СИСТЕМА НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2012 года по МПК G01N23/05 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно: контролю положения и/или размеров деталей известной формы по проекционному изображению объекта в потоке проникающего излучения. Промышленные объекты (изделия) содержат детали известной формы: цилиндры, сферы, параллепипеды, конуса и т.п., положение которых в изделии и/или их размеры требуется контролировать. При этом нет необходимости контролировать все изделие. Избирательный контроль позволяет сократить время контроля.

Известен способ получения радиографической проекции объекта с помощью проникающего излучения, в котором прошедшее сквозь объект излучение контролируют по углу отклонения по отношению к направлению до входа в исследуемый объект, при этом угловое отклонение излучения преобразуют в контраст проекции объекта. Подурец К.М., Соменков В.А., Шильштейн С.Ш. "Радиография с рефракционным контрастом"; Журнал технической физики, 1989, том 59, выпуск 6, стр.115-121. Способ не позволяет получить информативное проекционное изображение при многократном рассеянии излучения в объекте. При использовании рентгеновского излучения с энергией более ~10 кэВ способ не реализуем.

Известен способ получения изображения внутренней структуры объекта с помощью проникающего излучения, в котором поток проникающего излучения от источника ограничивают по углу локальной расходимости. Поток пропускают через исследуемый объект, а прошедшее излучение регистрируют с помощью детектора для образования изображения с определенным отношением угловой направленности в каждой из двух взаимно перпендикулярных плоскостей к угловой расходимости первичного потока излучения. Патент Российской Федерации №2098798, МПК: G01N 23/04, 1997 г. Способ имеет низкую производительность, которая зависит от расходимостей пучка в каждой из двух взаимно перпендикулярных плоскостей.

Известен способ нейтронной радиографии с использованием быстрых нейтронов, основанный на преобразовании излучения точечного источника быстрых нейтронов в оптическое излучение, при котором по распределению его яркости судят о пространственном распределении интенсивности излучения быстрых нейтронов. Патент Российской Федерации №2207550, МПК: G01N 23/02, 2003 г. Способ не обеспечивает одновременно высокую эффективность регистрации излучения и высокое пространственное разрешение из-за увеличения доли фонового сигнала.

Известен способ неразрушающего контроля, заключающийся в просвечивании объекта узким веерным пучком проникающего излучения от линейного ускорителя, регистрации прошедшего сквозь объект излучения детекторной линейкой, сканировании объекта с последующим восстановлением изображения путем математической обработки результатов измерений. Материалы XVII совещания по ускорителям заряженных частиц, Протвино, т.2, 2000 г., с.317. Способ имеет ограниченное пространственное разрешение и производительность.

Известен способ контроля изделий, заключающийся в том, что сканируют объект пучком от точечного источника излучения при возвратно-поступательном перемещении объекта контроля, регистрируют интенсивность излучения, прошедшего через объект контроля, с помощью матрицы детекторов и обрабатывают в ЭВМ полученную информацию с последующим восстановлением на ее основе внутренней структуры объекта. Патент Российской Федерации №2097748, МПК: G01N 23/04, 1997 г. Прототип. Способ дает большой объем информации, а восстановление структуры всего объекта осуществляется математически и занимает большой временной отрезок.

Данное изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа, дает возможность получать проекционные изображения при одном или, если требуется, при нескольких угловых положениях объекта.

Исключает исследование всего объекта и области вне объекта.

Задачей изобретения является контроль взаимного расположения и размеров элементов крупногабаритных конструкций внутри изделия в собранном состоянии.

Техническим результатом является контроль взаимного расположения и размеров элементов конструкции внутри изделия в собранном состоянии, в том числе из непрозрачных материалов, повышение точности и производительности измерений, упрощение технологии измерений, упрощение технической реализации.

Технический результат достигается тем, что в системе неразрушающего контроля изделий, содержащей точечный источник излучения, узел возвратно-поступательного перемещения объекта контроля, матрицу детекторов и блок управления и обработки информации, перед точечным источником установлен, по крайней мере, один кольцевой коллиматор с соосными коническими поверхностями с вершиной в месте нахождения источника, коллиматор-ограничитель пучка излучения, узел перемещения объекта контроля вдоль оси конических поверхностей и детекторы излучения, расположенные по окружностям, задаваемыми кольцевыми коллиматорами.

Сущность изобретения поясняется на фигурах 1 и 2.

На Фиг.1 схематически изображен продольный разрез системы неразрушающего контроля изделий, где: 1 - источник излучения, 2 - коллиматор-ограничитель пучка излучения, 3 - объект контроля, 4 - элемент конструкции (зазор) объекта контроля 3, сечение которого измеряется, 5 - кольцевой коллиматор (в общем случае может быть несколько), 6 - детекторы излучения, 7 - устройство перемещения объекта контроля 3.

На Фиг.2, в качестве примера, приведены зависимости величины сигнала в области зазора (профили сканирования) между двумя шаровыми слоями из свинца и железа в диапазоне от 0 мкм до 300 мкм, рассчитанные для рентгеновского излучения бетатрона при ускоряющем напряжении 7,5 МэВ при щели коллиматора 5 размером 200 мкм, где: 8 - зазор 300 мкм, 9 - зазор 250 мкм, 10 - зазор 200 мкм, 11 - зазор 150 мкм, 12 - зазор 100 мкм, 13 - зазор 50 мкм, 14 - зазор 0 мкм.

Расчеты профилей сканирования выполнены для рентгеновского излучения бетатрона при ускоряющем напряжении 7,5 МэВ для зазора между двумя шаровыми слоями из свинца и железа различной величины в диапазоне от 50 мкм до 300 мкм при щели коллиматора 5 размером 200 мкм.

Источник излучения 1 создает расходящийся пучок, проходящий через контролируемый объект 3.

Вид и спектр излучения, а также эффективность детекторов излучения 6, обеспечивают достаточное количество излучения, прошедшего через контролируемый объект 3, и статистическую точность регистрируемого сигнала. Поскольку интенсивность прошедшего излучения зависит от ослабляющей способности контролируемого объекта 3, то она изменяется в поперечном сечении пучка в соответствии с конструкцией контролируемого объекта 3.

Коллиматор-ограничитель пучка излучения 2 служит для уменьшения облучаемого объема контролируемого объекта 3 и соответствующего уменьшения за счет этого интенсивности фонового сигнала, обусловленного рассеянным в контролируемом объекте 3 излучением. При малом вкладе рассеянного излучения в сигнал детекторов 6 коллиматор-ограничитель 2 может отсутствовать. Прошедшее через контролируемый объект 3 излучение попадает в детекторы излучения 6.

Кольцевой коллиматор 5 формирует сканирующий пучок излучения, проходящий через контролируемый объект 3, на детекторы излучения 6.

Размер щели кольцевого коллиматора 5 определяет пространственное разрешение в изображении объекта сканирования.

Количество кольцевых коллиматоров 5 выбирают, исходя из типа и энергии излучения, размеров контролируемого объекта 3, размеров детекторов излучения 6.

Материал и размер коллиматора-ограничителя пучка излучения 2 и кольцевых коллиматоров 5 выбирают в соответствии с ослаблением излучения в контролируемом объекте 3. Детекторы излучения 6 регистрируют излучение, прошедшее через контролируемый объект 3.

Детекторы излучения 6 установлены в соответствии с видом излучения и требуемой эффективностью регистрации, не влияя на пространственное разрешение в получаемом проекционном изображении.

Для сокращения времени измерения или измерения размера зазора 4 по окружности установлен набор детекторов излучения 6. Их количество в наборе определяют возможностью их размещения вдоль осевой окружности кольцевого коллиматора 5.

Устройство перемещения 7 совершает возвратно-поступательное линейное перемещения контролируемого объекта 3 вдоль оси пучка излучения.

Для источника излучения 1, близкого к точечному, и достаточно малого отношения расстояния от области контролируемого объекта 3, через который проходит сканирующий пучок, до оси пучка перемещение вдоль оси пучка ΔL и перемещение этой области относительно сканирующего пучка в поперечном направлении Δd связаны соотношением:

Δd/ΔL=R/L, где:

R - радиус кольцевого коллиматора 5,

L - расстояние от кольцевого коллиматора 5 до источника 1.

Из соотношения Δd/ΔL=R/L видно, что это отношение может быть достаточно малым и высокая точность перемещения по радиусу Δd обеспечена сравнительно грубым устройством перемещения 7 объекта контроля 3. Одним из источников излучения 1 является источник рентгеновского излучения в виде бетатрона, коллиматора-ограничителя пучка излучения 2, кольцевой коллиматор 5 и защитные пластины 8 выполнены при этом из свинца или вольфрама, детекторы излучения 6 содержат сцинтиллятор, например, CsI и фотодиоды для считывания сцинтилляционного сигнала. В качестве устройства перемещения могут быть использованы актуаторы.

Для измерения поперечного размера зазора 4 с помощью устройства перемещения 7 производят перемещение контролируемого объекта 3 вдоль оси кольцевого коллиматора 5. Сканирующий пучок проходит через зазор 4. Измеряют интенсивность излучения, прошедшего через зазор 4 и в соседних с ним областях с помощью детекторов излучения 6. Полученный профиль сканирования сглаживают, например, с помощью сплайнов. Далее применяют одну или несколько из следующих процедур: измеряют ширину профиля сканирования, например, на полувысоте; или находят отношение максимального и минимального сигналов в области зазора; определяют смещение профиля сканирования по отношению к рассчитанному в отсутствии зазора (кривая 14 рисунка 2). В общем случае контроль положения детали или измерение ее размеров производят путем сравнения результатов сканирования соответствующей области изделия с результатами расчета или измерений для этой области, выполненных для эталонного образца.

Сравнение производят на ЭВМ с помощью соответствующей компьютерной программы.

Использование: для неразрушающего контроля изделий. Сущность: заключается в том, что система неразрушающего контроля изделий содержит точечный источник излучения, узел возвратно-поступательного перемещении объекта контроля, матрицу детекторов и блок управления и обработки информации, при этом за объектом контроля установлен, по крайней мере, один кольцевой коллиматор с соосными коническими поверхностями с вершиной в месте нахождения источника, коллиматор-ограничитель пучка излучения, а детекторы излучения расположены по окружностям, задаваемыми кольцевыми коллиматорами. Технический результат: повышение точности и производительности измерений, упрощение технологии измерений, упрощение технической реализации. 2 ил.

Система неразрушающего контроля изделий, содержащая точечный источник излучения, узел возвратно-поступательного перемещения объекта контроля, матрицу детекторов и блок управления и обработки информации, отличающаяся тем, что за объектом контроля установлен, по крайней мере, один кольцевой коллиматор с соосными коническими поверхностями с вершиной в месте нахождения источника, коллиматор-ограничитель пучка излучения, а детекторы излучения расположены по окружностям, задаваемым кольцевыми коллиматорами.