ISO 15708-3:2017
(Main)Non-destructive testing — Radiation methods for computed tomography — Part 3: Operation and interpretation
Non-destructive testing — Radiation methods for computed tomography — Part 3: Operation and interpretation
ISO 15708-3:2017 presents an outline of the operation of a computed tomography (CT) system and the interpretation of results with the aim of providing the operator with technical information to enable the selection of suitable parameters. It is applicable to industrial imaging (i.e. non-medical applications) and gives a consistent set of CT performance parameter definitions, including how those performance parameters relate to CT system specifications. ISO 15708-3:2017 deals with computed axial tomography and excludes other types of tomography such as translational tomography and tomosynthesis.
Essais non destructifs — Méthodes par rayonnements pour la tomographie informatisée — Partie 3: Fonctionnement et interprétation
Le présent document fournit une présentation générale du fonctionnement d'un système de tomographie informatisée (TI) et de l'interprétation des résultats afin de donner à l'utilisateur des informations techniques pour sélectionner les paramètres adaptés. Il est applicable à l'imagerie industrielle (c'est-à-dire aux applications non médicales) et donne un ensemble cohérent de définitions des paramètres de performance de la TI, y compris la façon dont ces paramètres sont reliés aux spécifications du système TI. Le présent document traite de la tomographie axiale informatisée et exclut les autres types de tomographie, tels que la tomographie par translation et la tomosynthèse.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15708-3
First edition
2017-02
Non-destructive testing — Radiation
methods for computed tomography —
Part 3:
Operation and interpretation
Essais non destructifs — Méthodes par rayonnements pour la
tomographie informatisée —
Partie 3: Fonctionnement et interprétation
Reference number
ISO 15708-3:2017(E)
©
ISO 2017
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ISO 15708-3:2017(E)
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ISO 15708-3:2017(E)
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Operational procedure . 1
4.1 General . 1
4.2 CT system set-up . 2
4.2.1 General. 2
4.2.2 Geometry . 2
4.2.3 X-ray source . 3
4.2.4 Detector . 3
4.3 Reconstruction parameters . 3
4.4 Visualization . 3
4.5 Analysis and interpretation of CT images . 4
4.5.1 General. 4
4.5.2 Feature testing/defect testing . 4
4.5.3 Dimensional testing . 4
5 Requirements for acceptable results . 7
5.1 Image quality parameters . 7
5.1.1 Contrast . 7
5.1.2 Noise . 8
5.1.3 Signal to noise ratio . 9
5.1.4 Contrast to noise ratio . 9
5.1.5 Spatial resolution .10
5.2 Suitability of testing .12
5.3 CT examination interpretation and acceptance criteria .12
5.4 Records and reports .12
5.5 Artefacts .13
5.5.1 General.13
5.5.2 Beam hardening artefacts .13
5.5.3 Edge artefacts .14
5.5.4 Scattered radiation . .15
5.5.5 Instabilities .15
5.5.6 Ring artefacts .15
5.5.7 Centre of rotation error artefacts .16
5.5.8 Motion artefacts .17
5.5.9 Artefacts due to an insufficient number of projections .18
5.5.10 Cone beam artefacts .18
Annex A (informative) Spatial resolution measurement using line pair gauges .19
Bibliography .23
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ISO 15708-3:2017(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment,
as well as information about ISO’s adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the
Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL: www . i so .org/ iso/ foreword .html
This document was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) (as EN 16016-3)
and was adopted, under a special “fast-track procedure”, by Technical Committee ISO/TC 135, Non-
destructive testing, Subcommittee SC 5, Radiographic testing, in parallel with its approval by the ISO
member bodies.
This first edition of ISO 15708-3 cancels and replaces ISO 15708-2:2002, of which it forms the subject
of a technical revision. It takes into consideration developments in computed tomography (CT) and
computational power over the preceding decade.
A list of all parts in the ISO 15708 series can be found on the ISO website.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 15708-3:2017(E)
Non-destructive testing — Radiation methods for
computed tomography —
Part 3:
Operation and interpretation
1 Scope
This document presents an outline of the operation of a computed tomography (CT) system and the
interpretation of results with the aim of providing the operator with technical information to enable
the selection of suitable parameters.
It is applicable to industrial imaging (i.e. non-medical applications) and gives a consistent set of CT
performance parameter definitions, including how those performance parameters relate to CT system
specifications.
This document deals with computed axial tomography and excludes other types of tomography such as
translational tomography and tomosynthesis.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 15708-1:2017, Non-destructive testing — Radiation methods for computed tomography — Part 1:
Terminology
ISO 15708-2:2017, Non-destructive testing — Radiation methods for computed tomography — Part 2:
Principle, equipment and samples
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 15708-1 apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: available at http:// www .iso .org/ obp
4 Operational procedure
4.1 General
For target-oriented computer tomography (CT) inspection procedures, the test and measurement tasks
are defined in advance with regard to the size and type of features/defects to be verified; for example,
through the specification of appropriate acceptance levels and geometry deviations. In the following,
the process steps of a CT application are described and information on its implementation provided.
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ISO 15708-3:2017(E)
4.2 CT system set-up
4.2.1 General
The CT system set-up is oriented towards the requirements for the given task. The required spatial
resolution (taking into account the tube focal spot size), contrast resolution, voxel size and the CT image
quality can be derived from these requirements. The quality of the CT image is determined by different
parameters, which under certain circumstances counteract each other.
In the following, system parameters are described and information is provided on setting up a CT
system for inspection. Due to the interactions of the different system parameters, it may be necessary
to run through the set-up steps several times in order to acquire optimal data.
The optimal energy is that which gives the best signal-to-noise ratio and not necessarily that which
gives the clearest radiograph (the dependency of the detector efficiency on the energy is to be taken into
account). However, in order to differentiate between materials of different chemical composition it may
be necessary to adjust the accelerating voltage to maximise the difference in their linear attenuation
coefficients.
4.2.2 Geometry
The source-detector and source-object distances and thus also the beam angle used should be
specified. In order to achieve high resolutions, the projection can be magnified onto the detector.
The magnification is equal to the ratio of the source-detector distance to the source-object distance.
Increasing source-detector distance leads to a reduced intensity at the detector and thus to a reduced
signal to noise ratio. Accordingly, this also applies when using detectors with improved detector
resolution, which can result in a reduction of the signal-to-noise ratio due to the reduced intensity per
pixel. In general, for this reason, minimisation of the source-object distance is to be preferred.
In order to obtain high beam intensity at the detector, the source-detector distance should be selected
so that it is as small as possible taking into account the required resolution so that the beam cone still
fully illuminates the detector. In the case of 3D-CT, the (in general vertical) total cone beam angle
measured parallel to the rotation axis should typically be less than 15°, but this is specimen dependant,
in order to minimise reconstruction-determined (Feldkamp) distortions of the 3D model. In addition,
these restrictions do not apply for the perpendicular (in general horizontal) beam angle. For a higher
geometric magnification, the object must be positioned as near as possible to the source, taking into
consideration the limit on sharpness imposed by focal spot size. The rotation of the object must take
place at at least 180 °plus beam angle of the X-ray beam, whereby an improved data quality is the result
of an increasing number of angular increments. For this reason, the object is typically turned through
360 °. Ideally, the number of angular increments should be at least π/2 × matrix size (uneven number of
projections per 360°) where the matrix size is the number of voxels across the sample diameter or the
largest dimension. For more information, refer to 5.5.
The number of projections should be > π × matrix size for best reconstruction quality (even or uneven
number of projections per 360°).
In order to obtain as complete information as possible on the specimen, the requirement in general for a
CT is that the object (or the interesting section of the object) is completely mapped in each projection on
the detector. For large components that exceed the beam cone, a so-called measurement range extension
is used. This measurement range extension is accomplished by laterally displacing either the object
or the detector, recording the projection data in sequential measurements, and finally concatenating
(joining) them. Under certain circumstances, it is also possible to only scan a part of the object (region-
of-interest CT), which may lead to a restricted data quality in the form of so-called truncations.
A possible deviation of the recording geometry (offset between the projected axis of rotation and the
centre line of the image) must be corrected for in order to obtain a reconstruction which is as precise
as possible. This can be achieved by careful realignment of the system or be corrected using software.
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ISO 15708-3:2017(E)
4.2.3 X-ray source
At the X-ray source, the maximum beam energy and tube current are to be set such that sufficient
penetration of the test object and tube power with a sufficiently small focal spot are ensured. The
required voltage shall be determined by the maximum path length in the material to be X-rayed
in accordance with ISO 15708-2:2017, 8.2. For the best measurement results, an attenuation ratio of
approx. 1:10 should be used. That is the grey level through the sample should be about 10 % of the
white level (both measured with respect to the dark level). The optimal range can be achieved through
the use of pre-filters. It should be noted that every pre-filter reduces the intensity. Pre-filters have the
additional advantage of reducing beam hardening, though further improvements can be made with
software correction.
4.2.4 Detector
The following detector settings need to be set appropriately for the sample being scanned:
— exposure time (frame rate);
— number of integrations per projection;
— digitisation gain and offset;
— binning.
If necessary, corrections for offset, gain and bad pixels (which may depend on X-ray settings) should be
applied.
The individual CT projection is determined by the detector properties: its geometric resolution,
its sensitivity, dynamics and noise. The gain and exposure time can be adjusted together with the
radiation intensity of the source so that the maximum digitised intensity does not exceed 90 % of the
saturation level.
To reduce scattered radiation, a thin filter, grid or lamellae can be used directly in front of the detector
(intermediate-filtering).
The ideal acquisition time is dependent on the required quality of the CT image and it is often limited by
the time available for inspection.
4.3 Reconstruction parameters
The volumetric region to be reconstructed, the size of the CT image (in terms of voxels) as well as its
dynamic range (which should take into account the detector dynamic range) shall be specified. In order
to achieve sufficient CT image quality, settings for the reconstruction algorithm or corrections should
be optimised.
The volumetric region is defined by the number of voxels along the X, Y and Z axes.
4.4 Visualization
Using volume visualisation, the CT image can be presented as a 3D object. Individual grey values can
be assigned any colour and opacity values to highlight or hide materials with different X-ray densities.
Zooming, scrolling, setting contrast, brightness, colour and lighting facilitate an optimal presentation
of the CT image. In addition, it is possible to place user-defined sectional planes through the object
in order to examine the internal structure, or to interactively visualise the CT image, for example by
rotating and moving it as a 3D object. Image processing can be applied to CT images to improve feature
recognition.
It may not be possible to load the whole CT image at full resolution into memory at once.
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ISO 15708-3:2017(E)
4.5 Analysis and interpretation of CT images
4.5.1 General
Typical features for inspection are pores, cavities, cracks, inclusions, impurities or inhomogeneous
material distributions.
Typical measurement tasks are obtaining dimensional properties (such as length or wall thickness) or
calculating object morphology.
4.5.2 Feature testing/defect testing
Features in the sample generally give rise to changes in CT grey level within the CT image. Analysis
of CT images is performed by qualified personnel using software. A suitable contrast range or an
automatic or manual calibration is used. The position, CT grey value and dimensions of features can
be determined. Several tools are available for this, including manual ones or automatic tools such as
strobe lines or gauges that engage at grey value thresholds or edges. For examining the structure and
location of assembled components, a qualitative comparison of CT images without determination of the
dimensions can suffice.
For an automatic determination using visualisation software tools (for example fault analyses), a
calibration via the specification of a grey value range is, in general, required for the sample material
to be measured. The specification of the grey levels can be done manually using histograms or in an
interactive manner.
The detectability of features depends on the size of the feature relative to the geometric resolution and
the contrast resolution compared with the contrast difference of the feature from the base material, as
well as the quality of the image (signal to noise ratio, etc.) and any possible interference effects between
adjacent voxels (partial volume effect). For the detectability of singular pores, cavities or cracks, their
minimum extent should typically be 2 to 3 times the demagnified pixel size (at the position of the
sample).
4.5.3 Dimensional testing
4.5.3.1 General
Depending on the task, there are various methods currently in use for determining geometric features.
Point-to-point distances can be manually determined in the CT slices or more complex features can be
extracted with the help of analysis software.
The measurement of the geometric properties of an object using CT is an indirect procedure, in which
the dimensional measurement takes place in or is derived from CT images. For this reason, in order to
facilitate precise measurements, an accurate knowledge of two important variables is necessary:
— the precise image scale or voxel size and
— the boundary surface of two materials, for example the component surface (material-to-air
transition), which can be determined via a CT grey value threshold in the CT image.
4.5.3.2 Determination of precise image scale
The precise image scale or voxel size must be determined through the measurement of a suitable
calibration standard (together with the measurement object and directly before/after the object
inspection) or using a reference geometry at the object. For this, the voxel size or magnification, M,
specified by the CT system is compared with the actual available and precisely determined (using the
reference body/geometry) voxel size or magnification M*. Thus, for example, the exact voxel size can be
determined with high precision via measurements without the disturbing influence of other variables
(for example, the precise position of the component surface (grey value threshold) in the CT image)
for the centre distances of a test piece (e.g. dumbbell, see Figure 1). In this procedure, it must be taken
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ISO 15708-3:2017(E)
into account that the CT grey values of the test item can, under certain circumstances, be influenced by
the accompanying reference bodies (for example, through changes to the contrast ratios, interferences
and artefacts). Using the actual voxel sizes determined in this way, the visualisation software can be
correspondingly scaled/corrected as regards the voxel size specified by the system.
Figure 1 — Reference objects (dumbbell)
4.5.3.3 Threshold value determination
In order to be able to carry out dimensional measurements, the component surface or material contact
surface must be determined in the CT image. The component surface is generally derived from the
transition from solid object to surrounding air. The boundary surface is defined via a threshold value
and is thus dependent on the materials and the X-ray settings. This threshold may be specified globally
for the entire CT image as an average grey value of, for example, the material and air. This is sometimes
known as the “iso50 threshold”. A global threshold value or calibration using the iso50 method is
suitable for many measurement tasks on objects made from homogeneous materials.
A global threshold is not suitable for objects made from several materials. In these cases, different
thresholds should be used according to the materials either side of the boundary. Even in the case of
objects made from homogeneous materials, beam hardening, scattering and other artefacts can result
in local dimming or lightening in the CT image which would distort the measurement results. The grey
value threshold, for example, for surfaces in the inside of the component thus frequently differs from
that for surfaces on the outside of the component. The threshold can, if necessary, be determined locally
from grey levels either side of the boundary. A determination of the overall component surface via
locally determined threshold values, while more time consuming, is more tolerant towards contrast
variations and artefact influences.
4.5.3.4 Adjustment of geometrically primitive bodies
In addition to simple point-to-point operations (see 4.5.3), methods from coordinate measurement
technology, such as reference geometry adjustment may be employed. In this connection, so-called
geometric primitive bodies or reference elements (for example planes, cylinders, spheres or similar)
are fitted, using software, to object contours of interest in the correspondingly calibrated data. At the
reference elements, geometric features (for example, diameter, distances, angles, etc.) are determined
directly or by combining reference elements. By fitting to the typically several thousand measurement
points of the corresponding data, there is thus, due to the statistic averaging and reduction of the user
influence, an often much higher precision than via the manual distance measurement of two points.
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ISO 15708-3:2017(E)
4.5.3.5 Generation of geometric data
So-called triangular models can be extracted from the voxels and calibrated grey value threshold.
These models represent the calibrated threshold value-isosurface, i.e. the material surface in the form
of linked triangles. The triangular model contains – as part of the extraction process precision (see
below) – the geometry information on the object surface. It consists of only two types of information:
the so-called vertices and the information as to which vertices belong to a triangle. The vertices are
3D points, which lie on the threshold value-isosurface. The quantity of all vertices is also designated a
point cloud. It is initially the linking information, i.e. the information as to which three vertices in each
case form a surface triangle, which defines the course of the object surface.
A standard format for data exchange is the so-called STL file format (ASCII or binary and dimension-
less). Alternatively, the point cloud (vertices without triangle information) can be exported, whereby
in general important information on adjacent vertices is lost and if necessary must subsequently be
reproduced.
The geometric quality of the generated point cloud or triangular model depends entirely on the number
and position of the vertices. Since only triangles are assumed between the vertices in the triangular
model, detailed surface structures, contained in the voxels, between the individual vertices can, under
certain circumstances, not be represented and are thus lost.
The extraction of a point cloud or a triangular model from the voxels corresponds to a scanning of the
object surface. For further processing, the amount of data must in general be reduced. The quality
or geometric precision of the triangular model depends on how good the triangle can reproduce the
actual course of the material surface (e.g. chord error). With special software applications, a low-loss
reduction of the number of triangles is aimed for.
For each of these process steps, the involved losses are to be taken into account for the s
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 15708-3
Première édition
2017-02
Essais non destructifs — Méthodes par
rayonnements pour la tomographie
informatisée —
Partie 3:
Fonctionnement et interprétation
Non-destructive testing — Radiation methods for computed
tomography —
Part 3: Operation and interpretation
Numéro de référence
ISO 15708-3:2017(F)
©
ISO 2017
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ISO 15708-3:2017(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2017
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
ii © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO 15708-3:2017(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Mode opératoire de fonctionnement . 1
4.1 Généralités . 1
4.2 Définition du système TI . 2
4.2.1 Généralités . 2
4.2.2 Géométrie . . 2
4.2.3 Source de rayons X . 3
4.2.4 Détecteur . 3
4.3 Paramètres de reconstruction . 3
4.4 Visualisation . 3
4.5 Analyse et interprétation des images TI . 4
4.5.1 Généralités . 4
4.5.2 Inspection de caractéristique/défaut . 4
4.5.3 Inspection dimensionnelle . 4
5 Exigences requises pour obtenir des résultats acceptables . 7
5.1 Paramètres de qualité d’image . 7
5.1.1 Contraste . 7
5.1.2 Bruit . 8
5.1.3 Rapport signal sur bruit . 9
5.1.4 Rapport contraste sur bruit . 9
5.1.5 Résolution spatiale .10
5.2 Adéquation de l’essai .11
5.3 Interprétation et critères d’acceptation d’examen TI.11
5.4 Enregistrements et rapports .11
5.5 Artefacts .12
5.5.1 Généralités .12
5.5.2 Artefacts de durcissement de faisceau.12
5.5.3 Artefacts de bord .13
5.5.4 Rayonnement diffusé .14
5.5.5 Instabilités .14
5.5.6 Artefacts en anneau .15
5.5.7 Artefacts d’erreur de centre de rotation .15
5.5.8 Artefacts de mouvement .16
5.5.9 Artefacts dus à un nombre insuffisant de projections .16
5.5.10 Artefacts de faisceau conique .17
Annexe A (informative) Mesure de la résolution spatiale au moyen de jauges à paires de lignes .18
Bibliographie .21
© ISO 2017 – Tous droits réservés iii
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ISO 15708-3:2017(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/patents).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation
de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion de l'ISO aux principes de l’Organisation
mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien
suivant: www .iso .org/iso/avant -propos .html
Le présent document a été élaboré par le Comité européen de normalisation (CEN) (en tant
qu'EN 16016-3) et a été adopté, suivant une procédure par voie express, par le comité technique ISO/
TC 135, Essais non destructifs, SC 5 Contrôle par radiographie, parallèlement à son approbation par les
comités membres de l'ISO.
Cette première édition de l’ISO 15708-3 annule et remplace l’ISO 15708-2:2002, dont elle constitue une
révision technique. Elle prend en compte les avancées réalisées en matière de tomographie informatisée
(TI) et de puissance de calcul au cours des dix dernières années.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 15708 peut être consultée sur le site de l’ISO.
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NORME INTERNATIONALE ISO 15708-3:2017(F)
Essais non destructifs — Méthodes par rayonnements pour
la tomographie informatisée —
Partie 3:
Fonctionnement et interprétation
1 Domaine d’application
Le présent document fournit une présentation générale du fonctionnement d’un système de tomographie
informatisée (TI) et de l’interprétation des résultats afin de donner à l’utilisateur des informations
techniques pour sélectionner les paramètres adaptés.
Il est applicable à l’imagerie industrielle (c'est-à-dire aux applications non médicales) et donne un
ensemble cohérent de définitions des paramètres de performance de la TI, y compris la façon dont ces
paramètres sont reliés aux spécifications du système TI.
Le présent document traite de la tomographie axiale informatisée et exclut les autres types de
tomographie, tels que la tomographie par translation et la tomosynthèse.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 15708-1:2017, Essais non destructifs — Méthodes par rayonnements pour la tomographie
informatisée — Partie 1: Terminologie
ISO 15708-2:2017, Essais non destructifs — Méthodes par rayonnements pour la tomographie
informatisée — Partie 2: Principes, équipements et échantillons
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO 15708-1 s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http: //www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse http: //www .iso .org/obp
4 Mode opératoire de fonctionnement
4.1 Généralités
Pour les modes opératoires d’examen de tomographie informatisée (TI) avec un objectif ciblé, les
tâches d’inspection et de mesure concernant la taille et le type de caractéristiques/défauts à vérifier
sont définies à l’avance; par exemple par la spécification de niveaux appropriés d’acceptation et d’écarts
de géométrie. Dans ce qui suit, les étapes d’un processus d’une application TI sont décrites et des
informations sur sa mise en œuvre sont fournies.
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4.2 Définition du système TI
4.2.1 Généralités
La définition du système TI doit être orientée vers les exigences de la tâche d’inspection donnée. La
résolution spatiale (tenant compte de la dimension du foyer du tube), la résolution en contraste, la taille
de voxel et la qualité d’image TI requises sont calculées à partir de ces exigences. La qualité de l’image
TI est déterminée par différents paramètres qui, dans certains cas, se compensent les uns les autres.
Dans ce qui suit, les paramètres du système sont décrits et des informations sont fournies sur la
définition d’un système TI pour un examen donné. En raison des interactions des différents paramètres
du système, il peut être nécessaire de répéter les étapes de définition plusieurs fois afin d’acquérir des
données optimales.
L’énergie optimale est celle qui donne le meilleur rapport signal/bruit et non nécessairement celle qui
donne la radiographie la plus nette (la dépendance de l’efficacité du détecteur avec l’énergie doit être
prise en compte). Toutefois, afin de différencier des matériaux de composition chimique différente,
il peut être nécessaire d’ajuster la tension d’accélération pour maximiser la différence entre leurs
coefficients d’atténuation linéique.
4.2.2 Géométrie
Il convient de spécifier les distances source-détecteur et source-objet et donc également l’angle du
faisceau. Afin d’obtenir des résolutions élevées, la projection peut être agrandie sur le détecteur. Le
grandissement est égal au rapport de la distance source-détecteur sur la distance source-objet. Le fait
d’augmenter la distance source-détecteur conduit à une intensité réduite au niveau du détecteur et donc
à un rapport signal/bruit réduit. De la même façon, l’utilisation d’un détecteur présentant une meilleure
résolution peut entraîner une réduction du rapport signal/bruit du fait de l’intensité par pixel réduite.
En général, pour cette raison, il est préférable de minimiser la distance source-objet pour augmenter le
grandissement.
Afin d’obtenir une intensité de faisceau élevée au niveau du détecteur, il convient de choisir une
distance source-détecteur aussi courte que possible en tenant compte de la résolution requise, de sorte
que le cône du faisceau éclaire encore entièrement le détecteur. Dans le cas de la TI 3D, il convient que
l’angle total du faisceau conique (en général vertical) mesuré parallèlement à l’axe de rotation soit
généralement inférieur à 15°, afin de réduire au minimum les distorsions du modèle 3D déterminées
par la reconstruction (Feldkamp), mais cela dépend de l’échantillon. De plus, ces restrictions ne
s’appliquent pas à l’angle du faisceau perpendiculaire (en général horizontal). Pour un grandissement
géométrique plus élevé, l’objet doit être positionné aussi près que possible de la source, en tenant
compte de la limite en matière de netteté imposée par la dimension du foyer d’émission. La rotation de
l’objet doit correspondre à un angle minimal de 180° plus l’angle d’ouverture du faisceau de rayons X,
l’augmentation du nombre de pas angulaires permettant d’améliorer la qualité des données. Pour cette
raison, l’objet est en général tourné sur 360°. Idéalement, il convient que le nombre de pas angulaires
soit au moins de π/2 × dimensions de la matrice (nombre impair de projections par rotation de 360°),
où la dimension de la matrice est le nombre de voxels correspondant au diamètre ou la plus grande
dimension de l’échantillon. Voir 5.5 pour de plus amples informations.
Il convient que le nombre de projections soit > π × dimensions de la matrice pour une meilleure qualité
de reconstruction (nombre pair ou impair de projections pour 360°).
Afin d’obtenir des informations aussi complètes que possible sur l’échantillon, l’exigence pour une TI
est que l’objet (ou la région d’intérêt de l’objet) soit entièrement représenté dans chaque projection
sur le détecteur. Pour les grands composants qui dépassent le cône du faisceau, on utilise ce que l'on
appelle une extension de plage de mesure. Cette extension de plage de mesure est obtenue en déplaçant
latéralement soit l’objet soit le détecteur, et en enregistrant les données de projection sous forme de
mesures séquentielles et enfin en les chaînant (en les regroupant). Dans certains cas, il est également
possible d’imager seulement une partie de l’objet (TI de région d’intérêt), ce qui peut conduire à une
qualité de données restreinte à cause des données manquantes (qu’on appelle troncatures).
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Les écarts possibles de la géométrie d’enregistrement (décalage entre l’axe de rotation projeté et l’axe
médian de l’image) doivent être corrigés afin d’obtenir une reconstruction aussi précise que possible. Il
est possible de les éliminer par un réalignement minutieux du système ou une correction logicielle.
4.2.3 Source de rayons X
Au niveau de la source de rayons X, l’énergie de faisceau et le courant de tube maximaux doivent être
définis de façon à garantir une pénétration suffisante de l’objet contrôlé et une puissance de tube
présentant un foyer suffisamment petit. La tension nécessaire doit être déterminée par la longueur
maximale du trajet dans le matériau irradié, conformément à 8.2 de l’ISO 15708-2:2017. Pour obtenir
les meilleurs résultats de mesure, il convient d’utiliser un rapport d’atténuation d’environ 1:10. Cela
signifie qu’il convient que le niveau de gris dans l’échantillon soit égal à environ 10 % du niveau de blanc
(tous deux mesurés par rapport au niveau de noir). La gamme optimale peut être obtenue en utilisant
des préfiltres. Il convient de remarquer que tout préfiltre réduit l’intensité. Les préfiltres présentent
l’avantage supplémentaire de réduire le durcissement de faisceau, même si d’autres améliorations
peuvent être faites par une correction logicielle.
4.2.4 Détecteur
Les paramètres suivants du détecteur doivent être définis de manière appropriée à l’échantillon soumis
à l’essai:
— durée d’exposition (cadence d’acquisition);
— nombre d’intégrations par projection;
— gain et offset de numérisation;
— regroupement des pixels.
Au besoin, il convient d’appliquer des corrections d’offset, de gain et de pixels défectueux (qui peuvent
dépendre des paramètres des rayons X).
La projection TI individuelle est déterminée par les propriétés du détecteur: sa résolution géométrique,
sa sensibilité, sa dynamique et son bruit. Le gain et la durée d’exposition peuvent être ajustés ainsi que
l’intensité du rayonnement de la source de sorte que l’intensité numérisée maximale ne dépasse pas
90 % du niveau de saturation.
Pour réduire le rayonnement diffusé, il est possible d’utiliser un filtre fin, une grille ou un réseau de
lamelles devant le détecteur (filtrage intermédiaire).
Le temps d’acquisition idéal dépend de la qualité de l’image TI exigée et est souvent limité par le temps
disponible pour l’examen.
4.3 Paramètres de reconstruction
La région volumétrique à reconstruire, la dimension de l’image TI (en termes de voxels), ainsi que
sa gamme dynamique (dont il est recommandé qu’elle prenne en compte la gamme dynamique
du détecteur), doivent être spécifiées. Afin d’obtenir une qualité d’image TI suffisante, il convient
d’optimiser les paramètres pour les corrections ou l’algorithme de reconstruction.
La région volumétrique est définie par le nombre de voxels sur les axes X, Y et Z.
4.4 Visualisation
En utilisant la visualisation volumique, l’image TI peut être présentée sous la forme d’un objet 3D. Des
valeurs de couleur et d’opacité quelconques peuvent être attribuées aux niveaux de gris individuels
pour mettre en évidence ou cacher des matériaux présentant des atténuations de rayons X différentes.
Le fait de zoomer, d’exécuter un défilement, de définir le contraste, la luminance, la couleur et
l’éclairage, permet une présentation optimale de l’image TI. De plus, il est possible de placer des plans
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de coupe définis par l’utilisateur dans l’objet afin d’examiner la structure interne ou de visualiser de
manière interactive l’image TI, par exemple en la faisant pivoter et en la déplaçant comme un objet
3D. Un traitement de l’image peut être appliqué aux images TI pour améliorer la reconnaissance des
caractéristiques.
Il peut être impossible de charger d’un coup toute l’image TI en résolution intégrale dans la mémoire.
4.5 Analyse et interprétation des images TI
4.5.1 Généralités
Les caractéristiques typiquement recherchées dans le cadre d’un examen sont les pores, les cavités, les
fissures, les inclusions, les impuretés ou les distributions de matériau non homogènes.
Les tâches de mesure typiques consistent à obtenir les propriétés dimensionnelles (telles que la
longueur ou l’épaisseur de paroi) ou à calculer la morphologie d’un objet.
4.5.2 Inspection de caractéristique/défaut
Les caractéristiques recherchées dans l’échantillon entraînent en général des changements de niveau
de gris TI dans l’image TI. Un personnel qualifié effectue l’analyse des images TI au moyen d’un logiciel.
Il convient d’utiliser une gamme de contraste adaptée ou un étalonnage automatique ou manuel. Il est
possible de déterminer la position, le niveau de gris TI et les dimensions des caractéristiques. Plusieurs
outils sont disponibles pour ce faire, notamment des outils manuels ou automatiques tels que des lignes
ou des jauges périodiques qui constituent des bords et correspondent à des seuils de valeurs de gris
spécifiées. Pour examiner la structure et l’emplacement de composants assemblés, une comparaison
qualitative d’images TI sans détermination des dimensions peut suffire.
Pour une détermination automatique au moyen d’outils logiciels de visualisation (par exemple des
analyses de défaut), un étalonnage est en général requis pour spécifier une plage de valeurs de gris pour
le matériau de l’échantillon à mesurer. La spécification des niveaux de gris peut se faire manuellement
au moyen d’histogrammes ou de façon interactive.
La détectabilité des caractéristiques dépend de la taille de la caractéristique par rapport à la résolution
géométrique et la résolution en contraste comparée à la différence de contraste de la caractéristique
par rapport au matériau de base, ainsi que de la qualité de l’image (rapport signal/bruit, etc.) et de tour
effet d’interférence possible entre les voxels adjacents (effet de volume partiel). Pour la détectabilité
des pores isolés, cavités ou fissures, il convient que leur étendue minimale soit typiquement 2 à 3 fois la
taille de pixel non agrandie (mesurée à la position de l’échantillon).
4.5.3 Inspection dimensionnelle
4.5.3.1 Généralités
Selon la tâche, il existe différentes méthodes utilisées actuellement pour déterminer les caractéristiques
géométriques. Il est possible de déterminer manuellement des distances point à point dans les coupes
TI ou d’extraire des caractéristiques plus complexes à l’aide d’un logiciel d’analyse.
La mesure des propriétés géométriques d’un objet au moyen de la TI est un mode opératoire indirect
dans lequel la mesure des dimensions se fait, ou est calculée, à partir des images TI. De ce fait, afin
d’obtenir des mesures précises, il est nécessaire d’avoir une connaissance exacte de deux variables
importantes:
— l’échelle précise de l’image ou taille de voxel; et
— la surface de séparation de deux matériaux, par exemple la surface du composant (transition
matériau-air), qui peut être déterminée par un seuil de valeur de gris TI dans l’image TI.
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4.5.3.2 Détermination de l’échelle précise de l’image
L’échelle précise de l’image ou la taille de voxel doit être déterminée par la mesure d’un étalon adapté
(avec l’objet à mesurer et directement avant/après l’examen de l’objet) ou au moyen d’une géométrie
de référence sur l’objet lui-même. Pour cela, la taille de voxel ou le grandissement, M, spécifié par le
système TI doit être comparé avec la taille de voxel ou le grandissement réel disponible et déterminé
précisément (au moyen de l’étalon/de la géométrie de référence). Ainsi par exemple, la taille de voxel
exacte peut être déterminée avec une précision élevée par la mesure de l’entraxe d’une éprouvette
(par exemple, un haltère, voir Figure 1), sans l’effet perturbateur d’autres variables (par exemple, la
position précise de la surface du composant (obtenue par un seuil de valeur de gris) dans l’image TI).
Dans ce mode opératoire, il faut prendre en compte le fait que les valeurs de gris TI de l’éprouvette
peuvent, dans certains cas, être influencées par les étalons de référence joints (par exemple par des
changements de rapports de contraste, des interférences et des artefacts). En utilisant les tailles de
voxel réelles déterminées de cette manière, le logiciel de visualisation peut être calibré/corrigé de
manière correspondante en ce qui concerne la taille de voxel spécifiée par le système.
Figure 1 — Objets de référence (haltères)
4.5.3.3 Détermination de valeur seuil
Pour pouvoir procéder à des mesures dimensionnelles, la surface du composant ou la surface extérieure
du matériau doit être déterminée dans l’image TI. En général, la surface du composant est calculée
à partir de la transition de l’objet solide à l’air environnant. La surface de séparation est définie par
une valeur seuil et dépend donc des matériaux et des paramètres des rayons X. Cette valeur seuil peut
être spécifiée de manière globale pour toute l’image TI comme une moyenne des valeurs de gris, par
exemple du matériau et de l’air. Elle est parfois appelée le « seuil Iso50 ». Une valeur seuil globale, ou
un étalonnage au moyen de la méthode Iso50, est adapté(e) aux opérations de mesure sur des objets
constitués d’un matériau homogène.
Une valeur seuil globale n’est pas adaptée aux objets constitués de plusieurs matériaux. Dans ce cas, il
convient d’utiliser des valeurs seuils différentes selon les matériaux se trouvant de chaque côté de la
séparation. Même dans le cas d’objets constitués d’un matériau homogène, le durcissement de faisceau,
la diffusion et d’autres artefacts peuvent provoquer un affaiblissement des valeurs ou un éblouissement
local de l’image TI, susceptible d'entraîner une distorsion des résultats de mesure. Le seuil de valeur
de gris, par exemple, pour les surfaces internes du composant, est donc souvent différent de celui pour
les surfaces externes du composant. Si nécessaire, la valeur seuil peut être déterminée localement
à partir des niveaux de gris de chaque côté de la séparation. Une détermination de la surface totale
du composant par les valeurs seuils déterminées localement est certes plus longue, mais aussi plus
tolérante par rapport aux variations de contraste et aux effets des artefacts.
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4.5.3.4 Ajustement des corps à primitive géométrique
En plus des opérations point à point simples (voir 4.5.3), il est possible d’utiliser des méthodes provenant
de la technique de mesure de coordonnées, telles que l’ajustement d’une géométrie de référence. À cet
égard, il s’agit d’ajuster, au moyen d’un logiciel, lesdits corps à primitive géométrique ou éléments de
référence (par exemple, des plans, des cylindres, des sphères ou des objets semblables), aux contours
d’intérêt de l’objet dans les données éta
...
Questions, Comments and Discussion
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