Рентгенотелевизионный дефектоскоп Советский патент 1991 года по МПК G01N23/04 

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий, точнее к радиационным дефектоскопам, и мокст быть использовано при дефектоскопии сварных соединений.

Целью изобретения является повышение эффективности обнаружения дефектов путем поддержания фиксированной вероятности ложных тревог.

На фиг.1 изображена схема рент- генотелевизионного дефектоскопа; на фиг.2 - структурная схема классификатора дефектов; на фиг.З - функциональная схема передающей телевизионной камеры на трехфазной матрице с фотоприемником приборов с зарядовой связью (ПЗС) и блоком управления; на

фиг.4 - особенности реализации узла из последовательно соединенных блока элементов памяти (БЭП) и блока буферных схем (ББС): на фиг.5 - временные диаграммы работы схем управления дефектоскопом; на фиг.6 - график эффективности обнаружения дефектов.

Рентгенотелевизионный дефектоскоп содержит источник 1 рентгеновского излучения, контролируемый объект 2, преобразователь 3, рентген-свет, передающую телевизионную камеру 4 на матрице ПЗС, блок управления 5, классификатор дефектов 6, АЦП 7, одновиб- ратор 8, буферную схему 9, квадратор 10, блок вычитания 11, квадратор 12, БЭП 13, ББС 14, сумматор 15, квадратор 16, БЭП 17, ББС 18, сумматор

о ел

оо

19, блок вычитания 20, схему сравнения 21, распределитель импульсов 22, элемент И 23 и одновибратор 24.

Рентгеновское излучение источника 1, пройдя через контролируемый объект 2, преобразуется в преобразователе 3 в оптическое излучение, проецируемое на передающую телевизионную камеру 4 на матрице ПЗС, управляющий вход которой соединен с выходом 25 блока управления 5, а выход подключен по входу АЦП и входу 26 классификатора дефектов 6, пход 27 которого подключен к выходу схемы сравнения 21, управляющие входы 28 и 29 соединены соответственно с выходами 30 и 31 блока управления 5, а выход 32 является выходом дефектоскопа.

Выход АЦП 7 соединен с информаци- онными входами 33 блока вычитания 11 входом 34 БЭП 13 и информационным входом квадратора 10, выход которого подключен к информационному входу 35 БЭП 17, управляющий вход 36 которо- ги соединен с выходом 31 блока управления 5, а выходы 37(, 37g ,. „., 37п соединены с информационными входами 38Ь 38,.. .,38 „ ББС 18, выходы 39,...,39И которого являются ин- формационпыми входами АО,...,40 сумматора 19, выход которого подключен к информационному входу 41 блока вычитания 20, информационный вход 42 которого соединен с выходом квадрато ра 16, а выход - с входом 43 схемы сравнения 21, информационный вход 44 которой подключен к выходу квадратора 12, а выход объединен с входом од новибратора 24 и входом 27 классифи- катора дефектов 6.

Управляющий вход 45 БЭП 13 подключен к выходу 31 блока управления 5, а его информационные выходы 46, 46л, ... ,46 (., соединены с информацион- ными входами 47,, 47,...,47 ББС 14 выходы 48,, 482,...,48W которого соединены с 1шформационными входами 49,, 49г,...,49 исумматора 15, выход которого подключен к входу квадрато- pa 16 и входу 50 блока вычитания 11, выход которого соединен с входом буферной схемы 9.

Дефектоскоп работает следующим образом.

Рентгеновское излучение источника

1,пройдя через контролируемый объект

2,создает иа преобразояателе 3 тене5

0 5 $ о

5 Q

5

вое изображение внутренней макроструктуры участка объекта 2. После преобразования оптческое изображение проецируется на матрицу ПЗС в передающей телевизионной камере 4 (см. фиг.1).

Обработка изображения начинается с момента подачи импульса на электрический вход 51 дефектоскопа. В течение временного интервала Сн осуществляется накопление зарядов в фоточувствительных ячейках ПЗС. За время кадрового гасящего импульса накопленные зарядовые пакеты переносятся в секцию памяти матрицы ПЗС, откуда с частотой строк переписываются в выходной регистр. За время прямого хода по строке зарядовые пакеты поэлементно выводятся из выходного регистра и в выходном устройстве преобразуются в яркостный видеосигнал.

Управление работой схемы дефектоскопа и передающей телевизионной камеры организуется блоком 5. j Яркостный видеосигнал с выхода камеры 4 преобразуется в АЦП 7, в двоичный код, поступающий на информационные входы квадратора 10, блока вычитания 11, БЭП 13.

В БЭП 13 хранятся двоичные коды отсчетов зарядовых пакетов (К,,, Ка, ...,КП, Кл-н) с (п+1) предшествующих анализируемому элементов матрицы ПЗС. БЭП 13 представляет собой последовательное соединение (п+1)-го регистров памяти (см. фиг.4), выходы которых являются соответствующими выходами БЭП 13. Двоичный код отсчетов Y с анализируемого элемента матрицы ПЗС с выхода АЦП 7 записывается в первый регистр памяти блока 13. Причем ранее хранящийся в нем код отсчета Х с предшествующего 1-го элемента ПЗС переписывается в следующий регистр памяти и т.д. Наконец, код отсчета Х с предшествующего анализируемому п-го элемента ПЗС переписывается в (п+1)-й регистр памяти. Одновременно коды отсчетов К,., К2,...,КП+Л выводятся на соответствующие выходы БЭП 13, соединенные с соответствующими входами ББС 14. На выходы ББС 14 передаются двоичные коды лишь п отсчетов X. Целесообразность этого станет ясна из последующего изложения. На выходе сумматора 15 формируется двоичный код, соответствующий статистике

n

г

i

ХАналогично действует цепь из БЭН 17, ББС 18 и сумматора 19 с той лишь разницей, что на вход 35 БЭП 17 подаются с выхода квадратора 10 двоичные

2. v i vl

коды отсчетов X;

12.

V , л

П-М

а на

выходе сумматора 19 формируется код статистики

М

Т2

X

Структура предлагаемого обнаружителя дефектов определяется следующим алгоритмом:

(nY - Т,) d n T2 - Т

1

(п+-1)с|/(п-1).

где d

Величина пороговой функции Со однозначно связана с вероятностью ложных срабатываний Ј и объемом классифицируемой пыборки п.

Левая часть неравенства (1) формируется цепью из блока вычитания 11 и квадратора 12. На информационный вход 33 блока вычитания 11 подается код, соответствующий умноженному .на n значению зарядового пакета Y с анализируемого элемента ПЗС. С целью упрощения конструкции дефектоскопа предложено выбирать величину n кратной двум, т.е. n 2ю. Тогда умножение на n значения Y реализуется сдвигом .на D разрядов кода, поступающего на вход 33 блока вычитания 11 относительно его разрядных входов Для этого достаточно на D младших разрядов (входы 33) блока 11 подать напряжение логического нуля.

При выборе n 235 код с выхода сумматора 19 сдвигается на D разрядов в сторону старших разрядов при подаче на информационный вход 41 блока вычитания 20, на вход 42 которого подается цифровой код статистики Т .

Для упрощения конструкции в схеме принято выбирать величину d кратной двум, т,е. d 2 . Тогда умножение на d значения (пТ. - Т) реализуется сдвигом на N разрядов в сторону старших разрядов кода с выхода блока -вычитания 20 относительно разрядных входов 43 схемы сравнения 21.

При выполнении условия (1) на выходе схемы сравнения 21 появляется

580496

напряжение логической единицы, подава- CMOS на вход 27 классификатора дефектов 6 и на вход одновибратора 24.

, Классификатор дефектов 6 может

быть аналогичен описанному в прототипе. Структурная схема классификатора дефектов, представленная на фиг.2, включает видеоконтрольное устройст-

10 во (ВКУ) 52, смеситель 53, схему овпадения 54, блок 55 выделения контролируемого участка, регистратор 56, генератор 57 импульсов подсвета дефекта. Сигналы дефектов с входа 27

(5 классификатора поступают на вход 58 схемы совпадений 54. Одновременно на вход 59 схемы совпадения 54 подаются импульсы от генератора 57 импульсов подсвета дефекта, частота которого

20 составляет единицы герц

В результате на выходе 60 схемы совпадештй 54 появляются импульсы подсвета дефекта с частотой генератора 57 и, проходя через смеситель 53,

смешиваются с видеосигналом передающей телевизионной камеры, поступающим на вход 61, в результате чего на экране ВКУ 52 в месте расположения дефекта появляется периодически мерцающая яркостная отметка, что значительно улучшает заметность дефекта для оператора.

На вход 62 смесителя 53 подается сигнал с блока 55 выделения контролируемого участка, при этом на экране ВКУ 52 возникает контур выделенного /тля анализа участка изображения. Ограничив контуром зону дефекта, оператор определяет анализируемый участок. Сигналы дефекта, подаваемые на вход 63 блока 55 выделения контролируемого участка, проходят через него и с выхода 64 блока 55 поступают на вход регистратора 56, который

производит регистрацию дефектов по

величине, согласно выбранной классификации .

Вариант функциональной схемы камеры на трекфазной матрице ПЗС с блоком управления приведен на фиг.З, где имеются три формирователя фазных напряжений 65-67, два генератора 68 и 69 импульсов переноса, блок 70 делителей частоты, выходной регистр 71,

накопитель 72 (секция накопления), секция 73 памяти, выходное устройство 74 и. видеоусилитель 75.

Реализация узла из последовательно соединенных БЭП 1 и ББС 14, представленная па фиг.4, содержит регистры памяти 76,,...,76П, образующие

БЭП 13, и элементы И 77 77n, a

тагске 78,,.о,78, входящие в состав

ББС.

Строки матрицы ПЗС располагаются перпендикулярно сварному шву, что позволяет считать первые анализируемые элементы строки полностью бездефект- 1ГЫМИ. В момент перехода к обзору новой строки запускается одновибратор 8. Напряжение логического нуля с его инверсного выхода подается на управляющий вход буферной схемы 9, за- прещая тем самым передачу кода с выхода блока вычитания 11 на вход квадратора 120 Таким образом, во время анализа первых U элементов строки ПЗС на разрядных входах 44 схемы сравнения 21 установлен цифровой код соответствующий нулю. Тем самым исклчается выполнение условия (1). Одновременно с этим заполняется содержимое регистров памяти БЭП 13 и 17 отсчетами исходной классифицируемой выборки.

В дефектоскопе требуется зафиксировать все дефекты в контролируемом поле. Поэтому аппаратура после выие- сепия решения об обнаружении в j-м элементе строки должна исключить его отсчет при формировании классифицирующей выборки для последующих элементов. Последнее достигается посредством включения в схемы БЭП 13 и 14 дополнительного (Н-Н)-го регистра памяти, а также посредством введения ББС 14 и 18 и распределителя импульсов 22„

Рассмотрим работу схемы на примере просмотра строки ПЗС, содержащей светящиеся объекты. Эпюры напряжений поясняющие работу аппаратуры, приведены на фиг.5, где изображены импуль см на выходам 30 и 31 блока управления 5, инверсном выходе одновибрато- ра 8, а также выходах схемы сравнения 21, одновибратора 24 и элемента И 23.

Импульс с выхода 30 блока управления 5 (см. фиг.За), сигнализирующий о переходе к считыванию информации с новой строки, запускает одновибратор 8, формирующий на инвертирующем выходе импульс (см. фиг.5) длительностью чуть больше четырех периодов следования тактовых импульсов с выхода 31 блока управления 5 (см.

Q 5 0 5

0 0

5

5

0

5

фиг.56). Благодаря этому во время взятия отсчетов зарядовых пакетов с первых четырех фотоэлементов строки матрицы ПЗС на разрядных входах квадратора 12 действуют напряжения логического нуля. Следовательно, в течение анализа первых четырех элементов ПЗС на выходе схемы сравнения 21 (см. фиг.Зг) не может быть выполнено условие (1), а аппаратура не .производит здесь обнаружения. При этом последовательно заполняются регистры памяти БЭП 13 и 17 так, что сигналы Т и Т % на выходах соотетствующих сумматоров 15 и 19 последовательно во времени принимают соответствующие значения.

В момент генерации пятого тактового импульса (см. фиг.56) на управляющем входе буферной схемы 9 действует напряжение логической единицы (см. фиг.5в). При этом сигнал Т,, X , + X э + X 4. на выходе сумматора 15 представляет собой сумма цифровых кодов отчетов зарядовых пакетов с четырех предшествующих ему бездефектных элементов. Кодовая комбинация на входе сумматора 15 соответствует нулю, так как на входе ББС 14 действует кодовая комбинация,запрещающая прохождение сигнала с выхода последнего регистра памяти БЭП 13 на вход 49у сумматора 15. Аналогично работает цепь БЭП 17, ББС 18 и сумматор 19.

Пусть при обследовании шестого фотоэлемента строки принято решение о приеме полезного излучения (см. фпг.5г). Сигнал с выхода схемы сравнения 21 запускает одновибратор 24 (см. фиг.5д), идентичный по своим параметрам одновибратору 8. Последующие четыре тактовых импульса с выхода 30 блока управления 5 будут свободно проходить через элемент И 23 на вход распределителя импульсов 22. Если в исходном состоянии на разрядных входах 2°...2 действует код 11110, то в следующие четыре цикла после срабатывания схемы сравнения 21 последовательно устанавливаются коды 01111, 10111, 11011 и 11101. Благодаря этому отсчет X, не будет нимать участия в формировании классифицируемой выборки шума (см.фиг.4). В течение всего отмеченного времени дополнительные пятые регистры памяти в БЭП 13 и 17 будут доставлять необходимую информацию.

Распределитель импульсов может быть реализован на микросхемах серий 133, К133, 155, К155.

На фиг.6 представлена зависимость эффективности обнаружения ft (вероятности правильного обнаружения дефектов) при об от параметра

frit 1

-q

зависимого от отношения

сигнал/шум q (Ј-Ј)/& Здесь Ј и Ј определяют величины средних значений зарядовых пакетов соответственно с дефектных и бездефектных элементов, а величину дисперсии шума. Таким образом, предлагаемый рент- генотелевнэионный дефектоскоп гарантирует вероятность ложных тревог не выше заданной величины практически при любой фактической толщине сварного шва или интенсивности источника рентгеновского излучения, а также не требует подстройки пороговой функции в процессе работы.

Формула изобретения Рентгенотелевнзионный дефектоскоп, содержащий последовательно расположенные источник рентгеновского излучения, преобразователь рентген-. свет, передающую телевизионную камеру с фотоприемником приборов с зарядовой связью и с блоком управления, а также первый сумматор, элемент И и {классификатор дефектов, о т л и ч а - к щ и и с я тем, что, с .целью повышения эффективности обнаружения дефектов путем поддержания фиксированной вероятности ложных тревог, в него введены аналого-цифровой преобразователь (АЦП), три квадратора, два одновибратора, буферная схема, два блока элементов памяти, два блока буферных схем, два блока вычитания, схема сравнения, распределитель импульсов и второй сумматор, причем первый и второй входы классификатора дефектов связаны с соответствующими выходами блока управления, выход фотоприемника приборов с зарядовой

связью связан с третьим входом классификатора дефектов и входом АЦП, выход которого объединен с информаци- онными входами первого квадратора, первого блока элементов памяти и первым информационным входом первого блока вычитания, второй информационный вход которого подключен к выходу

первого сумматора и через второй квадратор - к первому информационному входу второго блока вычитания, второй информационный вход которого соединен с выходом второго сумматора,

5 информационные входы которого являются информационными выходами первого блока буферных схем, информационные входы которого подключены к информационным выходам второго блока элемен0 тов памяти, информационный вход которого соединен с выходом первого квадратора, выход первого блока вычитания соединен с первым входом буферной схемы, выход которой через третий квад5 ратор связан с первым информационным входом схемы сравнения, а второй вход буферной схемы является выходом первого одновибратора, вход которого соединен с первым входом класси0 фикатора дефектов, второй информационный вход схемы-сравнения соединен . с выходом второго блока вычитания, а выход схемы сравнения подключен к четвертому входу классификатора де5 фектов и одновременно через второй одновибратор к первому входу элемента И, выход которого через распределитель импульсов соединен с управляющими входами первого и второго бло0 ков буферных схем, причем информационные входы второго блока буферных схем являются выходами первого блока элементов памяти, а информационные выходы второго блока буфер5 них схем подключены к информационным входам первого сумматора, тактовые входы первого и второго блоков элементов памяти объединены с вторым входом элемента И и вторым входом

0 классификатора дефектов, выход которого является выходом дефектоскопа.

Вход - быход М

Изобретение относится к нераз- руиаюцему контролю материалов и изделий, точнее к радиационным дефектоскопам, и может быть использовано при дефектоскопии сварных соединений. Цель изобретения - повышение эффективности обнаружения дефектов путем поддержания фиксированной вероятности ложных тревог. Дефектоскоп содержит последовательно расположенные источник рентгеновского излучения, контролируемый объект, преобразователь рентген-свет, передающую ТУ камеру на матрице приборов с зарядовой связью и блоком управления, сумматор, элемент И и классификатор дефектов. Новым в дефектоскопе является аналого-цифровой преобразователь, три квадратора, два одновиб- ратора, буферная схема, два блока элементов памяти, два блока буферных схем, два блока вычитания, схема сравнения, распределитель импульсов и дополнительный сумматор. 6 ил. о Ј (Л с

Фиг./

51

55

64

/ i

28 29 27

1658049 61

i

53

60

54

58

61

53

56

Фиг. 2

4Ч

I

ifiUiiiiiiMfrril

1

1

JLJL

MM

Фиг А

I

1

1

JLJL

MM

Фиг. 5

Б1Л21ЮЯНЮ9 8 /7-7

Фиг. 6

6/Ъ