Company: Novadep Scientific S.L.
Author(s): Pablo Pérez-Vasallo - Novadep Scientific S.L.
Eusebio Solórzano - Novadep Scientific S.L.
NI Product(s) Used: NI DEVELOPER SOUITE ALL INLCLUSIVE PACKAGE
Industry: Basic Materials, Imaging Equipment, Industrial Control/Devices/Systems, Research
The Challenge
Desarrollar un sistema de microtomografia (µCT) de alta resolución. El sistema permitará la caracterización de gran cantidad de materiales a una resolución espacial de hasta 2.5 micras.
The Solution
Para controlar la fuente emisora de rayos X, el movimiento de los ejes y la acquisición sincronizada de las radiografías obtenidas por el detector se hará uso de Labview. A tal fin se creará un software completo y de facil interfaz de usuario para la realización de los ensayos oportunos.
Introduction
La microtomografía (µCT) es una técnica que permite obtener información 3D de cualquier objeto a un nivel de resolución en la escala micrométrica. De esta forma examina, de forma no destructiva, la estructura interna de los objetos. Se emplea una fuente RX microfoco y un detector de alta resolución y se han de recoger radiografías bajo distintos ángulos hasta completar un giro completo (hasta 2000 imágenes). Esta técnica es de interés en multiples campos de aplicación tales como ingeniería, geofísica, metrología, materiales, biología...
Objectives
Se pretende crear un equipo de microtomografía abierto, saliendo de los estandares comerciales, para crear una herramienta de laboratorio flexible que permita analizar distintos materiales. Se persigue también, como uno de los objetivos principales que el equipo disponga de un software de control de sencillez máxima para que el equipo pueda ser usado por usuarios sin grandes conocimientos, y que sea lo más flexible y escalable posible. Se busca que sea un equipo abierto para que dado el caso, se puedan sustituir los diferentes elementos que conforman el equipo por otros, sin que suponga un cambio fundamental en su funcionamiento, así como, que se pueda dotar al equipo en un futuro con nuevas funcionalidades (nuevos métodos de análisis).
Application Description
La generación de imágenes radiográficas está relacionada con la absorción de los RX de los distintos materiales que forman la muestra, en función de su número atómico y espesor para una determinada energía de emisión. De esta forma las distintas partes de la muestra se observarán mas claras y oscuras generando una imagen de transmisión que se proyecta sobre el detector de forma magnificada. Es imporante ajustar la energía de emisión, la intensidad de corriente y el tiempo de exposición para que la imagen tenga la calidad suficiente. De igual modo es posible hacer "zoom" en la muestra acercándola al tubo RX por lo que su tamaño se ve magnificado. La resolución micrométrica solo se alcanza si el tubo es del tipo microfoco, de lo contrario las microestructuras se verán borrosas a alta magnificación. Para generar la tomografía es necesario realizar radiografías mientras la pieza rota a lo largo de 360º. Es necesario realizarlo de forma sincronizada para evitar que la pieza se mueva durante la adquisición. Una vez adquiridas el número de proyecciones suficientes (entre 300 y 2000), se utiliza un algoritmo de reconstrucción de tomografía (FDK) para generar el volumen en 3D de la muestra en forma de cortes axiales. El software diseñado con Labview permitirá realizar todas las operaciones de ajuste junto a la adquisición automática.
Hardware
El equipo estará formado por 3 componentes fundamentales y otros tantos con un papel más secundario. Todos ellos se muestran en la figura 2:
- Detector de Rayos-X: Detector matricial de Hamamatsu con resolución 2400x2400 pixels y un tamaño de 120x120mm. Su resolución digital es de 12 bits y la comunicación es LVDA.
- Fuentede Rayos-X: Junto con el detector son los componentes fundamentales del sistema de tomografía. El elemento emisor es de la marca Hamamatsu, tiene una potencia máxima de 20W (100KVp, 200µA) y 5 micras de tamaño de spot. La comunicación es RS-232.
- Eje rotativo de alta precisión: Elemento necesario para obtener todas las proyecciones de la muestra en los 360º de giro. Es un sistema de PiMicos y tiene una precision de milesima de grado. Junto con el eje de movimiento lineal van controlados por un mismo drive con comunicación RS-232.
- Eje de movimiento lineal: Permite mover la muestra a lo largo del eje que une la fuente de rayos X con el detector y permite realizar la magnificación de los objetos examinados.
- Cabina plomada: destinada a albergar todos los componentes que forman el equipo y a blindar radiológicamente al usuario. Se utiliza una estructura tipo “sándwich” de acero inoxidable-plomo que permite cumplir las normativas de radioprotección. Además contiene unas ventanas de cristal plomado que permiten ver visualizar el interior de la cabina.
- Ordenador de control: Sistema que controla todos los elementos anteriores, tal y como se muestra en la figura 2. El ordenador tiene instalado un programa ejecutable programado en LabVIEW que sirve como plataforma para el control de todos los elementos que conforman el sistema de tomografía.
Software
El programa desarrollado utiliza LabVIEW como única plataforma de programación. Se han desarrollado módulos de comunicación para cada uno de los elementos, desarrollando hasta las funciones de comunicación más básicas. El entorno gráfico HMI creado permite tener un control sencillo e intuitivo de cada uno de los elementos que conforman el equipo de manera individual, así como, un funcionamiento sincronizado de todos los elementos para obtener una tomografía de la muestra a traves de una herramienta de creación de protocolos de ensayo. A partir de la imágenes/proyecciones obtenidas y a traves de un segundo software de recontrucción (método FDK) se puede obtener el volumen 3D de la muestra.
Impact/Results
Este sistema de micro tomografía permite tener la estructura 3D (interna y externa) de diferentes materiales con una resolución de hasta 2,5 micras.
Conclusion
La utilización de Labview permite tener un control completo de todos los elementos así como la acción coordinada de todos ellos. El desarrollo de un software de control basado en LabVIEW ha permitido crear un software escalable, que no solo permite controlar todos los elementos del sistema, si no que permite realizar tomografías de forma sincronizada. Cabe destacar que al tratarse de una arquitectura escalable, es posible añadir nuevos componentes y/o desarrollar nuevos metodos de análisis tomográfico.
Author Contact Details
Novadep Scientic S.L.
Pablo Pérez Vasallo
Software Area Manager
C/ Pino 1, Nave 2, Pol. Ind. La Mora
La Cistérniga, Valladolid 47193
www.novadep.com
pablo.perez@novadep.com
