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Iterative reconstruction for ultrasound tomography in non-destructive testing

 
: Gawand, Atul
: Römer, Florian; Krieg, Fabian; Galdo, Giovanni del

:
Volltext urn:nbn:de:0011-n-6219908 (2.1 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: cda1d04ffe52e8df60f8ba0a3ae1cb72
Erstellt am: 3.2.2021


Ilmenau, 2021, V, 71 S.
Ilmenau, TU, Master Thesis, 2021
Englisch
Master Thesis, Elektronische Publikation
Fraunhofer IZFP ()
ultrasound; tomography; non-destructive testing

Abstract
This work aims to perform Non-Destructive Evaluation (NDE) of arbitrary specimens with complex geometry. Ultrasound inspection of the complex shaped specimen is a challenging task. Though it is possible to do manual inspection with flexible arrays, they are associated with unavoidable errors like the air gaps between the array elements and the specimen boundary in the case of complicated geometries. Ultrasound Tomography (UT) is an alternative approach, which is widely applied in the medical field to identify defects in soft tissues. Nevertheless, this technique is challenging to realize for NDE because of the comparably higher Speed of sound (SoS) contrast. Therefore, this research investigates the feasibility of such a setup in NDE that would allow inspection of a complex-shaped specimen without prior knowledge of its shape and position in a fixed setup and automated manner. The specimen is placed in a circular transducer setup, and the reconstruction is performed in two steps of Total Focusing Method (TFM). The 1st and the 2nd step TFM reconstructions are performed to produce extracted surface and interior imaging of the specimen respectively. However, to obtain the interior imaging of the specimen, it is necessary to identify the boundary of the specimen from the extracted surface. Therefore, an autofocusing algorithm is implemented to obtain the geometry and position of the specimen. This setup is tested with distinct materials and measurement settings. It is observed that the SoS contrast between the material and the couplant plays an important role in the reconstruction. It is also shown that the small error in the edge estimation leads to notable inaccuracy in interior imaging. Therefore, a solution to obtain high-quality images in such circumstances is discussed in this work. The suggested approach sets the first tests and provides the foundation for further development to utilize the UT in NDE.

 

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) mit Ultraschall von Prüfobjekten mit komplexer Geometrie. Die Untersuchung derartiger Prüfobjekte ist eine Herausforderung. Eine mögliche Herangehensweise für die Bildgebung ist die Handprüfung mit flexiblen Ultraschallarrays, die jedoch häufig zu Fehlern durch bspw. Lufteinschlüsse führen. Eine Alternative ist die Nutzung von Ultraschalltomographie (UT), welche in der medizinischen Bildgebung für die Abbildung weicher Gewebe genutzt wird. Die Anwendung dieser Technologie für ZfP ist jedoch aufgrund der deutlich größeren Schallgeschwindigkeitsvariation nicht ohne Weiteres möglich. In Folge dessen beschäftigt sich diese Arbeit mit der Untersuchung der Umsetzbarkeit einer solchen Messmethode für ZfP, welche es erlauben würde, komplexe Prüfkörper ohne Vorwissen automatisiert zu prüfen. Hierfür soll das Prüfobjekt in einer kreisförmigen Aperatur platziert werden. Die Rekonstruktion wird in zwei Schritten mit der Total Focusing Method (TFM) durchgeführt. Im ersten Schritt wird die Außenkontur des Prüfkörpers ermittelt, im zweiten wird eine Abbildung des Innenlebens erreicht. Für den zweiten Schritt ist eine Schätzung der Kontur und Lage des Prüfkörpers notwendig, die über einen Autofocusing-Algorithmus erreicht wird. Diese Vorgehensweise wird für verschiedene Materialien und Einstellungen evaluiert. Es wird beobachtet, dass die Schallgeschwindigkeitsunterschiede zwischen Koppelmittel und Objekt eine entscheidende Rolle spielen. Weiterhin wird gezeigt, dass kleine Schätzfehler der Kontur zu großen Abbildungsfehlern führen. Eine Lösung für das Erreichen einer guten Abbildungsqualität wird diskutiert. Die Arbeit liefert erste Untersuchungen und Grundlagen für die weitere Entwicklung von UT für die ZfP.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-621990.html