РАДИАЦИОННЫЙ ИНТРОСКОП Российский патент 2002 года по МПК G01N23/04 G01T1/16 G01T1/20 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к радиационным интроскопам, предназначенным для неразрушающего контроля промышленных изделий, и может быть использовано в системах рентгеновского телевизионного контроля, преимущественно с использованием высокоэнергетического тормозного радиационного излучения.

Известны радиационные интроскопы, содержащие сцинтилляционный волоконно-оптический экран, объектив, плоское зеркало, расположенное между экраном и объективом в точке пересечения их оптических осей перпендикулярно плоскости, образованной оптическими осями экрана и объектива, и под углом 45^o к ним, передающую телевизионную камеру и схему обработки изображения [1].

Недостатком этих интроскопов является малая поглощающая способность экрана вследствие небольшой плотности и низкого атомного номера его материала, а также невозможность контроля в динамическом режиме из-за малой величины получаемого сигнала, соизмеримого с уровнем шума.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является радиационный интроскоп, содержащий сцинтилляционный монокристаллический экран толщиной от 5 до 25 мм, объектив, плоское зеркало, расположенное между экраном и объективом в точке пересечения их оптических осей перпендикулярно плоскости, образованной оптическими осями экрана и объектива, и под углом 45^o к ним, передающую телевизионную камеру и схему обработки изображения, соединенную с камерой [2].

Этот интроскоп обладает высокой плотностью монокристаллического экрана, а большая его толщина (до 25 мм) позволяет контролировать изделия из стали толщиной до 280 мм в статическом режиме. Однако существенным его недостатком является размытость и низкая контрастность изображения из-за наличия паразитной подсветки изображения и оптической прозрачности во всех направлениях, так как широкоугольный объектив передает на мишень телевизионной трубки камеры все световые лучи, исходящие с экрана, включая и те, которые не несут полезной информации.

Сущность изобретения заключается в том, что в радиационный интроскоп, содержащий сцинтилляционный монокристаллический экран и объектив, оси которых ориентированы под углом 90^o друг к другу в одной плоскости, плоское зеркало, расположенное между экраном и объективом в точке пересечения их оптических осей перпендикулярно плоскости, образованной оптическими осями экрана и объектива, и под углом 45^o к ним, передающую телевизионную камеру (ТВ-камеру), соосно размещенную c объективом, и схему обработки изображения камеры, введены две корректирующие линзы и дистанционно-управляющая диафрагма, первая линза размещена между экраном и зеркалом, вторая линза - между объективом и зеркалом, а диафрагма - между объективом и камерой на расстоянии L от объектива, при этом параметры первой и второй корректирующих линз и диафрагмы должны удовлетворять условиям: фокусы F₁=l₁+l₂ и F₂ первой и второй линз совмещены в одной точке 0, расположенной на оптической оси второй линзы, объектива и ТВ-камеры, где l₁ - расстояние между экраном и зеркалом вдоль оптической оси первой корректирующей линзы, l₂ - расстояние между зеркалом и точкой 0 вдоль оптической оси второй линзы, объектива и ТВ-камеры, диаметр D₁ второй корректирующей линзы и диаметр D₂ объектива должны быть в соотношении D₁≤D₂; L=F₃, где F₁ и F₂ -обращенные друг к другу фокусы корректирующих первой и второй линз соответственно; D₁ - диаметр корректирующей второй линзы; D₂ - диаметр апертуры объектива; L - расстояние от объектива до диафрагмы; F₃ - фокусное расстояние объектива.

Положительным результатом изобретения являются высокая разрешающая способность и качество изображения дефекта контролируемого объекта за счет четкой контрастности изображения, позволяющей наблюдать контролируемые параметры в динамическом режиме.

На чертеже приведена структурная схема интроскопа.

Он содержит сцинтилляционный монокристаллический экран 1, объектив 2, оси которых ориентированы под углом 90^o друг к другу, плоское зеркало 3, расположенное между экраном 1 и объективом 2 в точке пересечения их оптических осей перпендикулярно плоскости, образованной оптическими осями экрана и объектива, под углом 45^o к ним, телевизионную камеру (ТВ-камеру) 4, соосно расположенную с объективом 2, и схему обработки 5 изображения, соединенную с выходом ТВ-камеры 4, две корректирующие линзы 6, 7 и дистанционно-управляемая диафрагма 8.

Первая корректирующая линза 6 размещена между сцинтилляционным экраном 1 и зеркалом 3 на расстоянии l₁ вдоль оптической оси линзы 6, вторая корректирующая линза 7 - между объективом 2 и зеркалом 3, а диафрагма 8 - между объективом 2 и ТВ-камерой 4, при этом диафрагма 8 отстоит от объектива 2 на расстоянии L. Объектив 2, вторая линза 7, диафрагма 8 и ТВ-камера 4 расположены на одной оптической оси. Параметры линз 6, 7 и диафрагмы 8 должны удовлетворять условиям: фокусы F₁= l₁+l₂ и F₂ совмещены в одной точке 0, размещенной на оптической оси второй линзы 7, объектива 2 и ТВ-камеры 4, где l₂ - расстояние между зеркалом 3 и точкой 0 вдоль оптической оси второй линзы 7, объектива 2 и ТВ-камеры 4; диаметр D₁ второй линзы 7 и диаметр D₂ объектива 2 должны быть в соотношении D₁≤D₂; L=F₃, где F₁ и F₂ - обращенные друг к другу фокусы корректирующих первой и второй линз 6, 7 соответственно; D₁ - диаметр второй линзы 7; D₂ - диаметр апертуры объектива 2; L - расстояние от объектива 2 до диафрагмы 8; F₃ - фокусное расстояние объектива 2.

Если толщина сцинтилляционного экрана 1 будет иметь бесконечно малую величину (точечный размер), то рентгеновский луч от источника γ-излучения (не показан), преобразованный экраном 1 в световой луч, будет проецироваться на зеркало 3, а затем, отразившись от него, на вход ТВ-камеры 4 в виде точки и четкость изображения в этом случае будет идеальной, хотя чувствительность низкой. Если толщина сцинтилляционного экрана 1 выбрана размером более точечного (например несколько мм), то рентгеновский луч будет проецироваться на входе ТВ-камеры 4 не точечным световым лучом, а в виде размытого пятна. Очевидно, чем меньше площадь этого пятна, тем меньше размытие изображения.

Первая корректирующая линза 6, введенная в интроскоп, является собирающей и предназначена для уменьшения размытия светового луча, возникающего в результате использования экрана 1 толщиной больше точечного размера.

Вторая корректирующая линза 7 является также собирающей и совместно с линзой 6 предназначена для уменьшения сферической аберрации оптического узла интроскопа.

Диаметр D₁ корректирующей линзы 7 равен или меньше диаметра D₂ апертуры объектива 2, поэтому объектив 2, собирая все параллельные световые лучи, проецирует их на вход ТВ-камеры 4 через точку, отстоящую от объектива 2 на расстоянии L, т.е. является фокусом F для параллельных лучей, вдоль оптической оси объектива 2 и ТВ-камеры 4. Лучи, попадающие в объектив 2 под другими углами и являющиеся паразитной подсветкой, фокусируются в других точках оптической оси и отсекаются дистанционно-управляющей диафрагмой 8. Принципиально диафрагму 8 возможно устанавливать и в точке 0, однако конструктивно это сложнее из-за малости величины l₂.

Схема 5 обработки выполнена на базе процессора и предназначена для обработки видеоинформации, поступающей с ТВ-камеры 4, и ее запоминания.

Работа интроскопа.

Рентгеновское излучение от источника, проникая в контролируемый объект, находящийся перед сцинтилляционным экраном 1 (не показано), попадает на экран 1, где излучение преобразуется в световые кванты, которые, отразившись от плоскости зеркала 3, фокусируются собирающей линзой 6 в точке фокусов линз 6 и 7 и поступают на объектив 2. Далее световой луч попадает через диафрагму 8 на экран ТВ-камеры 4, а затем в схему 5 обработки, где осуществляется обработка полученной видеоинформации по заданному алгоритму и ее запоминание. По контрастности и размерам видеоизображения судят о характере и величине дефекта в контролируемом объекте.

Положительным результатом изобретения являются высокие метрологические показатели, а именно контраст изображения и разрешающая способность при динамических измерениях.

Источники информации
1. REAL TIMRE X-RAY IMAGING CORP, Specifications, RXI912, Jsocon Realtime X-Ray Jmaging System, 1989.

2. В. В. Клюев, Б. И.Леонов, Е.А.Гусев и др. Промышленная радиационная интроскопия. М.: Энергоиздат, 1985 г.

Использование: для дефектоскопии промышленных изделий в системах рентгеновского телевизионного контроля. Сущность: в устройство, состоящее из сцинтилляционного экрана, плоского зеркала, объектива и телевизионной камеры, введены две корректирующие линзы и дистанционно-управляемая диафрагма с определенными размерами. Технический результат - высокие метрологические показатели, а именно контраст изображения и разрешающая способность при динамических измерениях. 1 ил.

Радиационный интроскоп, содержащий сцинтилляционный монокристаллический экран и объектив, оси которых ориентированы под углом 90^o друг к другу, плоское зеркало, расположенное между экраном и объективом в точке пересечения их оптических осей перпендикулярно плоскости, образованной оптическими осями экрана и объектива, и под углом 45^o к ним, передающую телевизионную камеру, соосно размещенную с объективом, и схему обработки изображения камеры, отличающийся тем, что в него введены первая и вторая корректирующие линзы и дистанционно-управляемая диафрагма, первая линза размещена между экраном и зеркалом, вторая линза - между объективом и зеркалом, а диафрагма - между объективом и камерой на расстоянии L от объектива вдоль его оптической оси, при этом параметры корректирующих линз и дистанционно-управляемой диафрагмы должны удовлетворять условиям: фокусы F₁= l₁+l₂ и F₂ первой и второй линз совмещены в точке О, размещенной на оптической оси второй линзы, объектива и телевизионной камеры, где l₁ - расстояние между экраном и зеркалом вдоль оптической оси первой линзы, l₂ - расстояние между зеркалом и точкой 0 вдоль оптической оси второй линзы, объектива и телевизионной камеры; диаметр D₁ второй корректирующей линзы и диаметр D₂ объектива должны быть в соотношении D₁≤D₂; L= F₃, где F₁ и F₂ - обращенные друг к другу фокусы корректирующих первой и второй линз соответственно; D₁ - диаметр корректирующей второй линзы; D₂ - диаметр апертуры объектива; L - расстояние от объектива до диафрагмы; F₃ - фокусное расстояние объектива.