СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ
METHOD OF NDT TESTING

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.