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Radiografie di riferimento: dall’analogico al digitale

Il metodo innovativo ideato da Bytest

La computerizzazione dei metodi di prova non distruttivi ha comportato cambiamenti non sempre migliorativi, come nel caso delle radiografie di riferimento. Per questo i tecnici di Bytest si sono ingegnati nel sviluppare un nuovo metodo di confronto. Ce ne parla Adil Lamoumni, Responsabile terzo livello del reparto radiografico in Bytest.


Il controllo radiografico (RT), in ambito industriale, permette di analizzare un campione senza essere distrutto (per questo è definito metodo non distruttivo) mediante l’utilizzo di una sorgente a raggi X o raggi Y e grazie al potere che queste radiazioni elettromagnetiche hanno di impressionare una pellicola o un detector digitale.

Il meccanismo di formazione dell’immagine funziona esattamente come per le radiografie in medicina: è legato al differente assorbimento delle radiazioni, pertanto, se nell’oggetto esaminato esistono difetti quali cavità, fessure, discontinuità di materiale, sulla pellicola si formeranno macchie più scure o più chiare, con intensità proporzionale allo spessore del difetto. Nel controllo radiografico, così come accade per gli altri metodi NDT (non distruttivi), l’introduzione del computer ha portato ad innovazioni rivoluzionarie. Queste spesso migliorano le prestazioni dei risultati in termini di qualità delle immagini acquisite, per contro, creano la necessità di disporre di altri sistemi e strumenti di valutazione.

Infatti: “Per avere ottime immagini con informazioni percepibili dall'occhio umano, la radiografia digitale applica all'immagine grezza inalterabile (in Diconde), modifiche e filtri che non sempre danno risultati comparabili alle Radiografie di Riferimento tradizionali”, dichiara Adil Lamoumni, Responsabile terzo livello del reparto radiografico in Bytest.

radiografie 1A poco, a nostro avviso, è servito digitalizzare le Radiografie di Riferimento (es. ASTM E2422) poiché per avere ottime immagini con informazioni percepibili dall'occhio umano la radiografia digitale applica all'immagine grezza inalterabile (in Diconde) modifiche e filtri che non danno risultati comparabili alle Radiografie di Riferimento analogiche, in quanto provengono dagli stessi campioni piani di riferimento utilizzati per le Radiografie di Riferimento originali per impiego analogico (es. ASTM E155). In Fig. 1 vengono forniti alcuni esempi di alterazione digitale dell'immagine Diconde che, a nostro avviso, pur consentendo un'ottima interpretazione della tipologia di difettosità su aree e campi di spessore molto ampi, non possono essere facilmente graduate e valutate per comparazione dal cervello comunque analogico del digit-radiologo con Radiografie di Riferimento digitalizzate.

Ma con le pellicole e le Radiografie di Riferimento analogiche andava tutto bene? Crediamo proprio di no!

 

Le criticità del sistema analogico

Nell'aprile 2009 fu pubblicato su “The NDT Technician” edito dalla ASNT l'articolo "Radiografie di Riferimento e RT delle Fusioni" in cui gli autori analizzavano la consistenza statistica dei referti sulle fusioni tramite pellicole e Radiografie di Riferimento ASTM. 

Dalla traduzione di questo articolo comparsa sul Giornale PnD 3-2009 abbiamo tratto le seguenti interessanti considerazioni.

In ogni gruppo di interpretatori, la capacità nell'ottenere un completo accordo sulla severità delle discontinuità di una fusione non è quasi mai totale.  Una ricerca di laboratorio dimostrò che un gruppo di cinque interpretatori addestrati con un programma di apprendimento RT non specifico raggiungevano l'accordo di valutazione solo nel 68% dei casi.  Dopo il completamento di un programma di addestramento unificato basato sui risultati del primo gruppo di studi, un secondo gruppo di interpretatori certificati raggiunsero l'accordo nell'83% dei casi. È ragionevole assumere che la mancanza di consistenza possa essere in parte attribuita ad un fraintendimento su come debbano essere impiegate le Radiografie di Riferimento ASTM nella valutazione delle fusioni.”

Nella valutazione delle fusioni tramite radiografia le Radiografie di Riferimento sono strumenti piuttosto complicati e sono poi soggette ad interpretazione. Come la maggior parte degli strumenti complicati, esse richiedono istruzioni sulle modalità di impiego.  È nella natura umana, tuttavia, aprire una scatola con un nuovo strumento assumendo di saperlo usare senza leggere le istruzioni. Senza una chiara comprensione di come le radiografie di riferimento per le fusioni debbano essere impiegate, la tendenza naturale dell'interpretatore è quella di tenere conto della densità radiografica relativa di una discontinuità quando se ne deve valutare la severità. Più precisamente l'interpretatore tende ad osservare il contrasto tra l'indicazione e lo sfondo.

Il radiologo istintivamente sa che per le indicazioni più scure un più grande quantitativo di radiazione ha penetrato l'area rispetto alle aree più chiare dello stesso film. Tuttavia, il problema dell'uso della densità come criterio di accettazione è che comunemente le radiografie di riferimento non sono sullo stesso film. È anche piuttosto raro che i film da interpretare siano prodotti con gli stessi parametri delle radiografie di riferimento. La densità radiografica della discontinuità in comparazione con la densità dello sfondo è una variabile dipendente da fattori tecnici. Essa non è da impiegare come criterio di valutazione in confronto alle radiografie di riferimento poiché è influenzata dai seguenti fattori:

  • Curva sensitometrica del film
  • Livello di energia del fascio
  • Impiego di schermi al piombo
  • Spessore del pezzo
  • Trattamento del film
  • Orientamento della Discontinuità

L'inclusione della densità della discontinuità come base per l'accettazione di una fusione introduce difficoltà considerevoli.

Oltre ai fattori tecnici c'è il fattore umano. Giudicare la severità di una discontinuità sulla base del contrasto è un compito soggettivo. Ciò che un ispettore considera accettabile può non esserlo per un altro. Cosa significa troppo contrasto? Cosa significa troppo poco contrasto? L'impiego di un densitometro per misurare la differenza in densità non è solo poco pratico ma comporta un incremento di complessità nel prendere una decisione di accettabilità. La produzione rallenta mentre i costi ed i potenziali scarti aumentano.

Gli autori concludevano: "Martelli e cacciaviti non necessitano di istruzioni, ma gli strumenti complessi si.  Nel caso delle radiografie di riferimento, quando non c'è accordo sulla severità di una discontinuità di una fusione e la valutazione è stata basata sulla densità relativa, è giunta l'ora di leggere le istruzioni." 

Le criticità del sistema digitale

radiografie 2Ora, passando in digitale, siamo dell'avviso che la situazione peggiori ulteriormente poiché sulla pellicola, ammesso che l'esposizione sia corretta, l'immagine per un limitato intervallo di spessori è già nettamente visibile tramite la semplice regolazione della luminosità del visore, con il quale si compensano in buona parte le differenze di densità della pellicola rispetto alle Radiografie di Riferimento.

In digitale l'immagine "grezza" in Diconde ad ampia latitudine non è interpretabile dall'occhio umano che deve ricorrere alla modifica dei livelli di grigiodel contrasto tra essi ed ai molteplici filtri disponibili per evidenziare facilmente le discontinuità ma che non di rado hanno effetti diversi sulle Radiografie di Riferimento digitalizzate vanificando così l'oggettività della gradazione della discontinuità sulla fusione in prova.

 

 

radiografie 3Ovviamente la valutazione delle immagini dei difetti singoli sulle fusioni come sulle saldature (soffiature, inclusioni, ecc.) non presenta problemi, anzi viene facilitata la determinazione precisa di parametri quali dimensione, interspazio, area dei difetti, concentrazione e, per chi voglia ragionare anche su densità e contrasto, profilo dei grigi (Fig.2).

Rimane la difficoltà per il digit-radiologo e per il computer di valutare la discontinuità diffusa come porosità, ritiri, spugnosità delle fusioni a cui sulle pellicole, sia pure con i limiti denunciati nell’articolo di cui sopra, ci pensa il film-radiologo con le radiografie di riferimento ASTM (in Fig.3 quelle digitali su campioni identici a quelli per le pellicole).

 

 

Un metodo alternativo

Poiché tutte le immagini di un controllo radiografico digitale non sono nient’altro che una rappresentazione numerica che identifica la posizione X-Y dei pixel associata a un numero Z che ne rappresenta il livello di grigio, Bytest ha pensato di utilizzare un software, denominato Image J, come supporto al radiologo per ottenere una valutazione il più oggettiva possibile delle discontinuità diffuseImage J è un programma informatico di elaborazione digitale delle immagini, rilasciato nel pubblico dominio; sviluppato dal National Institutes of Health degli Stati Uniti, ”Image J” è stato progettato con una open architetture che prevede la possibilità di avere estensioni tramite piccoli sottoprogrammi "plugin Java" e molte macro registrabili.

Con ”Image J”, l’immagine della radiografia digitale viene trasformata in numeri che rappresentano i diversi livelli di grigio dell’immagine stessa, rispondenti anche alle indicazione di discontinuità che si verificano nelle fusioni. I risultati sono, poi, inseriti in un file Excel, attraverso il quale si tracciano i vari gradi di severità (ossia, la massima grandezza di difetto ammissibile secondo una determinata normativa o specifica di riferimento). Questa rilevazione, associata al confronto "semi-quantitativo" della discontinuità reale, è d'aiuto al radiologo per avere una valutazione il più oggettiva possibile, superando così le criticità intrinseche sia del sistema analogico che di quello digitale.

Ecco come siamo arrivati a questo metodo

radiografie 4Per prima cosa abbiamo fatto delle foto digitali a quattro plate (ossia rilevatori digitali) delle radiografie di riferimento ASTM E505, categoria A, spessore 1/8”, poi con l’aiuto del programma Image J abbiamo trasformato l’immagine in numeri che rappresentano i livelli di grigio dell’immagine stessa (Fig.4), inserendo i risultati in un file Excel per tracciare i diagrammi delle figure 5 e 6, uno per ogni livello di severità.

Per questa prima prova la scelta è caduta sulla ASTM E505 sia per la semplicità di avere solo 4 livelli di severità invece di 8 (es. ASTM E155) sia per il largo impiego che ne viene fatto nel Settore Automotive.

Dai diagrammi abbiamo apprezzato una differenza dei livelli di grigio tra i vari livelli di severità rappresentata dagli istogrammi usati, in questa prima sperimentazione, come aiuto alla valutazione "semi-quantitativa" delle discontinuità diffuse reali, in questo caso porosità.

Abbiamo usato un’immagine digitale di una pressofusione di spessore 3 e 5 mm in alluminio a cui si applica la ASTM E505, affetta da porosità diffusa e trattando l’immagine circa nello stesso modo delle Radiografie di Riferimento.

Per area di riferimento ci siamo orientati su un’area di riferimento frastagliata disponibile con Image J in modalità "live" in modo da intercettare un certo numero significativo di discontinuità sulle immagini interessate traslando l'area col mouse (su pezzo e ASTM E505).

radiografie 5Come si può osservare dalle figure 5 e 6, vi è una certa rispondenza di severità tra i 4 plate che permette una certa graduazione delle immagini di riferimento ed un confronto "semi-quantitativo" della discontinuità reale che può essere d'aiuto al radiologo per avere una valutazione il più oggettiva possibile, se lo spessore è non troppo variabile, non solo in digitale ma anche sulle normali pellicole.

È chiaro che i professionisti dell'image processing potrebbero scatenarsi alla ricerca di parametri di analisi più adatti e performanti per affinare il metodo e, magari, determinando un livello di discontinuità medio talvolta variabilissimo nella stessa radiografia di riferimento (ad esempio il plate più severo tra i 4 considerati).

Con questo articolo ci proponiamo solo di lanciare un'idea per risolvere seriamente i problemi di valutazione delle discontinuità diffuse focalizzando l’attenzione su un problema a nostro avviso sottovalutato dai produttori di sistemi radiografie 6digitali per la radiologia digitale per l’industria.

Vorremmo che parallelamente alla continua e costante notevole implementazione della qualità d’immagine digitale spesso confinata solo a dimostrare l'appartenenza ad una classe eccelsa secondo norma con double-wire, cotrastimetri e quant'altro, ci fosse uno sviluppo di strumenti di supporto dedicati che utilizzino la "terza dimensione" cioè non solo X-Y per determinare in piano dimensioni e interspazi come su una qualsiasi pellicola ma anche Z che su pellicola si chiamava densità (non agevolmente elaborabile per fini di misura) e che ora si chiama profilo dei grigi (super-elaborabile a livello di analisi e non solo per i double-wire).

E per quanto riguarda le radiografie di riferimento sarebbe tempo di cominciare a pensare che non sono digitali solo perché si vedono a video invece che sui plate tradizionali passati sul visore. Se con Image Jsiamo riusciti in qualche modo rudimentale a mettere in scala semi-numerica 4 plate, i potentissimi software sui sistemi digitali riusciranno a farlo anche con spugnosità e porosità con un occhio al mercato delle fusioni? Se già esistono sistemi digitali che riconoscono una persona dall'iride perché non potrebbe esserne perfezionato uno "sponge/porosity-friendly"?

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