into account the influence of both unsharpness and noise on the possibility of detecting a flaw of certain size and morphology. The MTF values obtained under specific scanning and reconstruction conditions are a quality indicator of the X-CT results for objects examined under the same scanning conditions and made of materials similar in terms of attenuation coefficient, and can be used to assess the sensitivity of examination by the X-CT method. The article defines artifacts as any discrepancy between the object’s reconstructed volume and real attenuation factors. The reasons why artifacts appear are explained, their images on tomograms are shown, and recommendations for minimizing them are given. Factors affecting the information value of the X-ray tomographic examination results are pointed out.
References
1. Каблов Е.Н. Материалы нового поколения и цифровые технологии их переработки // Вестник РАН. 2020. Т. 90. № 4. С. 331—334.
2. Каблов Е.Н. ВИАМ: Материалы нового поколения для ПД-14 // Крылья Родины. 2019. № 7—8. С. 54—58.
3. Каблов Е.Н. Роль фундаментальных исследований при создании материалов нового поколения // Сб. тезисов ХХI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. СПб., 2019. Т. 4. С. 24.
4. Чертищев В.Ю., Оспенникова О.Г., Бойчук А.С., Диков И.А., Генералов А.С. Определение размера и глубины залегания дефектов в многослойных сотовых конструкциях из ПКМ по величине механического импеданса // Авиационные материалы и технологии. 2020. № 3. С. 72—94.
5. Чертищев В.Ю. Оценка вероятности обнаружения дефектов акустическими методами в зависимости от их размера в конструкциях из ПКМ для выходных данных контроля в виде бинарных величин // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 3. С. 65—79.
6. Косарина Е.И., Крупнина О.А., Демидов А.А., Михайлова Н.А. Цифровое оптическое изображение и его зависимость от радиационного изображения при неразрушающем контроле методом цифровой рентгенографии // Авиационные материалы и технологии. 2019. № 1. С. 37—42.
7. Villarraga-Gómez H. Studies of Dimensional Metrology with X-ray CAT Scan. University of North Carolina at Charlotte, 2018.
8. Петровская В.В. и др. Возможности компьютерной томографии в определении структуры эндодонтического материала и качества лечения зубов (в эксперименте) // Сб. докл. V Всерос. науч.-практич. конф. производителей рентгеновской техники. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2018. С. 44—47.
9. Демидов А.А., Крупнина О.А., Михайлова Н.А., Косарина Е.И. Исследование образцов из полимерных композиционных материалов методом рентгеновской компьютерной томографии и обработка томограмм с изображением объемной доли пористости // Труды ВИАМ. 2021. № 5. С. 105—113.
10. РД ЭО 1.1.2.25.0487—2015. Разработка технического задания, проведение испытаний и условия применения средств и методик неразрушающего контроля на атомных станциях.
11. Buzug T.M. Computed Tomography: from Photon Statistics to Modern Cone-Beam CT. N.-Y.: Springer Sci. & Business Media, 2008.
12. ASTM E1441. Standard Guide for Computed Tomography (CT).
13. ASTM Е 1695. Standard Test Method for Measurement of Computed Tomography (CT) System Performance.
14. Ингачева А.С., Шешкус А.В, Чернов Т.С., Лимонова Е.Е., Арлазаров В.В. Рентгеновский компьютерный томограф — новый инструмент в распознавании // Труды ИСА РАН. 2018. Спецвыпуск. С. 90—99.
15. Krumm M., Kasperl K., Franz M. ‘Reducing Non-linear Artifacts of Multi-material Objects in Industrial 3D Computed Tomography // NDT & E International. 2008. V. 41. No. 4. Pp. 242—251.
16. Van de Casteele E., Van Dyck D., Sijbers J., Raman E. A Model-Based Correction Method for Beam Hardening Artefacts in X-ray Microtomography // J. X-ray Sci. Technol. 2003. No. 2(1). Pp. 53—58.
17. Грузман И.С., Киричук В.С., Косых В.П., Перетягин Г.И., Спектор А.А. Цифровая обработка изображений в информационных системах. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002.
18. Петровская В.В. и др. Возможности компьютерной томографии в определении структуры эндодонтического материала и качества лечения зубов (в эксперименте) // Сб. докл. V Всерос. науч.-практич. конф. производителей рентгеновской техники. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2018. С. 44—47.
19. Трофимов О.Е., Лихачев А.В. Сравнение некоторых алгоритмов томографической реконструкции в конусе лучей // Сибирский журнал индустриальной математики. 2008. Т. 11. № 3. С. 126—134.
20. Villarraga-Gómez H., Lee C., Smith S.T. Dimensional Metrology with X-ray CT: a Comparison with CMM Measurements on Internal Features and Compliant Structures // Precision Eng. 2018. V. 51. Pp. 291—307.
---
Для цитирования: Крупнина О.А., Косарина Е.И., Михайлова Н.А., Демидов А.А. Информативность результатов контроля изделий из металлических материалов методом рентгеновской компьютерной томографии // Вестник МЭИ. 2023. № 1. С. 155—165. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-1-155-165.
#
1. Kablov E.N. Materialy Novogo Pokoleniya i Tsifrovye Tekhnologii ikh Pererabotki. Vestnik RAN. 2020;90;4:331—334. (in Russian).
2. Kablov E.N. VIAM: Materialy Novogo Pokoleniya dlya PD-14. Kryl'ya Rodiny. 2019;7—8:54—58. (in Russian).
3. Kablov E.N. Rol' Fundamental'nykh Issledovaniy pri Sozdanii Materialov Novogo Pokoleniya. Sb. Tezisov ХХI Mendeleevskogo S'ezda po Obshchey i Prikladnoy Khimii. SPb., 2019;4:24. (in Russian).
4. Chertishchev V.Yu., Ospennikova O.G., Boychuk A.S., Dikov I.A., Generalov A.S. Opredelenie Razmera i Glubiny Zaleganiya Defektov v Mnogosloynykh Sotovykh Konstruktsiyakh iz PKM po Velichine Mekhanicheskogo Impedansa. Aviatsionnye Materialy i Tekhnologii. 2020;3:72—94. (in Russian).
5. Chertishchev V.Yu. Otsenka Veroyatnosti Obnaruzheniya Defektov Akusticheskimi Metodami v Zavisimosti ot Ikh Razmera v Konstruktsiyakh iz PKM dlya Vykhodnykh Dannykh Kontrolya v Vide Binarnykh Velichin. Aviatsionnye Materialy i Tekhnologii. 2018;3:65—79. (in Russian).
6. Kosarina E.I., Krupnina O.A., Demidov A.A., Mikhaylova N.A. Tsifrovoe Opticheskoe Izobrazhenie i Ego Zavisimost' ot Radiatsionnogo Izobrazheniya pri Nerazrushayushchem Kontrole Metodom Tsifrovoy Rentgenografii. Aviatsionnye Materialy i Tekhnologii. 2019;1:37—42. (in Russian).
7. Villarraga-Gómez H. Studies of Dimensional Metrology with X-ray CAT Scan. University of North Carolina at Charlotte, 2018.
8. Petrovskaya V.V. i dr. Vozmozhnosti Komp'yuternoy Tomografii v Opredelenii Struktury Endodonticheskogo Materiala i Kachestva Lecheniya Zubov (v Eksperimente). Sb. Dokl. V Vseros. Nauch.-praktich. Konf. Proizvoditeley Rentgenovskoy Tekhniki. SPb.: Izd-vo SPbGETU «LETI», 2018:44—47. (in Russian).
9. Demidov A.A., Krupnina O.A., Mikhaylova N.A., Kosarina E.I. Issledovanie Obraztsov iz Polimernykh Kompozitsionnykh Materialov Metodom Rentgenovskoy Komp'yuternoy Tomografii i Obrabotka Tomogramm s Izobrazheniem Ob'emnoy Doli Poristosti. Trudy VIAM. 2021;5:105—113. (in Russian).
10. RD EO 1.1.2.25.0487—2015. Razrabotka Tekhnicheskogo Zadaniya, Provedenie Ispytaniy i Usloviya Primeneniya Sredstv i Metodik Nerazrushayushchego Kontrolya na Atomnykh Stantsiyakh. (in Russian).
11. Buzug T.M. Computed Tomography: from Photon Statistics to Modern Cone-Beam CT. N.-Y.: Springer Sci. & Business Media, 2008.
12. ASTM E1441. Standard Guide for Computed Tomography (CT).
13. ASTM E 1695. Standard Test Method for Measurement of Computed Tomography (CT) System Performance.
14. Ingacheva A.S., Sheshkus A.V, Chernov T.S., Limonova E.E., Arlazarov V.V. Rentgenovskiy Komp'yuternyy Tomograf — Novyy Instrument v Raspoznavanii. Trudy ISA RAN. 2018. Spetsvypusk:90—99. (in Russian).
15. Krumm M., Kasperl K., Franz M. ‘Reducing Non-linear Artifacts of Multi-material Objects in Industrial 3D Computed Tomography. NDT & E International. 2008;41;4:242—251.
16. Van de Casteele E., Van Dyck D., Sijbers J., Raman E. A Model-Based Correction Method for Beam Hardening Artefacts in X-ray Microtomography. J. X-ray Sci. Technol. 2003;2(1):53—58.
17. Gruzman I.S., Kirichuk V.S., Kosykh V.P., Peretyagin G.I., Spektor A.A. TSifrovaya Obrabotka Izobrazheniy v Informatsionnykh Sistemakh. Novosibirsk: Izd-vo NGTU, 2002. (in Russian).
18. Petrovskaya V.V. i dr. Vozmozhnosti Komp'yuternoy Tomografii v Opredelenii Struktury Endodonticheskogo Materiala i Kachestva Lecheniya Zubov (v Eksperimente). Sb. Dokl. V Vseros. Nauch.-praktich. Konf. Proizvoditeley Rentgenovskoy Tekhniki. SPb.: Izd-vo SPbGETU «LETI», 2018:44—47. (in Russian).
19. Trofimov O.E., Likhachev A.V. Sravnenie Nekotorykh Algoritmov Tomograficheskoy Rekonstruktsii v Konuse Luchey. Sibirskiy Zhurnal Industrial'noy Matematiki. 2008;11;3:126—134. (in Russian).
20. Villarraga-Gómez H., Lee C., Smith S.T. Dimensional Metrology with X-ray CT: a Comparison with CMM Measurements on Internal Features and Compliant Structures. Precision Eng. 2018;51:291—307.
---
For citation: Krupnina O.A., Kosarina E.I., Mikhailova N.A., Demidov A.A. Information Value of the Results of Examining Metallic Products by the X-Ray Computer. Bulletin of MPEI. 2023;1:155—165. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-1-155-165.
2. Каблов Е.Н. ВИАМ: Материалы нового поколения для ПД-14 // Крылья Родины. 2019. № 7—8. С. 54—58.
3. Каблов Е.Н. Роль фундаментальных исследований при создании материалов нового поколения // Сб. тезисов ХХI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. СПб., 2019. Т. 4. С. 24.
4. Чертищев В.Ю., Оспенникова О.Г., Бойчук А.С., Диков И.А., Генералов А.С. Определение размера и глубины залегания дефектов в многослойных сотовых конструкциях из ПКМ по величине механического импеданса // Авиационные материалы и технологии. 2020. № 3. С. 72—94.
5. Чертищев В.Ю. Оценка вероятности обнаружения дефектов акустическими методами в зависимости от их размера в конструкциях из ПКМ для выходных данных контроля в виде бинарных величин // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 3. С. 65—79.
6. Косарина Е.И., Крупнина О.А., Демидов А.А., Михайлова Н.А. Цифровое оптическое изображение и его зависимость от радиационного изображения при неразрушающем контроле методом цифровой рентгенографии // Авиационные материалы и технологии. 2019. № 1. С. 37—42.
7. Villarraga-Gómez H. Studies of Dimensional Metrology with X-ray CAT Scan. University of North Carolina at Charlotte, 2018.
8. Петровская В.В. и др. Возможности компьютерной томографии в определении структуры эндодонтического материала и качества лечения зубов (в эксперименте) // Сб. докл. V Всерос. науч.-практич. конф. производителей рентгеновской техники. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2018. С. 44—47.
9. Демидов А.А., Крупнина О.А., Михайлова Н.А., Косарина Е.И. Исследование образцов из полимерных композиционных материалов методом рентгеновской компьютерной томографии и обработка томограмм с изображением объемной доли пористости // Труды ВИАМ. 2021. № 5. С. 105—113.
10. РД ЭО 1.1.2.25.0487—2015. Разработка технического задания, проведение испытаний и условия применения средств и методик неразрушающего контроля на атомных станциях.
11. Buzug T.M. Computed Tomography: from Photon Statistics to Modern Cone-Beam CT. N.-Y.: Springer Sci. & Business Media, 2008.
12. ASTM E1441. Standard Guide for Computed Tomography (CT).
13. ASTM Е 1695. Standard Test Method for Measurement of Computed Tomography (CT) System Performance.
14. Ингачева А.С., Шешкус А.В, Чернов Т.С., Лимонова Е.Е., Арлазаров В.В. Рентгеновский компьютерный томограф — новый инструмент в распознавании // Труды ИСА РАН. 2018. Спецвыпуск. С. 90—99.
15. Krumm M., Kasperl K., Franz M. ‘Reducing Non-linear Artifacts of Multi-material Objects in Industrial 3D Computed Tomography // NDT & E International. 2008. V. 41. No. 4. Pp. 242—251.
16. Van de Casteele E., Van Dyck D., Sijbers J., Raman E. A Model-Based Correction Method for Beam Hardening Artefacts in X-ray Microtomography // J. X-ray Sci. Technol. 2003. No. 2(1). Pp. 53—58.
17. Грузман И.С., Киричук В.С., Косых В.П., Перетягин Г.И., Спектор А.А. Цифровая обработка изображений в информационных системах. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002.
18. Петровская В.В. и др. Возможности компьютерной томографии в определении структуры эндодонтического материала и качества лечения зубов (в эксперименте) // Сб. докл. V Всерос. науч.-практич. конф. производителей рентгеновской техники. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2018. С. 44—47.
19. Трофимов О.Е., Лихачев А.В. Сравнение некоторых алгоритмов томографической реконструкции в конусе лучей // Сибирский журнал индустриальной математики. 2008. Т. 11. № 3. С. 126—134.
20. Villarraga-Gómez H., Lee C., Smith S.T. Dimensional Metrology with X-ray CT: a Comparison with CMM Measurements on Internal Features and Compliant Structures // Precision Eng. 2018. V. 51. Pp. 291—307.
---
Для цитирования: Крупнина О.А., Косарина Е.И., Михайлова Н.А., Демидов А.А. Информативность результатов контроля изделий из металлических материалов методом рентгеновской компьютерной томографии // Вестник МЭИ. 2023. № 1. С. 155—165. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-1-155-165.
#
1. Kablov E.N. Materialy Novogo Pokoleniya i Tsifrovye Tekhnologii ikh Pererabotki. Vestnik RAN. 2020;90;4:331—334. (in Russian).
2. Kablov E.N. VIAM: Materialy Novogo Pokoleniya dlya PD-14. Kryl'ya Rodiny. 2019;7—8:54—58. (in Russian).
3. Kablov E.N. Rol' Fundamental'nykh Issledovaniy pri Sozdanii Materialov Novogo Pokoleniya. Sb. Tezisov ХХI Mendeleevskogo S'ezda po Obshchey i Prikladnoy Khimii. SPb., 2019;4:24. (in Russian).
4. Chertishchev V.Yu., Ospennikova O.G., Boychuk A.S., Dikov I.A., Generalov A.S. Opredelenie Razmera i Glubiny Zaleganiya Defektov v Mnogosloynykh Sotovykh Konstruktsiyakh iz PKM po Velichine Mekhanicheskogo Impedansa. Aviatsionnye Materialy i Tekhnologii. 2020;3:72—94. (in Russian).
5. Chertishchev V.Yu. Otsenka Veroyatnosti Obnaruzheniya Defektov Akusticheskimi Metodami v Zavisimosti ot Ikh Razmera v Konstruktsiyakh iz PKM dlya Vykhodnykh Dannykh Kontrolya v Vide Binarnykh Velichin. Aviatsionnye Materialy i Tekhnologii. 2018;3:65—79. (in Russian).
6. Kosarina E.I., Krupnina O.A., Demidov A.A., Mikhaylova N.A. Tsifrovoe Opticheskoe Izobrazhenie i Ego Zavisimost' ot Radiatsionnogo Izobrazheniya pri Nerazrushayushchem Kontrole Metodom Tsifrovoy Rentgenografii. Aviatsionnye Materialy i Tekhnologii. 2019;1:37—42. (in Russian).
7. Villarraga-Gómez H. Studies of Dimensional Metrology with X-ray CAT Scan. University of North Carolina at Charlotte, 2018.
8. Petrovskaya V.V. i dr. Vozmozhnosti Komp'yuternoy Tomografii v Opredelenii Struktury Endodonticheskogo Materiala i Kachestva Lecheniya Zubov (v Eksperimente). Sb. Dokl. V Vseros. Nauch.-praktich. Konf. Proizvoditeley Rentgenovskoy Tekhniki. SPb.: Izd-vo SPbGETU «LETI», 2018:44—47. (in Russian).
9. Demidov A.A., Krupnina O.A., Mikhaylova N.A., Kosarina E.I. Issledovanie Obraztsov iz Polimernykh Kompozitsionnykh Materialov Metodom Rentgenovskoy Komp'yuternoy Tomografii i Obrabotka Tomogramm s Izobrazheniem Ob'emnoy Doli Poristosti. Trudy VIAM. 2021;5:105—113. (in Russian).
10. RD EO 1.1.2.25.0487—2015. Razrabotka Tekhnicheskogo Zadaniya, Provedenie Ispytaniy i Usloviya Primeneniya Sredstv i Metodik Nerazrushayushchego Kontrolya na Atomnykh Stantsiyakh. (in Russian).
11. Buzug T.M. Computed Tomography: from Photon Statistics to Modern Cone-Beam CT. N.-Y.: Springer Sci. & Business Media, 2008.
12. ASTM E1441. Standard Guide for Computed Tomography (CT).
13. ASTM E 1695. Standard Test Method for Measurement of Computed Tomography (CT) System Performance.
14. Ingacheva A.S., Sheshkus A.V, Chernov T.S., Limonova E.E., Arlazarov V.V. Rentgenovskiy Komp'yuternyy Tomograf — Novyy Instrument v Raspoznavanii. Trudy ISA RAN. 2018. Spetsvypusk:90—99. (in Russian).
15. Krumm M., Kasperl K., Franz M. ‘Reducing Non-linear Artifacts of Multi-material Objects in Industrial 3D Computed Tomography. NDT & E International. 2008;41;4:242—251.
16. Van de Casteele E., Van Dyck D., Sijbers J., Raman E. A Model-Based Correction Method for Beam Hardening Artefacts in X-ray Microtomography. J. X-ray Sci. Technol. 2003;2(1):53—58.
17. Gruzman I.S., Kirichuk V.S., Kosykh V.P., Peretyagin G.I., Spektor A.A. TSifrovaya Obrabotka Izobrazheniy v Informatsionnykh Sistemakh. Novosibirsk: Izd-vo NGTU, 2002. (in Russian).
18. Petrovskaya V.V. i dr. Vozmozhnosti Komp'yuternoy Tomografii v Opredelenii Struktury Endodonticheskogo Materiala i Kachestva Lecheniya Zubov (v Eksperimente). Sb. Dokl. V Vseros. Nauch.-praktich. Konf. Proizvoditeley Rentgenovskoy Tekhniki. SPb.: Izd-vo SPbGETU «LETI», 2018:44—47. (in Russian).
19. Trofimov O.E., Likhachev A.V. Sravnenie Nekotorykh Algoritmov Tomograficheskoy Rekonstruktsii v Konuse Luchey. Sibirskiy Zhurnal Industrial'noy Matematiki. 2008;11;3:126—134. (in Russian).
20. Villarraga-Gómez H., Lee C., Smith S.T. Dimensional Metrology with X-ray CT: a Comparison with CMM Measurements on Internal Features and Compliant Structures. Precision Eng. 2018;51:291—307.
---
For citation: Krupnina O.A., Kosarina E.I., Mikhailova N.A., Demidov A.A. Information Value of the Results of Examining Metallic Products by the X-Ray Computer. Bulletin of MPEI. 2023;1:155—165. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-1-155-165.
Downloads
Published
2022-10-24
Issue
Section
Methods and Devices for Monitoring and Diagnostics of Materials, Products, Substances and the Natural Environment (2.2.8)
