СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2013 года по МПК G01N23/05 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к 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.

Данный способ 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. Угловые положения определяет структура, которую мы хотим выявить в проекционном изображении и которая соответствует форме щели коллиматора. Происходит оконтуривание (окантовка) просвечиваемой детали объекта при одном или нескольких его положениях относительно пучка.

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

Техническим результатом является контроль взаимного расположения и/или 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 способе неразрушающего контроля изделий, заключающемся в сканировании объекта контроля пучком от точечного источника излучения при перемещении объекта контроля регистрации интенсивности излучения, прошедшего через объект контроля, с помощью матрицы детекторов и обработки в ЭВМ полученной информации с последующим восстановлением на ее основе внутренней структуры объекта, щелевыми коллиматорами формируют направленный поток излучения, форма которого повторяет контур контролируемой детали, объект контроля перемещают вдоль оси, перпендикулярной плоскости коллиматора и соединяющей точечный источник с центром коллиматора, в диапазоне, требуемом для оконтуривания детали, а интенсивность излучения регистрируют детекторами излучения, расположенными вдоль осевых линий щелей коллиматоров.

Сущность изобретения поясняется на фигурах 1 и 2.

На Фиг.1 схематически изображен продольный разрез системы неразрушающего контроля деталей изделия сферической формы, где: 1 - источник излучения, 2 - коллиматор-ограничитель пучка излучения, 3 - объект контроля, 4 - элемент конструкции (зазор) объекта контроля 3, положение и сечение которого контролируют, 5 - щелевой коллиматор (в общем случае может быть несколько со щелями различной формы) в виде окружности, 6 - детекторы излучения, расположенные вдоль осевой линии щели коллиматора, 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.

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 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 и форму коллиматоров 5 выбирают исходя из количества и формы контролируемых деталей. Материал и размер коллиматора-ограничителя пучка излучения 2 и коллиматоров 5 выбирают в соответствии с ослаблением излучения в контролируемом объекте 3.

Детекторы излучения 6 регистрируют излучение, прошедшее через контролируемый объект 3. Материал детекторов излучения 6 выбирают в соответствии с видом излучения и требуемой эффективностью регистрации. Размер детектора излучения 6 вдоль щели коллиматора 5 определяется требуемым пространственным разрешением вдоль этого направления. Другой поперечный размер и длина излучения 6 определяются необходимой эффективностью регистрации.

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

Для источника излучения 1, описываемого как точечный источник, 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 ΔR связаны соотношением:

ΔR/ΔL=R/L, где:

R - радиус кольцевого коллиматора 5,

L - расстояние от кольцевого коллиматора 5 до источника 1.

Из соотношения ΔR/ΔL=R/L видно, что это отношение может быть достаточно малым и высокая точность перемещения по радиусу ΔR будет обеспечена сравнительно грубым устройством перемещения 7 объекта контроля 3.

Одним из источников излучения 1 является источник рентгеновского излучения в виде бетатрона, коллиматор-ограничитель пучка излучения 2, кольцевой коллиматор 5 выполнены 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 фиг.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 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, при этом щелевыми коллиматорами формируют направленный поток излучения, форма которого повторяет контур контролируемой детали, объект контроля перемещают вдоль оси, перпендикулярной плоскости коллиматора и соединяющей точечный источник с центром коллиматора, оконтуривая контролируемую деталь, а интенсивность излучения регистрируют детекторами излучения, расположенными вдоль осевых линий щелей коллиматоров. Технический результат: обеспечение контроля взаимного расположения и/или 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. 2 ил.

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, отличающийся тем, что щелевыми коллиматорами формируют направленный поток излучения, форма которого повторяет контур контролируемой детали, объект контроля перемещают вдоль оси, перпендикулярной плоскости коллиматора и соединяющей точечный источник с центром коллиматора, оконтуривая контролируемую деталь, а интенсивность излучения регистрируют детекторами излучения, расположенными вдоль осевых линий щелей коллиматоров.