DETETTORI A RAGGI-X PER ISPEZIONE INDUSTRIALE

Le caratteristiche dei rivelatori, come l'area del campo di ripresa, la risoluzione della matrice e l'efficienza nella cattura dei fotoni, hanno un impatto significativo sulla qualità dell'immagine.

Per esempio, la dimensione di un singolo elemento della matrice determina l'area identificabile con un singolo valore di intensità, mentre il numero di elementi influisce sulla quantità di dati raccolti e sulla risoluzione massima raggiungibile.

L'efficienza dei rivelatori a scintillazione varia in base all'energia dei raggi X, poiché i fotoni ad alta energia sono più penetranti rispetto a quelli a bassa energia. Questo fattore determina il livello di segnale atteso all'ingresso del rivelatore.

Attualmente, i rivelatori più comuni sono i "Flat Panel" (FP), che offrono immagini di elevata qualità. Tuttavia, le loro dimensioni potrebbero non essere adatte per la ripresa di oggetti di grandi dimensioni.

Quando la dimensione dell'oggetto lo richiede, vengono impiegati i rivelatori lineari (LDA). Utilizzando una singola linea di scintillatori e sfruttando un movimento relativo tra l'oggetto e il rivelatore, è possibile ricostruire l'immagine completa dell'oggetto.

Sebbene questo processo possa essere lungo e costoso, i sistemi LDA sono i più indicati per analizzare componenti di grandi dimensioni, offrendo una buona risoluzione locale e un'ottima qualità dell'immagine.

I moderni sistemi di controlli non distruttivi (TC) sono spesso dotati di un Flat-Panel Digital Detector Array (DDA) o di un Linear Detector Array (LDA).

Queste tecnologie consentono una maggiore precisione nell'acquisizione delle immagini e offrono una migliore esperienza visiva durante il processo di controllo.

I Detector a Pannello Piatto Digitale (DDA) sono dispositivi avanzati usati nella tomografia e nella radiografia per catturare immagini ad alta definizione degli oggetti analizzati.

Essi hanno rivoluzionato il campo dell'imaging medico e industriale grazie a diverse caratteristiche tecniche che migliorano notevolmente la qualità delle immagini rispetto ai metodi tradizionali.

Ecco alcune delle loro principali caratteristiche, spiegate in modo semplice:

• Sensibilità e Risoluzione: I DDA hanno una sensibilità elevata che permette di catturare immagini chiare anche con una minore dose di raggi X. La risoluzione dell'immagine è determinata dalla dimensione dei pixel; pixel più piccoli (es. 50 µm) forniscono immagini più dettagliate rispetto a quelli più grandi (es. 400 µm).

• Profondità di Bit: La profondità di bit si riferisce al numero di bit utilizzati per rappresentare ciascun pixel nell'immagine. Una maggiore profondità di bit (es. 12 bit vs 8 bit) consente di rappresentare una gamma più ampia di valori di intensità, migliorando così il contrasto dell'immagine. Per esempio, con una profondità di 8 bit, si possono avere $$28=256 livelli di grigio, mentre con 12 bit si salta a $$212=4096 livelli.

• Geometria dei Pixel: I pixel quadrati e la superficie piana del detector eliminano le distorsioni dell'immagine, offrendo una rappresentazione precisa dell'oggetto esaminato. Questo assicura che le misurazioni effettuate sulle immagini siano accurate e affidabili.

• Frequenza di Acquisizione: I DDA possono acquisire immagini a diverse frequenze, da circa 2 a 100 frame per secondo (fps). Questo permette di catturare sia immagini statiche di alta qualità sia sequenze di immagini dinamiche, utili per analizzare processi in movimento o per studi funzionali.

• Regolazione della Sensibilità: La possibilità di regolare la sensibilità del detector attraverso vari livelli di amplificazione permette di ottimizzare la qualità dell'immagine in base alle esigenze specifiche, come ridurre il rumore o aumentare il dettaglio in zone critiche dell'immagine.

Queste caratteristiche rendono i DDA estremamente versatili e preziosi in numerosi campi di applicazione, dalla diagnostica medica all'ispezione industriale, garantendo immagini di alta qualità che facilitano l'identificazione di dettagli fini e la diagnosi accurata.

Caratteristiche Chiave

• Risoluzione Spaziale: La risoluzione spaziale dei DDA è direttamente legata alla dimensione dei pixel. Si può calcolare come::

     

   Ad esempio, per un pixel di 100 µm (0,1 mm), la risoluzione spaziale sarà:

   

• Frequenza di Acquisizione: La capacità di acquisire immagini ad alta velocità (espressa in frame per secondo, fps) è critica per applicazioni dinamiche.

La massima frequenza di acquisizione (F) dipende dall'elettronica del detector e può essere approssimata come:

    dove $$Tacq​ è il tempo di acquisizione per frame.

• Profondità di Bit e Gamma Dinamica: La profondità di bit determina i possibili livelli di grigio in un'immagine.
  

Con una profondità di 16 bit, si ottengono: $$216=65.536 livelli di grigio.

Questa vasta gamma dinamica consente di catturare dettagli fini e di distinguere sottili differenze di intensità.

• Sensibilità e Amplificazione: La sensibilità di un DDA può essere incrementata amplificando il segnale.

Se $$A rappresenta l'amplificazione e $$S0​ la sensibilità base, la sensibilità effettiva $$S sarà:

L'amplificazione aiuta a catturare immagini dettagliate anche con bassi livelli di esposizione alla radiazione.

Conclusione

Grazie alla geometria dei pixel quadrati e alla superficie piatta, i DDA eliminano le distorsioni dell'immagine e garantiscono una riproduzione visiva di alta fedeltà.

La possibilità di variare le dimensioni dei pixel (da circa 50 µm a 400 µm) e la frequenza di acquisizione (da 2 fps a 100 fps), insieme alla regolazione della sensibilità attraverso diversi livelli di amplificazione, rende i DDA estremamente versatili e capaci di adattarsi a una vasta gamma di applicazioni diagnostiche, garantendo immagini di qualità superiore.

I detector LDA (Linear Detector Array) sono strumenti di imaging avanzati, specialmente utilizzati nella tomografia computazionale (TC) fan beam, per esaminare componenti di spessore significativo.

Questi dispositivi si caratterizzano per alcune specifiche tecniche e vantaggi che ne fanno una scelta ottimale per applicazioni che richiedono alta precisione e efficienza.

Vediamo di seguito alcune delle loro caratteristiche principali, semplificate e accompagnate da formule ove possibile.

• Dimensioni dei Pixel La dimensione dei pixel nei LDA varia significativamente, da circa 80 µm a 800 µm. La scelta della dimensione del pixel influisce sulla risoluzione dell'immagine:

Risoluzione Spaziale=Dimensione del Pixel​

Una dimensione minore del pixel porta a una maggiore risoluzione spaziale, permettendo di catturare dettagli più fini nell'immagine.

• Regolazione della Temperatura I detector LDA possono avere la loro temperatura regolata per garantire prestazioni stabili e un alto rendimento. Mantenere una temperatura ottimale aiuta a ridurre il rumore dell'immagine e migliora l'affidabilità del detector nel tempo.
• Configurazione Modulare Un vantaggio distintivo dei LDA è la loro configurazione modulare. Questo significa che i detector sono composti da moduli che possono essere facilmente sostituiti in caso di guasto o malfunzionamento:

Costi di Manutenzione=Numero di Moduli×Costo per Modulo

La possibilità di sostituire singoli moduli anziché l'intero sistema riduce significativamente i costi di manutenzione a lungo termine.

• Frequenza di Ripetizione dell'Immagine La frequenza con cui i LDA possono acquisire e ripetere l'immagine varia da 30 frame per secondo (fps) a 600 fps. Questa capacità è fondamentale per la visualizzazione fluida e dettagliata delle immagini durante il processo di scansione:

Fluidità Immagine∝Frequenza di Ripetizione

Una maggiore frequenza di ripetizione consente di ottenere una rappresentazione più chiara e meno interrotta del componente in esame, particolarmente utile in applicazioni che richiedono l'osservazione di processi dinamici o la rilevazione di difetti sottili.

Conclusione

In sintesi, i detector LDA offrono prestazioni elevate per la scansione TC di componenti con spessori notevoli, grazie alla loro risoluzione spaziale modulabile, alla stabilità termica, alla configurazione modulare che ne facilita la manutenzione e alla capacità di acquisizione rapida delle immagini.

Queste caratteristiche li rendono uno strumento prezioso nell'ambito dell'imaging industriale e della diagnostica avanzata.