СПОСОБ РЕНТГЕНОТЕЛЕВИЗИОННОГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1997 года по МПК G01N23/04 

Изобретение относится к области радиационной дефектоскопии материалов и может быть использовано при рентгенотелевизионном контроле качества сварных соединений и литых деталей, преимущественно с большим перепадом толщины материала.

Для обнаружения дефектов типа пор, непроваров, трещин, рыхлот и т.п. в литых деталях и сварных соединениях наибольшее распространение получили радиационные методы неразрушающего контроля, основанные на просвечивании контролируемого объекта ионизирующим излучением с последующей визуализацией полученного радиационного изображения с помощью рентгеновской пленки (радиографический метод контроля) или с помощью преобразователей, работающих в реальном масштабе времени (радиоскопический метод контроля).

Традиционные радиоскопические методы контроля в 3-4 раза менее чувствительны к дефектам, чем радиографические методы, что делает невозможным их использование в авиационной и других отраслях промышленности, где требования к качеству продукции очень высоки.

В последнее время были разработаны рентгенотелевизионные методы и системы контроля с накоплением информации на мишени рентгеновидикона, чувствительность к дефектам которых соизмерима с чувствительностью к дефектам радиографии.

Однако высокая чувствительность этих систем реализуется только при контроле плоскопараллельных участков деталей или участков, имеющих небольшой перепад толщины материала. Это обусловлено относительно низким динамическим диапазоном яркостей, воспроизводимых приемной телевизионной трубкой, и нелинейными искажениями сигнала в канале передачи. Данное обстоятельство значительно снижает область применения высокочувствительных рентгенотелевизионных систем, поскольку методом литья и сварки в основном изготавливаются детали сложной конфигурации с большим перепадом толщины материала.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ рентгенотелевизионного контроля изделий, заключающийся в воздействии рентгеновского излучения на контролируемый участок изделия, накоплении рентгеновского изображения на мишени рентгеновидикона и преобразовании рентгеновского излучения в электрический видеосигнал, образующий оптическое изображение в виде кадра на экране приемной телевизионной трубки.

Согласно данному способу производится разделение во времени процесса накопления потенциального рельефа на поверхности чувствительной мишени рентгеновидикона и процесса его считывания. При оптимальном времени накопления информации чувствительность рентгенотелевизионной системы к выявлению дефектов сравнима с чувствительностью радиографии.

Однако данный способ имеет те же недостатки, что и описанные выше способы, поэтому он не может быть применен для контроля литых деталей и сварных соединений с большим перепадом толщины материала.

Задача изобретения разработать способ рентгенотелевизионного контроля изделий с большим перепадом толщины материала при сохранении высокой чувствительности к дефектам.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе рентгенотелевизионного контроля изделий, заключающемся в воздействии рентгеновского излучения на контролируемый участок изделия, накоплении рентгеновского изображения на мишени рентгеновидикона и преобразовании рентгеновского излучения в электрический видеосигнал, образующий оптическое изображение в виде кадра на экране приемной телевизионной трубки, формируют несколько телевизионных кадров при различном времени накопления информации на мишени рентгеновидикона, после чего производят синтез изображения контролируемого участка изделия из полученных телевизионных кадров.

Чувствительность рентгенотелевизионной системы с накоплением информации на мишени рентгеновидикона можно определить по формуле

где δ размер дефекта в направлении просвечивания, см;
d толщина контролируемого образца, см;
j требуемое отношение сигнал/шум;
B эффективный фактор накопления рассеянного излучения;
F фокусное расстояние, см;
t время накопления информации, с;
m_эф,m_ст линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения материалом и стеклом колбы рентгеновидикона, см^-1;
d_ст толщина стекла колбы рентгеновидикона, см;
P_т лучевая отдача рентгеновской трубки, р/с;
i анодный ток рентгеновской трубки, мА;
γ_n,γ_в линейный коэффициент электронного преобразования рентгеновского излучения в материале мишени и в воздухе, см^-1;
k толщина чувствительности мишени рентгеновидикона.

Полагая, что δ минимальное приращение толщины, выявляемое рентгенотелевизионной системой на фоне толщины d, и учитывая, что приращение это регистрируется человеческим глазом, можно определить число градаций яркости n, получаемых при контроле детали толщиной от d_min до d_max с чувствительностью .

Представим участок с переменной толщиной в виде ступенчатого клина (фиг. 1).

Тогда

Откуда
.

При относительной чувствительности контроля и n 220.

Рентгенотелевизионной системой не может быть сформировано и визуализировано изображение с 220 градациями яркости по следующим причинам:
1. Не соблюдаются оптимальные условия просвечивания для всего диапазона толщин;
2. Видеоконтрольное устройство (ВКУ) воспроизводит 40-50 градаций яркости при средней яркости экрана ВКУ 30 Kg/м² (при работе в незатемненных помещениях);
3. Из-за нестабильности уровня сигнала в режиме накопления информации на мишени рентгеновидикона восьмиразрядного АЦП (аналого-цифрового преобразователя) недостаточно для неискаженной передачи изображения с 220 градациями яркости.

Таким образом, при использовании известных в настоящее время рентгеновидиконов и приемных телевизионных трубок невозможно осуществить контроль участка изделия с большим перепадом толщины за одну экспозицию (τ const) и получить при этом максимально высокую чувствительность контроля.

Следовательно, единственно возможным способом является синтез изображения контролируемого участка из телевизионных кадров, полученных при различном времени накопления информации.

На фиг. 2 схематично изображен процесс рентгенотелевизионного контроля изделия с большим перепадом толщины материала:
а) при времени накопления информации t₁;
б) при времени накопления информации τ₂;
в) при времени накопления информации τ₃.

Способ реализуется следующим образом.

На изделие 1 воздействуют рентгеновским излучением с постоянной плотностью потока излучения E const.

Накапливают рентгеновское изображение на мишени рентгеновидикона и преобразуют рентгеновское излучение в электрические видеосигналы, образующие оптическое изображение в виде кадра на экране приемной телевизионной трубки.

При этом формируют несколько телевизионных кадров при различном времени накопления информации τ₁>τ₂>τ₃ (фиг. 2, а-в).

Оптимальное время накопления информации можно определить по формуле
,
где F фокусное расстояние, см;
P_т лучевая отдача рентгеновской трубки, р/с;
B фактор накопления;
μ_эф, μ_ст линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения материалом изделия и стеклом колбы рентгеновидикона соответственно, см^-1;
d, d_ст толщина материала и толщина стекла колбы рентгеновидикона соответственно, см;
γ_n, γ_в линейный коэффициент электронного преобразования в материале мишени и в воздухе соответственно, см^-1;
K толщина чувствительной мишени, см.

При различном времени накопления информации "пробивается" определенный диапазон толщин Δd, для которого условия просвечивания близки к оптимальным.

В результате получают телевизионные кадры, имеющие информационный участок 2 изображения, и неинформационные участки 3 (белее белого) и 4 (чернее черного) (фиг. 2, а-в).

Далее производят синтез изображения контролируемого изделия из полученных телевизионных кадров.

Синтез изображения осуществляется следующим образом.

Записанные в памяти компьютера телевизионные кадры представляют собой матрицы . Предварительная обработка кадров заключается в сравнении элементов матрицы М c элементами матрицы М'X:X положительное целое число b ≅ x ≅ k}
Все элементы матрицы M' воспроизводятся приемной телевизионной трубкой при средней яркости изображения 30 кд/м².

Параметры b и k подбираются эмпирически.

Если элементы массива М совпадают по числовому значению с элементами массива М', то положение и значение элемента d_ij в массиве М не изменяется. Если же не совпадают, то эти элементы принимают значение "ноль". В результате данной операции получим множество значений элементов кадра N: N_n x N_n___→ S, n,n ∈ N.

После предварительной обработки каждого кадра по данной схеме и последующего их сложения получим синтезированное изображение изделия.

Данный способ рентгенотелевизионного контроля изделий позволяет получить качественное изображение участка (изделия) переменной толщины и обеспечивает высокие дефектоскопические характеристики контроля.

Использование: рентгенотелевизионный контроль качества сварных соединений и литых деталей преимущественно с большим перепадом толщины материала. Сущность изобретения: контролируемое изделие просвечивают рентгеновским излучением, накапливают сигнал на мишени рентгеновидикона и преобразуют рентгеновское излучение в видеосигнал, образующий оптическое изображение в виде кадра на экране приемной телевизионной трубки. При этом формируют несколько телевизионных кадров при различном времени накопления информации на мишени рентгеновидикона, затем из полученных телевизионных кадров после обработки каждого и последующего их сложения синтезируют изображение контролируемого участка изделия. Оптимальное время накопления информации определяют по расчетной формуле. 2 ил.

Способ рентгенотелевизионного контроля изделий, заключающийся в воздействии рентгеновского излучения на контролируемый участок изделия, накоплении рентгеновского изображения на мишени рентгеновидикона и преобразовании рентгеновского излучения в электрический видеосигнал, образующий оптическое изображение в виде кадра на экране приемной телевизионной трубки, отличающийся тем, что формируют несколько телевизионных кадров при различном времени накопления информации на мишени рентгеновидикона, после чего производят синтез изображения контролируемого участка изделия из полученных телевизионных кадров.