Inspekcja rentgenowska
Od motoryzacji i lotnictwa, przez przemysł półprzewodników, aż po przetwórstwo żywności – inspekcja rentgenowska jest wykorzystywana w systemach kontroli jakości w wielu branżach. Jej główną zaletą jest zapewnienie nieniszczącego wglądu w wewnętrzne struktury obiektów inspekcji, co pozwala na wykrycie ich wad i zanieczyszczeń bez ich uszkadzania. W dobie rosnących wymagań dotyczących precyzji, wydajności oraz integralności produktów, rynek systemów RTG ewoluuje niezwykle dynamicznie, a kierunek rozwoju wyznacza kilka kluczowych trendów.
Jednym z najważniejszych jest stały wzrost rozdzielczości obrazowania i prędkości przetwarzania danych. Nowoczesne systemy są wyposażane w detektory o coraz większej czułości, które potrafią wykryć mikroskopijne pęknięcia, zanieczyszczenia i błędy montażowe, niewidoczne dla ludzkiego oka. To szczególnie istotne w branżach, gdzie nawet drobna wada może prowadzić do kosztownych reklamacji albo zagrożeń bezpieczeństwa, np. w produkcji samolotów, aut i elektroniki użytkowej. Dzięki szybszemu przetwarzaniu obrazu możliwa jest natomiast inspekcja w czasie rzeczywistym, bez spowalniania pracy linii produkcyjnej.
Kamery zdarzeniowe
Urządzenia te stanowią przełom w dziedzinie widzenia maszynowego. Kamery zdarzeniowe (Event-based Vision Sensors, EVS) zalicza się do grupy rozwiązań neuromorficznych, czyli inspirowanych strukturą i funkcjonowaniem ludzkiego mózgu oraz układu nerwowego. Podobnie jak głębokie sieci neuronowe naśladują neurony, tak sensory zdarzeniowe są wzorowane na siatkówce oka reagującej asynchronicznie na zmiany natężenia światła w polu widzenia i ignorującej obszary statyczne. Każdy piksel czujnika EVS działa niezależnie od pozostałych i w sposób asynchroniczny, generując zdarzenie wyłącznie wówczas, kiedy logarytmiczna zmiana jasności, czyli względna, procentowa różnica w natężeniu światła przekroczy określony próg. Każde takie zdarzenie zawiera informację o czasie wyzwolenia, współrzędnych piksela i kierunku zmiany jasności (czy natężenie wzrosło, czy zmalało). Podobnie jak neurony w siatkówce przekazują informacje do mózgu, tak zdarzenia pikseli EVS są przetwarzane przez system widzenia maszynowego. W przeciwieństwie do tradycyjnych kamer klatkowych, które rejestrują całe obrazy w regularnych odstępach czasu, EVS tworzą strumień zdarzeń o bardzo dużej rozdzielczości czasowej. Dzięki tej różnicy w działaniu kamery zdarzeniowe mają wiele zalet.
Przede wszystkim wymagają mniejszej przepustowości, tak jak strumień skompresowanego wideo, w którym przesyłane są wyłącznie różnice między kolejnymi klatkami. Ponieważ rejestrują jedynie zmiany jasności w czasie, mają znacznie większy zakres dynamiczny niż tradycyjne kamery, co pozwala unikać prześwietlenia w scenach bardzo jasnych, wykrywać szczegóły w bardzo ciemnych oraz skutecznie działać w szerokim zakresie oświetlenia. Dzięki rozdzielczości czasowej, sięgającej mikrosekund, kamery zdarzeniowe mogą niemal natychmiast rejestrować zmiany jasności każdego piksela, co pozwala odwzorować bardzo szybkie ruchy bez rozmycia obrazu.
AI w RTG
Drugi ważny kierunek rozwoju to integrowanie systemów inspekcji RTG ze sztuczną inteligencją. Algorytmy AI potrafią analizować obrazy na bieżąco, automatycznie klasyfikując wykryte defekty i wskazując te, które wymagają interwencji. Co więcej, dzięki mechanizmom uczenia maszynowego systemy te stają się coraz skuteczniejsze wraz z każdą kolejną inspekcją, minimalizując ryzyko błędów ludzkich oraz skracając czas reakcji. Automatyzacja decyzji pozwala ograniczyć udział operatora do przypadków krytycznych, zwiększając wydajność i powtarzalność całego procesu.
Kolejny trend to popularyzacja trójwymiarowego obrazowania RTG i tomografii komputerowej. Umożliwiają one tworzenie pełnych rekonstrukcji 3D badanych obiektów i precyzyjną analizę ich wewnętrznej geometrii. Jest to szczególnie użyteczne w kontroli złożonych komponentów, takich jak części wytwarzane metodami przyrostowymi (druk 3D), urządzenia medyczne i skomplikowane podzespoły elektroniczne. Dzięki obrazowaniu 3D możliwe staje się wykrycie wad ukrytych głęboko wewnątrz elementu, które w inspekcji 2D pozostają niezauważone.
Silny wzrost notuje też segment przenośnych i ręcznych systemów RTG, które zyskują popularność wszędzie tam, gdzie inspekcja musi być wykonywana w miejscu pracy urządzenia lub w terenie. Kompaktowe i lekkie urządzenia pozwalają prowadzić badania w trudno dostępnych lokalizacjach, np. na placach budowy i podczas serwisowania maszyn. Mobilność tych systemów skraca przestoje i pozwala na szybkie podejmowanie decyzji, co przekłada się na niższe koszty i większą elastyczność operacyjną.
Obrazowanie SWIR
Stosunkowo nowa technika obrazowania SWIR (Short-Wave Infrared) opiera się na rejestracji światła w zakresie podczerwieni, o długości fali w przedziale od 700 do 2500 nm. Dla porównania, tradycyjne kamery światła widzialnego działają w zakresie 380–780 nm. Oznacza to, że rejestrują tylko to, co widzi człowiek. Kamery SWIR mogą natomiast ujawniać szczegóły niewidoczne gołym okiem.
Przykładowo krzem odbija promieniowanie w zakresie widzialnym, ale dla fal o długości powyżej 1100 nm staje się coraz bardziej przezroczysty. Podobne właściwości mają: przyciemniane szkło, niektóre tworzywa sztuczne i dym, które w krótkofalowej podczerwieni są niewidoczne. Z kolei niektóre materiały pochłaniają więcej promieniowania w zakresie SWIR niż w świetle widzialnym. Pozwala to uzyskać większy kontrast niż przy krótszych długościach fal. Dzięki temu możliwe staje się rozróżnianie materiałów, które w świetle widzialnym wyglądają podobnie, np. soli i cukru, wody i izopropanolu, różnych typów plastiku.
Kolejnym zastosowaniem obrazowania w krótkofalowej podczerwieni jest detekcja różnic temperatur. Obiekty o temperaturze powyżej +140ºC emitują coraz więcej promieniowania podczerwonego, które mogą rejestrować kamery SWIR. Im wyższa temperatura, tym jaśniejszy dany przedmiot na obrazie. Umożliwia to bezkontaktowy pomiar temperatury, gdy tradycyjne metody pozostają niepraktyczne lub niebezpieczne.
Do akwizycji obrazu w zakresie SWIR wymagane są szczególne komponenty, np. czujniki. Ponieważ górna granica detekcji sensorów krzemowych wynosi ok. 1000 nm, zastępuje się je czujnikami z arsenku galowo-indowego (InGaAs). Dostępne są także kamery działające zarówno w świetle widzialnym, jak i w zakresie SWIR, wyposażone w oba typy sensorów. Wymagane są też specjalne obiektywy, filtry, które blokują światło widzialne, by zwiększyć kontrast oraz oświetlenie.
Obrazowanie SWIR jest szeroko wykorzystywane w kontroli jakości. Przykładowo w przetwórstwie żywności pozwala wykryć niedojrzałe owoce – będą widoczne jako ciemniejsze, w porównaniu z tymi dojrzałymi, o większej zawartości wilgoci. W recyklingu umożliwia rozpoznanie różnych materiałów, takich jak papier, plastik i metal, które trzeba posegregować. Kamery SWIR identyfikują również takie wady, jak puste wtrącenia, pęknięcia i zanieczyszczenia w krzemowych podłożach do produkcji układów scalonych oraz defekty niewykrywalne w świetle widzialnym podczas inspekcji paneli fotowoltaicznych. Sprawdzają się one również w detekcji poziomów napełnienia opakowań, typu butelki i blistry wykonane z materiałów nieprzezroczystych. Z kolei w kontroli jakości produktów rolnych obrazowanie w krótkofalowej podczerwieni umożliwia wykrycie obitych owoców, pozwala oszacować zawartość cukru czy też odróżnić produkt od zanieczyszczeń – np. ziemniaki od kamieni.
Dwuzakresowość
Warto też zwrócić uwagę na rosnącą popularność systemów dwuzakresowych, które, wykorzystując dwa poziomy energii promieniowania rentgenowskiego, pozwalają na rozróżnianie materiałów o zbliżonej gęstości. Dzięki temu możliwe jest dokładniejsze wykrywanie i identyfikowanie różnego rodzaju zanieczyszczeń, co znacząco rozszerza możliwości zastosowania inspekcji RTG w kontroli jakości produktów spożywczych – sprawdzanych pod kątem obecności ciał obcych, takich jak metal, szkło, kości czy kamienie.
Jednym z kluczowych trendów jest także dostosowywanie systemów RTG do potrzeb konkretnych sektorów. Producenci oferują rozwiązania dopasowane, takie jak systemy inspekcji rentgenowskiej dla elektroniki, wyposażone w specjalistyczne oprogramowanie do sprawdzania połączeń lutowanych, czy systemy dla farmacji, zaprojektowane z myślą o kontroli tabletek, kapsułek, blistrów. Dzięki temu inspekcja RTG staje się dokładniejsza i efektywniejsza, a zarazem łatwiejsza do zintegrowania z procesami produkcyjnymi i systemami zarządzania jakością.
