УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАФРАГМИРОВАНИЯ ПУЧКА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Относится к области неразрушающего контроля с использованием рентгеновского излучения и может быть применено для контроля материалов радиационным методом в различных отраслях машиностроения.
Известен сканирующий лазерный центратор для рентгеновского излучателя (патент РФ №2289221 от 29.04.2005, МПК H05G 1/02), особенность которого состоит в том, что в лазерный центратор дополнительно введены светоделитель, расположенный на оси лазера между первым отражателем и первым торцом лазера, под углом 45° к его оси, третий отражатель, расположенный на оси, проведенной из точки пересечения отражающей поверхности светоделителя с осью лазера перпендикулярно этой оси, светоделитель и третий отражатель жестко связаны между собой и установлены на вращающемся фланце, ось которого совпадает с осью лазера и который приводится во вращение с помощью привода, вращаемого с частотой 10 Гц с помощью электродвигателя, закрепленного на корпусе центратора, при этом отражающая поверхность третьего отражателя наклонена под углом =45°+угол_1/4 к оси лазера (угол_1 - это угол пучка рентгеновского излучения), а расстояние С между центрами светоделителя и третьего отражателя связано с расстоянием В по оси лазера от центра первого отражателя до светоделителя соотношением C=(A-B)*tg(угол_1/2), где А - расстояние от фокуса рентгеновского излучателя до центра первого отражателя. Устройство позволяет определить область объекта, просвечиваемую рентгеновским излучением, а также дает возможность определить центр данной области и, кроме того, упростить определение расстояния от рентгеновского излучателя до объекта.
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности автоматически изменять размеры зоны просвечивания и видеть указатель центра пучка в момент просвечивания. Для контроля разных по размеру объектов невозможно подбирать оптимальную зону просвечивания, что необходимо для получения качественного рентгеновского изображения исследуемого объекта.
Известно устройство для диафрагмирования пучка излучения медицинского рентгенодиагностического аппарата (патент РФ №2281692 от 28.12.2004, МПК А61В 6/06, G21K 1/04), которое содержит глубинную диафрагму с верхней и нижней группами шторок из материала с высоким атомным номером, выполненными с возможностью перемещения при помощи механизма, соединенного с электродвигателем, и расположенными между входным и выходным отверстиями глубинной диафрагмы, корпус которой жестко соединен с оптическим окном рентгеновского излучателя. В корпусе глубинной диафрагмы закреплена цифровая фотокамера, подключенная к компьютеру, оснащенному дисплеем и электронным координатографом, подключенным к электродвигателю, при этом цифровая фотокамера посредством двух зеркал, одно из которых расположено в зоне прямых рентгеновских лучей от рентгеновского излучателя, оптически установлена с возможностью совмещения фотоизображения с рентгеновским изображением. Это позволяет видеть зону просвечивания на фоне фотоизображения просвечиваемой части объекта.
Это устройство принято за прототип. Недостатком устройства является отсутствие возможности видеть зону просвечивания на фоне всего исследуемого объекта и весь объект с несколькими зонами контроля и, соответственно, быстро и целенаправленно перемещать исследуемый объект относительно источника излучения и детектора до совпадения центра пучка излучения и соответствующей зоны контроля. Поэтому невозможно в автоматизированном режиме перемещаться от одной зоны к другой. Кроме того, есть опасность выхода пучка за край объекта и попадания прямого пучка на детектор, что может привести к выходу из строя или сокращению срока службы дорогостоящего детектора.
При рентгентелевизионном контроле больших объектов важны производительность и качество контроля. Проблема состоит в том, чтобы обеспечить возможность, не заходя в камеру радиационной защиты, быстро и целенаправленно в автоматизированном режиме перемещать зону просвечивания от одной зоны контроля к другой. Также для получения качественного изображения необходимо, чтобы центр пучка рентгеновского излучения совпадал с центром зоны просвечивания. Кроме того, необходимо обезопасить детектор от прямого попадания на него излучения при выходе диафрагмированного пучка за границу объекта.
Техническая задача состоит в том, чтобы обеспечить возможность видеть зону просвечивания на фоне изображения исследуемого объекта, на котором размечены зоны контроля, и видеть центр пучка на фоне зоны просвечивания. Это позволит, не заходя в камеру радиационной защиты, быстро и целенаправленно в автоматизированном режиме выбирать путь перемещения зоны просвечивания к ближайшей зоне контроля, совмещать центр пучка с центром зоны контроля и при приближении к краю объекта избегать попадания прямого пучка излучения на детектор.
Для решения этой задачи в устройство для диафрагмирования пучка рентгеновского излучения, содержащее глубинную диафрагму, в корпусе которой размещены шторки из материала с высоким атомным номером, выполненные с возможностью независимого перемещения относительно друг друга, цифровую видеокамеру, направленную на зеркало из рентген прозрачного материала, расположенное в зоне прямых рентгеновских лучей, оптически установленную с возможностью совмещения видеоизображения с рентгеновским изображением, а также детектор рентгеновского излучения и компьютер, оснащенный первым дисплеем, введены цифровая широкоугольная видеокамера, направленная на объект контроля, дальномер, установленный на корпусе глубинной диафрагмы и направленный на объект контроля, и второй дисплей.
Технический результат состоит в том, что в то время, как на одном из дисплеев видно рентгеновское изображение зоны просвечивания, на другом дисплее можно видеть изображение объекта с нанесенными на него зонами контроля, полученное от широкоугольной видеокамеры, с наложенным на него изображением зоны просвечивания от видеокамеры, направленной на зеркало из рентген прозрачного материала, расположенное в зоне прямых рентгеновских лучей, оптически установленную с возможностью совмещения видеоизображения с рентгеновским изображением. Применение устройства при рентгентелевизионном контроле позволяет, не входя в камеру радиационной защиты, в автоматизированном режиме устанавливать оптимальные размеры пучка рентгеновского излучения, точно наводить центр пучка на центр зоны контроля и быстро целенаправленно перемещать зону просвечивания от одной зоны контроля к другой, избегая выхода зоны просвечивания за край объекта и попадания прямого пучка излучения на детектор. Благодаря этому получается более качественное изображение при меньшем времени контроля. Одновременно можно получать данные о расстоянии от фокуса лазерного дальномера, установленного на корпусе глубинной диафрагмы, направленного на объект контроля, до объекта контроля.
На фиг. 1 показан общий вид устройства.
На фиг. 2 показано взаимное расположение шторок глубинной диафрагмы.
На фиг. 3 показаны основные параметры, применяемые в расчете коэффициента изменения размеров элементов изображения зоны просвечивания, накладываемого на изображение всего объекта контроля.
Устройство содержит глубинную диафрагму 1, в корпусе 2 которой закреплены четыре шторки 3 (a, b, c, d), представляющие собой пластины из металла с высоким атомным номером (фиг. 2). Шторки 3 (а, b) могут перемещаться вдоль оси «X», а шторки 3 (с, d) - вдоль оси «Y», независимо друг от друга, линейными электрическими актуаторами 4 для обеспечения нужной геометрии пучка, формируемого свободным пространством между шторками 3 (а, b, с, d). Корпус 2 глубинной диафрагмы 1 имеет входное 5 и выходное 6 отверстия. Входное отверстие 5 примыкает к оптическому окну рентгеновского излучателя 7, жестко соединенного с корпусом 2 глубинной диафрагмы 1. В корпусе 2 диафрагмы 1 имеются окно и место для установки и крепления фильтров 8 из алюминия или меди, которые применяются для поглощения мягкого рентгеновского излучения.
Внутри корпуса 2 глубинной диафрагмы 1 закреплена цифровая видеокамера 9, оптически сопряженная с рентгеновским излучателем 7 посредством зеркала 10 из рентгенопрозрачного материала, установленного под углом 45° к оси пучка рентгеновского излучения. Видеокамера 9 связана с компьютером 11, в котором цифровое изображение от видеокамеры 9 накладывается на цифровое изображение от видеокамеры 12, установленной на корпусе 2 диафрагмы 1 и направленной на исследуемый объект 13. С компьютером связан первый дисплей 14, на который передается цифровое изображение от видеокамеры 12 с наложенным на него цифровым видеоизображением от видеокамеры 9. Исследуемый объект 13 расположен напротив выходного окна 6 диафрагмы 1, а за объектом 13 установлен детектор 15. Детектор 15 связан с компьютером 11, который в свою очередь связан со вторым дисплеем 16, на который передается цифровое рентгеновское изображение зоны просвечивания объекта 13. На корпусе 2 диафрагмы 1 установлен лазерный дальномер 17.
Устройство работает следующим образом.
Исследуемый объект 13 установлен на фокусном расстоянии от рентгеновского излучателя 7 напротив выходного окна 6 диафрагмы 1. За исследуемым объектом 13 находится детектор 15. Центр рабочей поверхности детектора 15 должен быть совмещен с центром пучка рентгеновского излучения 7. Проверку и в случае необходимости настройку этого производят при полностью открытых шторках 3 (а, b, с, d) диафрагмы 1 путем перемещения детектора 15 относительно центра пучка рентгеновского излучения до совмещения центра пучка с центром рабочей поверхности детектора 15.
На исследуемом объекте 13 могут быть нанесены зоны контроля, расстояние между которыми может быть значительным. Быстро и целенаправленно перемещать зону просвечивания от одной зоны контроля к другой можно тогда, когда в зоне видимости видеокамеры 12 наблюдаются несколько таких зон, большая часть исследуемого объекта 13 и его границы. Для этого изображение от видеокамеры 12 с широкоугольным объективом, закрепленной на корпусе 2 диафрагмы 1, охватывает большую часть исследуемого объекта 13 и передается в компьютер 11, в котором цифровое изображение обрабатывается и выводится на первом дисплее 14.
Изображение зоны просвечивания, сформированное в объективе видеокамеры 9, передается в компьютер 11, в котором цифровое изображение обрабатывается и выводится на том же дисплее 14, наложенным на изображение, полученное видеокамерой 12, стандартной операцией преобразования изображения. При наложении изображения от видеокамеры 9 учитывается изменение его размеров по отношению к размерам от видеокамеры 12, обусловленных разными расстояниями от объекта контроля 13 до фокусов видеокамер. На фигуре 3 показано, что фокусное расстояние от объекта 13 до фокуса излучателя 7 F=A1+A2. А1 - это расстояние от объекта 13 до фокуса видеокамеры 12, равное расстоянию от лазерного дальномера 17 до объекта 13. А2 - это расстояние от фокуса видеокамеры 12, закрепленной на корпусе 2 глубинной диафрагмы 1 до фокуса излучателя. Расстояние А2 определено конструкцией корпуса 2, и оно постоянно. Фокусное расстояние от объекта 13 до видеокамеры 9 равно фокусному расстоянию от объекта 13 до излучателя 7 и равно F, так как расстояние В1=В2. Коэффициент изменения размеров для элементов накладываемого изображения от видеокамеры 9 на изображение всего объекта контроля равен F/A1. Видеокамера 9, оптически сопряженная с рентгеновским излучателем 7 посредством зеркала 10 из ренттенопрозрачного материала, получает изображение, сформированное шторками 3 (а, b, с, d) диафрагмы 1. Это изображение соответствует зоне просвечивания. Для выделения изображения, полученного видеокамерой 9, может быть использован любой способ: более яркое изображение или яркие границы.
Перемещая объект исследования 13 относительно рентгеновского излучателя 7 и детектора 15 по осям «X» и «Y» и наблюдая за изображениями на дисплее 14, можно управлять совмещением зоны просвечивания с очередной зоной контроля. После совмещения зоны просвечивания и зоны контроля можно включать источник рентгеновского излучения 7, чтобы начать исследование зоны контроля с помощью рентгентелевизионного метода или делая снимки всей площади очередной зоны контроля. Пучок рентгеновского излучения, сформированный шторками 3 (а, b, с, d) диафрагмы 1, проходя сквозь исследуемый объект 13, попадает на рабочую поверхность детектора 15. В детекторе 15 энергия фотонов излучения преобразуется в электрические импульсы и далее в цифровую информацию о рентгеновском изображении зоны просвечивания. Эта информация передается в компьютер 11, в котором цифровое изображение обрабатывается и выводится на дисплее 16. Эта информация также может быть сохранена на любом носителе.
Дополнительно информация о рентгеновском изображении, переданная с детектора 15 и обработанная компьютером 11, позволяет находить центр пучка по точке максимальной интенсивности. Для этого сравнивается интенсивность пучка во всех точках зоны просвечивания и определяется точка с максимальной интенсивностью. Эту операцию производят при полностью открытых шторках 3 (а, b, с, d) диафрагмы 1 и рентгеновском излучении безопасной для детектора 15 интенсивности, без исследуемого объекта 13. По требованию оператора найденный центр пучка может быть высвечен любым значком на любом из дисплеев 14 или 16. Значком может быть крестик, окружность диаметром в несколько раз меньшим зоны просвечивания и т.д. Линии, образующие значок центра пучка, яркие и хорошо выделяются на фоне изображений от видеокамер 9 и 12, а так же от детектора 15.
Полученная с помощью дальномера 17 информация о расстоянии до объекта 13 передается в компьютер 11, в котором она запоминается, обрабатывается и применяется в расчетах для определения истинных величин элементов рентгеновского изображения на дисплее 16.
Предлагаемое устройство позволит повысить производительность рентгентелевизионного контроля объектов больших размеров с несколькими зонами контроля, продлить срок службы дорогого оборудования (детектора), а также повысить качество рентгеновского изображения. Глубинная диафрагма была испытана в работе. Испытания подтвердили возможность автоматизировать работу при рентгентелевизионном контроле.
Данные лазерного дальномера могут быть сохранены в памяти компьютера и выданы в отчетах о параметрах контроля. Эта информация позволяет оценить качество контроля.