УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАДИАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ВНУТРЕННЕЙ СТРУКТУРЫ ОБЪЕКТОВ

Устройство для радиационного исследования внутренней структуры объектов
Полезная модель относится к области радиационных методов исследования внутренней структуры объектов с получением теневых изображений.
Известны устройства для исследования внутренней структуры объектов, в которых просвечивают контролируемый объект расходящимся пучком рентгеновского излучения и получают на соответствующей системе отображения теневое изображение внутренней структуры исследуемого объекта. (Клюев В.В. и др. Промышленная радиационная интроскопия. М., Энергоатомиздат, 1985, с.5-8).
Недостатком устройства с использованием широко расходящегося пучка является невозможность достижения достаточно высокой чувствительности к маломерным деталям внутренней структуры объекта (дефекты, включения) без сопутствующего усложнения рентгеновской аппаратуры, например за счет применения микрофокусных источников.
Известным техническим решением является устройство для исследования внутренней структуры объектов, в котором получают теневые проекции сечений исследуемого объекта путем его сканирования коллимированным пучком рентгеновского излучения и детектировании прошедшего через объект излучения детектором, который формирует электрические сигналы, представляющие соответствующие теневые проекции (Патент Великобритании N° 1283915, МПК: G01 23/08, опубл. 1975).
Этот известное устройство положено в основу рентгеновской вычислительной томографии, согласно которой с помощью пол)енных с различных угловых направлений теневых проекций вычислительными средствами восстанавливают изображение сканируемого слоя исследуемого объекта.
В известном устройстве получаемое пространственное разрешение в получаемых теневых проекциях определяется, в первую очередь, размерами коллимированного пучка и/или детектора в направлении сканирования, т.е. при наличии в исследуемом объекте более мелких деталей структуры, последние могут не выявляться в получаемой теневой проекции.
Известно устройство радиационного исследования внутренней структуры объектов, в котором производят получение, по меньшей мере, одной теневой проекции сечения исследуемого объекта путем его сканирования коллимированным пучком рентгеновского излучения и детектирования прошедшего через объект излучения с формированием электрических сигналов, при этом исследуемый объект и коллимированный пучок перемещают относительно друг друга (Патент Российской Федерации № 2069853, МПК: G01 № 23/08, опубл. 1996, прототип).
Недостатки известных технических решений заключаются в том, что для получения теневых изображений перемещают именно коллимированные пучки относительно объекта, что приводит к усложнению общей конструкции, к повышению требований к радиационной защите, к возможности пробелов при контроле объекта изза резких перемещений излучателя.
Данная полезная модель устраняет указанные недостатки.
Техническим результатом данной полезной модели является 100% контроль объекта, в данном случае стенки трубы, надежность в работе, компактность устройства, возможность повторного изучения теневых изображений, фиксации количества дефектов и их расположения.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для радиационного исследования внутренней структуры объектов, содержащем рентгеновский излучатель с пультом управления, коллиматоры, систему перемещения, держатель исследуемого объекта для его перемещения, детектор излучения, индикаторный блок, исследуемый объект выполнен в виде трубы, детектор излучения выполнен в виде электронно-оптического преобразователя, на выходе которого установлена цифровая видеокамера с короткофокусным объективом и платой ввода в персональный компьютер, видеокамера снабжена блоком питания, выход видеокамеры соединён со входом персонального компьютера, один из выходов которого соединён с пультом управления, держатель и система перемещения исследуемого объекта выполнены в виде рольганговой линии для придачи движения контролируемой трубе по спирали, в коллиматорах выполнены окна, в том числе окно для получения кадров изображения контролируемой трубы, окно для определения смещения положения трубы, а также окно с закрепленными в нём мониторными пластинами.
Указанные преимущества изобретения позволяют проводить дефектоскопию, как серийно выпускаемых, так и бывших в употреблении труб для определения остаточной толщины стенок трубы, уменьшившейся в результате коррозии, дальнейшее использование этих труб в менее напряженных условиях.
Принцип работы предлагаемого устройства состоит в том, что производят сканирование предварительно подготовленной трубы подавая ее по спирали под коллимированный пучок рентгеновского излучения с
последующим детектированием (и с формированием электрических сигналов) прошедшего через трубу потока рентгеновского излучения.
Для достижения наиболее высокого качества контроля толщины стенки трубы бывшей в употреблении, трубу предварительно готовят с помощью трех технологических процедур:
опрессовка с целью максимального приближения формы трубы к цилиндрической форме;
обработка внешней поверхности трубы на специальном токарном станке с целью очистки от коррозии и загрязнения;
подготовка внутренней поверхности трубы с помощью обработки на горизонтально-сверлильном станке с помощью фрезы с целью удаления защитного покрытия и загрязнения.
Для учета систематических погрешностей связанных с характеристиками всей схемы измерения, перед началом контроля направляют на исследование эталонную трубу и получают теневое рентгеновское нормировочное изображение, которое записывают в память компьютера.
Далее производят сканирование исследуемой трубы и, соотнося полученные теневые изображения с нормировочным изображением, получают цифровое изображение полной развертки стенки трубы в виде отдельных последовательных кадров.
Частоту записи кадров и время экспозиции синхронизируют с угловым и продольным перемещениями трубы, накладывая каждый последующий кадр изображения на часть стенки трубы, попавшую в предыдущий кадр.
Учитывая возможные изменения положения исследуемой трубы относительно положения эталонной трубы, в каждом кадре по теневому
рентгеновскому изображению одной из образующих фиксируют относительное смещение положения исследуемой трубы.
Таким образом, устройство для радиационного исследования внутренней структуры объектов может контролировать как серийно изготовляемые трубы, так и трубы, бывщие в унотреблении.
Как было указано выше, трубы, бывшие в употреблении следует предварительно обработать.
Сущность полезной модели поясняется на Фиг.1 и Фиг.2а,2б.. На Фиг. 1 представлена схема рентгеновского телевизионного интроскопа.
Здесь 1-рентгеновский излучатель, 2-коллиматоры с окнами, 3рентгеновский электронно-оптический преобразователь (РЭОП), 4цифровая видеокамера, 5-пульт управления, 6-контролируемая труба, 7блок питания видеокамеры, 8-персональный компьютер, 9 и 10 - окна с мониторными пластинами, 11-окно для определения положения трубы, 12-верхний край трубы, 13-основное окно для прохождения рентгеновского излучения.
На Фиг.2а представлено изображение коллиматора 2 в двух положениях трубы. Фиг.2а-нормальное положение трубы, Фиг.2вположение трубы, поднятой вверх на 5h.
Устройство работает следующим образом.
Поток рентгеновского , выходящий из рентгеновского излучателя 1, проходит через окна в коллиматорах 2, расположенных между рентгеновским излучателем 1 и РЭОПом 3, через контролируемую трубу 6 и попадает на входной экран РЭОНа 3. На входном экране РЭОПа 3 после прохождения рентгеновского потока через исследуемый объект, формируется теневое рентгеновское изображение. Входной экран находится в непосредственном соприкосновении с фотокатодом. В результате воздействия световой энергии люминесцентного экрана из
катода выбиваются электроны, которые ускоряются высоким напряжением анода и падают на выходной экран, где образуется уменьшенное, перевёрнутое и усиленное видимое изображение. С помощью фокусирующего электрода обеспечивается электростатическая фокусировка изображения.
Полученное на выходном экране изображение передается с помощью оптической системы на светочувствительный слой видеокамеры 4, а затем электронным путём в персональный компьютер (ПК) 8.
Сначала в устройство между коллиматорами 2 помещают эталонную трубу, материал, диаметр и толщина стенок которой соответствует номинальным параметрам контролируемой трубы и получают теневое рентгеновское нормировочное изображение (нормировочный кадр). Полученное нормировочное изображение записывается в цифровом виде в память ПК 8.
В процессе контроля трубы величина сигнала абсолютно во всех элементах изображения в окне 9 и 10 сравнивается с величинами сигналов соответствующих элементов нормировочного изображения.
Затем между коллиматорами 2 начинают перемещать, с одновременным вращением вокруг собственной оси, контролируемую трубу 6 так, чтобы ее ось совпадала с продольной осью симметрии основного окна 13 коллиматора. Движение трубы происходит по спирали. Таким образом, мимо окна 13 последовательно проходит вся стенка трубы.
В окнах 9 и 10 коллиматора расположены мониторные пластины, толщины которых соответствуют номинальной и предельно допустимой толщине трубы. 6
Окно 11 служит для контроля смещения оси трубы при её перемещении и расположено так, чтобы в него при движении трубы попадала рентгеновская тень верхней образующей 12. Таким образом, учитывается смещение трубы относительно положения эталонной трубы.
Такое исполнение устройства позволяет учесть как неоднородности передачи изображения от РЭОПа 3 до видеокамеры 2 и неоднородность чувствительности по площади изображения всех элементов системы так и учесть возможные изменения параметров рентгеновского потока.
Передвигая контролируемую трубу по спирали мимо окна 13 и получая теневое изображения всей стенки трубы в виде отдельных кадров, частоту записи кадров и время экспозиции каждого кадра выбирают в соответствии с угловой скоростью перемещения трубы 6 таким образом, чтобы, с целью 100% контроля, каждый последующий кадр захватывал часть стенки трубы попавшую в предыдущий кадр.
Такая тактика измерений позволяет избежать пропуска какой-либо части стенки контролируемой трубы. Все изображения записываются в память ПК 8.
В процессе движения трубы и получения кадров изображения стенки в процессоре ПК 8 происходит их анализ:
-по положению края трубы в окне 11 определяется смещение текущего кадра относительно нормировочного кадра 5h,
-величина сигнала во всех элементах текущего изображения в окне 13 корректируется с учетом сдвига 6h и величинами сигналов в мониторных окнах,
-затем откорректированные величины сигналов во всех элементах текущего изображения сравниваются с величинами сигналов соответствующих элементов нормировочного изображения.
- если соотношение этих сигналов в каком либо элементе изображения превышает заданный норог контроля то такое место трубы считается дефектным.
Результаты контроля стенки трубы выводятся на экран ПК 8 в процессе движения трубы в двух видах:
-последовательности квадратов (или любых других знаков), каждый из которых соответствует кадру изображения, причем обозначения кадров без дефекта и с дефектом отличаются друг от друга. Таким образом, на экране в процессе просмотра трубы появляется цепочка знаков, показывающая, сколько дефектов в трубе и где они расположены;
-последовательности кадров теневых рентгеновских изображений всей поверхности трубы полученных в основном окне. После диагностирования трубы оператор может рассмотреть любой кадр изображения (любую часть поверхности трубы) на наличие в нем дефекта.
Весь комплекс данных хранится в памяти компьютера 8.