ГАММА-ДЕФЕКТОСКОП Российский патент 2013 года по МПК G01N23/00 

Изобретение относится к области исследования материалов без их разрушения, а точнее к гамма-дефектоскопии.

Известны гамма-дефектоскопы для просвечивания контролируемых объектов, например аппарат для радиографического контроля изделий, с транспортером источника барабанного (револьверного или роторного) типа, обеспечивающим револьверную подачу источника к выходному окну статичного блока защиты, снабженного концентричной полостью для размещения транспортера, выполненного в виде поворотного на 180° барабана, содержащего в своем канале источник излучения, размещенный на концевой части стержневого держателя, а также оснащен механизмами фиксации, управления поворотом барабана и замковым устройством [Гамма-аппарат для радиографического контроля, патент США №2891168, публ. 16.06.1959].

Известен гамма-дефектоскоп с излучателем, содержащим в блоке радиационной защиты установленный на подшипниках ротор для перемещения источника излучения из безопасного положения с максимальным поглощением излучения защитным материалом в положение просвечивания, соосное коническому выпускному окну, снабженному соответствующим съемным абтюратором, причем излучатель снабжен автоматизированными средствами управления и фиксации ротора. [Излучатель гамма-лучей, патент США №2984748, публ. 16.05.1961].

Наиболее близким по назначению и конструкции является гамма-дефектоскоп барабанного типа, в котором источник гамма-излучения перемещается из положения хранения в положение просвечивания к коллимационному окну при повороте барабана на 180°, размещенного в эксцентричной полости неподвижного блока защиты [Аппарат для радиографического контроля пустотелых изделий, патент США №2719926, публ. 04.10.1955].

Известный дефектоскоп состоит из корпуса, выполненного из защитного материала, снабженного эксцентричной цилиндрической полостью с выпускным окном, содержащей соответствующий ей оснащенный соосным выпускному окну каналом с источником излучения барабан также из защитного материала, выполненный с возможностью дистанционного поворота и фиксации в дискретных положениях посредством подпружиненных элементов, а также оснащен механизмом управления поворотом барабана и замковым устройством.

Общими недостатками известных дефектоскопов барабанного типа вследствие инерционности поворотного барабана и конструктивных люфтов в кинематических парах дефектоскопов является недостаточно четкая ориентация источника излучения в диаметрально-противоположных положениях просвечивания и хранения, провоцирующая возможность формирования при этом искаженного потока прямого и многократно рассеянного излучения соответственно с локальной диффузией и натеканием рассеянного излучения из канала поворотного барабана в граничных зонах его сопряжения с массивом статичного блока биологической защиты и выпускного окна (коллиматора) по гарантированным конструктивным зазорам подвижного и статичного компонентов защиты, что влечет за собой возможность повышения лучевых нагрузок на персонал и отражается на безопасности метода контроля.

Одновременно нечеткая фиксация излучателя относительно коллимационного окна в положении просвечивания при проведении исследований не обеспечивает необходимую статистическую достоверность при сравнении результатов контроля в условиях нестабильной геометрии распределения дозного поля.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого устройства, заключается в повышении безопасности и надежности защитных свойств с учетом санитарных норм радиационной безопасности, а также достоверности и надежности метода контроля за счет модификации кинематики фиксированных перемещений источника излучения в положения выпуска и перекрытия пучка излучения с образованием компенсирующих защитных лабиринтов при перекрытии пучка излучения.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в гамма-дефектоскопе, содержащем сборный блок защиты в виде стационарного цилиндра, снабженного эксцентричной полостью и коллимационным выходным окном, и соответствующего полости поворотного ротора, оснащенного посредством защитного стержневого держателя источником излучения в эксцентричном канале с отверстием, соосным коллимационному окну, и средство поворота ротора на 180°, на ведущей полуоси ротора укреплена шестерня с внешним зацеплением, торцовая поверхность которой концентрично ее образующей поверхности профилирована дугообразной выемкой, обеспечивающей возможность ее дискретного поворота совместно с ротором в диапазоне азимутального угла 180°, жестко ограниченного соответствующим профилю выемки упором, выполненным в виде цилиндрического пальца, статично укрепленного в корпусе, причем шестерня кинематически редуцированно (редукция не менее 2) постоянно сопряжена с поляризованным посредством пружины натяжения сектором зубчатого колеса, укрепленного на соответствующей оси с возможностью маятниковых перемещений, сообщаемых ему средством поворота ротора через шестерню и обеспечивающего поляризованную силовую фиксацию ротора в диаметрально противоположных дискретных положениях выпуска и перекрытия пучка излучения, причем в описанном дефектоскопе указанный технический результат получают и в том случае, когда шестерня с внешним зацеплением укреплена на ведущей полуоси ротора с возможностью юстировки рабочего положения ротора согласно азимутальному местоположению локально перфорированного в нем отверстия относительно выходного коллимационного окна и профилированной дугообразной выемки на торцовой поверхности шестерни, обеспечивающей возможность поворота ротора в диапазоне азимутального угла 180°, а также и в том случае, когда стержневой держатель, скрепленный с источником излучения, выполнен с возможностью ограниченных смещений вдоль оси эксцентричного канала ротора относительно отверстия в канале с образованием защитного лабиринта в исходном состоянии ротора при перекрытом пучке излучения, для чего периферийная часть защитного стержня держателя за пределами канала поворотного ротора, снабженная кольцеобразным пазом, кинематически сопряжена со статично укрепленным к корпусу пространственно профилированным кулачком, профиль которого согласован с траекторией и программой относительных перемещений держателя источника при повороте ротора в диапазоне азимутального угла 180°, а угол подъема профиля пропорционален осевому смещению стержневого держателя с источником излучения и когда периферийная поверхность поляризованного сектора зубчатого колеса снабжена пазом, выполненным с возможностью блокировки фиксатором замкового устройства в исходном состоянии.

Предлагаемое устройство (гамма-дефектоскоп) показано на фиг.1, 2, 3 и 4.

Устройство включает в себя корпус 1, стационарный блок защиты 4, оснащенный выходным коллимационным окном 3, эксцентричной полостью 2 для размещения подвижного ротора 5, содержащего в свою очередь в канале с отверстием 8 источник излучения 7 и защитный стержневой держатель 6, периферийная часть которого снабжена кольцеобразным пазом 19 и кинематически сопряжена со статично укрепленным к корпусу 1 пространственно профилированным кулачком 20. Устройство также содержит средство поворота ротора 9 и оснащено кинематической парой поляризованной фиксации ротора в диаметрально противоположных дискретных положениях выпуска и перекрытия пучка излучения в виде профилированной дугообразной выемкой 13 шестерни 17, укрепленной с возможностью юстировки на ведущей полуоси ротора 16 и обеспечивающей исключительную возможность поворота ротора 5 в диапазоне азимутального угла 180°, жестко ограниченного соответствующим профилю выемки упором в виде цилиндрического пальца 12, статично укрепленного в корпусе 1, а шестерня 17 при этом кинематически редуцированно (редукция не менее 2) постоянно сопряжена с поляризованным посредством пружины натяжения 15 сектором зубчатого колеса 10, укрепленного на оси 11 с возможностью дискретно-фиксированных маятниковых перемещений, сообщаемых ему средством поворота ротора 9 через шестерню 17. Устройство снабжено средством блокировки ведущей полуоси ротора 16 и ротора 5 в исходном состоянии (при перекрытом пучке излучения) соответственно и выполнено в виде замка 14 с ключом 21 и фиксатора 18, соответствующего пазу 22 на периферийной поверхности поляризованного сектора 10.

Устройство работает следующим образом.

Устройство в корпусе 1, содержащем снабженный полостью 2 и коллимационным выходным окном 3 стационарный блок защиты 4 и соответствующий полости поворотный ротор 5, оснащенный стержневым держателем 6 с источником излучения 7 в канале с отверстием 8, соосным коллимационному выходному окну 3, со средством поворота ротора 9 доставляют к объекту контроля, заблокированному замком 14. Затем ключом 21 открывают замок 14 и при этом деблокируют сектор 10 посредством вывода фиксатора 18 из паза 22. Средством поворота 9 приводят ведущую полуось ротора 16 с укрепленной на ней шестерней 17 и ротором 5 во вращательное движение в диапазоне азимутального угла поворота 180°, жестко ограниченном соответствующим профилю выемки 13 упором в виде цилиндрического пальца 12. При этом совмещаются оси отверстия канала 8 ротора 5 с выходным коллимационным окном 3, а поляризованный посредством пружины натяжения 15 сектор зубчатого колеса 10 через шестерню 17 обеспечивает гарантированную силовую фиксацию ротора 5 в позиции выпуска пучка излучения. Одновременно при повороте ротора 5 оснащенный источником излучения 7 защитный стержневой держатель 6, периферийная часть которого снабжена кольцеобразным пазом 19 и кинематически сопряжена со статично укрепленным к корпусу 1 пространственным кулачком 20, взаимодействует с его профилем при относительных взаимных перемещениях, обеспечивающих строго координированное ограниченное осевое смещение источника излучения 7 из позиции лабиринта хранения в канале 8 к его выходному отверстию, соосному коллимационному окну 3, и фиксируют его в этом состоянии, исключая при этом возможность произвольного люфта излучателя в рабочем положении на время экспозиции.

После завершения времени экспонирования ротор 5 приводят в исходное состояние средством поворота 9 через ведущую полуось ротора 16 с укрепленной на ней шестерней 17 за счет возвратного вращательного движения в диапазоне азимутального угла поворота 180°, жестко ограниченном соответствующим профилю выемки 13 упором в виде цилиндрического пальца 12, а поляризованный посредством пружины натяжения 15 сектор зубчатого колеса 10 через шестерню 17 обеспечивает гарантированную силовую фиксацию ротора 5 в исходном положении перекрытого пучка излучения. Одновременно при возврате ротора 5 в исходное положение оснащенный источником излучения 7 защитный стержневой держатель 6, периферийная часть которого снабжена кольцеобразным пазом 19 и кинематически сопряжена со статично укрепленным к корпусу 1 пространственным кулачком 20, взаимодействует с его профилем, обеспечивающим ограниченное осевое смещение держателя 6 с источником излучения 7 из положения просвечивания из выходного окна канала 8, соосного коллимационному выходному окну 3, и фиксируют его в лабиринте хранения канала 8, исключая при этом возможность произвольного люфта излучателя на время перекрытия пучка излучения.

При манипуляциях оператора средством поворота ротора 9 кинематическое обеспечение устройства обеспечивают логически согласованную с действиями оператора силовую фиксацию ротора 5 в двух диаметрально противоположных дискретных положениях. В режиме жесткого алгоритма при этом достигаются фиксированные перемещения излучателя относительно выпускного окна ротора, в результате чего обеспечивается четкая ориентация источника излучения в диаметрально-противоположных положениях просвечивания и хранения без искажения потока прямого излучения, локальной диффузии и натекания рассеянного излучения из канала поворотного барабана в граничных зонах его сопряжения, что исключает возможность повышения лучевых нагрузок на персонал и повышает безопасность метода контроля.

Одновременно исключаются нежелательные искажения коллимированного пучка излучения и обеспечивается систематически повторяющаяся стабильная диаграмма распределения дозного поля, что предопределяет качество радиографического метода контроля.

Использование: для исследования материалов посредством гамма-дефектоскопии. Сущность: заключается в том, что гамма-дефектоскоп содержит сборный блок защиты в виде монолитного стационарного цилиндра, снабженного эксцентричной полостью и коллимационным выходным окном, и соответствующего эксцентричной полости поворотного ротора, оснащенного посредством защитного стержневого держателя источником излучения в эксцентричном канале с отверстием, соосным коллимационному окну, и средство поворота ротора на 180°, при этом на ведущей полуоси ротора укреплена шестерня с внешним зацеплением, торцовая поверхность которой концентрично ее образующей поверхности профилирована дугообразной выемкой, обеспечивающей возможность ее дискретного поворота совместно с ротором в диапазоне азимутального угла 180°, жестко ограниченного соответствующим профилю выемки упором, выполненным в виде цилиндрического пальца, статично укрепленного в корпусе, причем шестерня кинематически редуцированно (редукция не менее 2) постоянно сопряжена с поляризованным посредством пружины натяжения сектором зубчатого колеса, укрепленного на соответствующей оси с возможностью маятниковых перемещений, сообщаемых ему средством поворота ротора через шестерню и обеспечивающего поляризованную силовую фиксацию ротора в диаметрально противоположных дискретных положениях выпуска и перекрытия пучка излучения. Технический результат: повышение безопасности и надежности защитных свойств с учетом санитарных норм радиационной безопасности, а также повышение достоверности и надежности метода контроля. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Гамма-дефектоскоп, содержащий сборный блок защиты в виде монолитного стационарного цилиндра, снабженного эксцентричной полостью и коллимационным выходным окном, и соответствующего эксцентричной полости поворотного ротора, оснащенного посредством защитного стержневого держателя источником излучения в эксцентричном канале с отверстием, соосным коллимационному окну, и средство поворота ротора на 180°, отличающийся тем, что на ведущей полуоси ротора укреплена шестерня с внешним зацеплением, торцовая поверхность которой концентрично ее образующей поверхности профилирована дугообразной выемкой, обеспечивающей возможность ее дискретного поворота совместно с ротором в диапазоне азимутального угла 180°, жестко ограниченного соответствующим профилю выемки упором, выполненным в виде цилиндрического пальца, статично укрепленного в корпусе, причем шестерня кинематически редуцированно (редукция не менее 2) постоянно сопряжена с поляризованным посредством пружины натяжения сектором зубчатого колеса, укрепленного на соответствующей оси с возможностью маятниковых перемещений, сообщаемых ему средством поворота ротора через шестерню и обеспечивающего поляризованную силовую фиксацию ротора в диаметрально противоположных дискретных положениях выпуска и перекрытия пучка излучения.

2. Гамма-дефектоскоп по п.1, отличающийся тем, что шестерня с внешним зацеплением укреплена на ведущей полуоси ротора с возможностью юстировки рабочего положения ротора согласно азимутальному местоположению локально перфорированного в нем отверстия относительно выходного коллимационного окна и профилированной дугообразной выемки на торцовой поверхности шестерни, обеспечивающей возможность поворота ротора в диапазоне азимутального угла 180°.

3. Гамма-дефектоскоп по п.1, отличающийся тем, что стержневой держатель, скрепленный с источником излучения, выполнен с возможностью ограниченных смещений вдоль оси эксцентричного канала ротора относительно отверстия в канале с образованием защитного лабиринта в исходном состоянии ротора при перекрытом пучке излучения, для чего периферийная часть защитного стержня держателя за пределами канала поворотного ротора, снабженная кольцеобразным пазом, кинематически сопряжена со статично укрепленным к корпусу пространственно профилированным кулачком, профиль которого согласован с траекторией и программой относительных перемещений держателя источника при повороте ротора в диапазоне азимутального угла 180°, а угол подъема профиля пропорционален осевому смещению стержневого держателя с источником излучения.

4. Гамма-дефектоскоп по п.1, отличающийся тем, что периферийная поверхность поляризованного сектора зубчатого колеса снабжена пазом, выполненным с возможностью блокировки фиксатором замкового устройства в исходном состоянии.