CN112577980A - 一种辐射自屏蔽的工业在线ct - Google Patents

Abstract

本发明提供一种辐射自屏蔽的工业在线CT，解决传统工业CT采用自屏蔽装置与检测大尺寸零件相互冲突，使得可检测零件的尺寸相对较小以及现有自屏蔽装置只能离线检测的问题。该工业在线CT包括立柱转台、立柱、横梁、屏蔽仓转台、辐射屏蔽仓、安装支架、探测器、射线源和N个工件转台，其中，N大于等于1；立柱设置在立柱转台上；横梁设置在立柱上；屏蔽仓转台悬挂在横梁下端，辐射屏蔽仓设置屏蔽仓转台下端；辐射屏蔽仓的两侧设置有开口，且开口处设置有铅橡胶防止辐射泄露；安装支架位于工件转台的上方，且设置在辐射屏蔽仓内；探测器、射线源设置在安装支架内，用于对设置在工件转台上的被检测件进行检测。

Description

一种辐射自屏蔽的工业在线CT

技术领域

本发明属于无损检测领域，具体涉及一种辐射自屏蔽的工业在线CT。

背景技术

工业CT是工业用计算机断层成像技术的简称，该技术采用核成像技术实现被检测件的检测需求，是工业中常见的无损检测方法，其原理是利用X射线或γ射线具有穿透性的特点，根据从探测器获取的辐射强度信息，反推出X射线或γ射线在被检测件内的衰减规律及分布情况，从而实现被检测件二维或者三维重建成像，最终根据其重建图像，获得检测件的缺陷、尺寸、材质等信息，从而方便的评估零件的结构、缺陷等状态，提高零件的安全性。

目前，工业CT多采用离线自屏蔽的方式对零件进行检测，离线检测即在零件成型后进行检测，一旦检测出缺陷就有可能使得零件报废而无法进行补救，且有可能导致整批采用相同工艺的零件报废的风险，因此在工艺流程中越早的检测出缺陷对于减少报废率是越有益的。

同时，目前采用自屏蔽方式或辐射防护室进行工业CT辐射防护设计。自屏蔽式设计，即屏蔽体与X射线探伤装置主体结构一体设计和制造，其检测器件及运动系统在屏蔽体内，屏蔽体能够将装置产生的X射线剂量减少到规定的剂量限值以下，但此种方式可检测零件的尺寸相对较小；另一种较为多用的方式为建设辐射防护室，此种方式在一定程度上增大了检测设备自由度及可检测零件的尺寸，但由于辐射防护室的造价及建造难度要远高于自屏蔽设计，且由于自屏蔽设计的灵活性要好于辐射防护室，因此目前工业CT还是多采用自屏蔽设计，而自屏蔽下的大尺寸零件检测问题是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是解决传统工业CT采用自屏蔽装置与检测大尺寸零件相互冲突，使得可检测零件的尺寸相对较小以及现有自屏蔽装置只能离线检测的问题，提供一种辐射自屏蔽的工业在线CT，该工业在线CT可实现大型工件在成形过程中及离线状态下的无损检测。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种辐射自屏蔽的工业在线CT，包括立柱转台、立柱、横梁、屏蔽仓转台、辐射屏蔽仓、安装支架、探测器、射线源和N个工件转台，其中，N大于等于1；所述立柱设置在立柱转台上，立柱转台用于带动立柱做旋转运动；所述横梁设置在立柱上，立柱用于带动横梁做上下移动；所述屏蔽仓转台悬挂在横梁下端，所述辐射屏蔽仓设置屏蔽仓转台下端，所述横梁用于实现辐射屏蔽仓的左右移动，所述屏蔽仓转台用于实现辐射屏蔽仓的旋转运动；所述辐射屏蔽仓的两侧设置有开口，且开口处设置有铅橡胶防止辐射泄露；所述安装支架位于工件转台的上方，且设置在辐射屏蔽仓内；所述探测器、射线源设置在安装支架内，用于对设置在工件转台上的被检测件进行检测，被检测件整体或部分设置在辐射屏蔽仓内。

进一步地，所述辐射屏蔽仓包括蒙皮、主体框架、屏蔽层和屏蔽层调整组件；所述主体框架为多层，多层主体框架由内向外依次嵌套设置，且主体框架上设置有安装轨道；所述屏蔽层为M层，M层屏蔽层安装在主体框架的安装轨道内，且屏蔽层通过屏蔽层调整组件固定在主体框架上，M大于等于1；所述蒙皮设置在主体框架的内侧和外侧，用于包覆主体框架；所述主体框架和蒙皮的两侧设置有开口。

进一步地，所述屏蔽层调整组件包括第一垫板、第二垫板和调整螺栓，所述第一垫板设置在屏蔽层外侧，所述第二垫板设置在主体框架外侧，所述调整螺栓穿过第二垫板，其末端抵靠在第一垫板上。

进一步地，所述主体框架采用一体式的三角形加强筋结构。

进一步地，所述屏蔽层主要由铅层和设置在铅层外侧的铁皮组成。

进一步地，所述立柱包括立柱本体和设置在立柱本体内的第一电机、第一减速器和第一螺杆；所述第一电机的输出轴通过第一减速器与第一螺杆连接，用于带动第一螺杆转动；所述第一螺杆上设置有与其螺纹连接的第一螺母，用于带动第一螺母上下移动，所述第一螺母与横梁固定连接，从而能够带动横梁实现上下移动。

进一步地，所述横梁包括横梁本体和设置在横梁本体内的第二电机、第二减速器和第二螺杆；所述第二电机的输出轴通过第二减速器与第二螺杆连接，用于带动第二螺杆转动；所述第二螺杆上设置有与其螺纹连接的第二螺母，用于带动第二螺母左右移动，所述第二螺母与屏蔽仓转台固定连接，从而能够带动屏蔽仓转台实现左右移动。

进一步地，所述安装支架为U型支架，所述探测器、射线源分别设置在U型支架的两块立板上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明辐射自屏蔽的工业在线CT的检测系统采用悬挂方式安装于运动系统上，检测系统和运动系统彼此独立，检测系统具有更广阔的运动轨迹，从而可以对大型零件进行检测。同时，该工业在线CT采用多运动轴自屏蔽式在线检测设计，多运动轴的运动结构实现了检测系统多自由度运动，从而实现了多尺寸零件检测功能切换。

2.本发明辐射自屏蔽的工业在线CT设置有工件转台，在检测完成其中一个工件转台上的待测零件后，检测系统在运动系统的带动下旋转至另一个工件转台上的待测零上进行检测，在进行检测的过程中上一个工件转台上放置新的检测零件，如此循环，同理可以增加在线检测工件转台，实现多个工位在增材制造过程中的CT检测，多工作台的设置可以极大的提高检测效率。

3.本发明辐射屏蔽仓在主体框架的两侧设置有开口，使得大型环形零件的部分结构位于主体框架内，该开口设计可以满足大型环形件及小尺寸零件的检测需要，拥有更灵活的应用场景。

4.本发明辐射屏蔽仓的主体框架上设置有安装轨道，安装轨道可以安装多层屏蔽层，屏蔽层层数及最大屏蔽厚度可以根据实际情况进行选择，从而实现了屏蔽层厚度的自由调整功能。

5.本发明辐射屏蔽仓的主体框架采用一体式的三角形型加强筋结构，保证在线工业CT整体装置悬挂或其他连接方式的受力运动需求，适用性强。

6.本发明辐射自屏蔽的工业在线CT中，自屏蔽装置悬挂于横梁上的设置可以在满足辐射防护安全的前提下增大检测零件尺寸，减少工程造价。

7.本发明辐射自屏蔽的工业在线CT的多运动结构采用电机、减速器、螺杆设计，保证检测系统在悬挂运动过程中安全稳定，可靠性强。

8.本发明辐射自屏蔽的工业在线CT整体系统可以实现多类型尺寸零件检测及在线离线检测功能切换，整个系统的功能多样，适用性广。

附图说明

图1为本发明辐射自屏蔽的工业在线CT的结构示意图；

图2为本发明辐射屏蔽仓的结构示意图；

图3为本发明辐射屏蔽仓去除蒙皮后的结构示意图；

图4为本发明辐射屏蔽仓中屏蔽层调整组件的结构示意图；

图5为本发明辐射屏蔽仓屏蔽层厚度变化的示意图；

图6为本发明辐射自屏蔽的工业在线CT实施例一的示意图；

图7为本发明辐射自屏蔽的工业在线CT实施例二的示意图；

图8为本发明辐射自屏蔽的工业在线CT实施例三的示意图；

图9为本发明辐射自屏蔽的工业在线CT实施例四的示意图。

附图标记：1-立柱转台，2-立柱，3-横梁，4-安装支架，5-探测器，6-射线源，7-辐射屏蔽仓，8-工件转台，9-屏蔽仓转台，10-被检测件，11-打印头，71-蒙皮，72-主体框架，73-屏蔽层，74-屏蔽层调整组件，76-开口，721-安装轨道，741-第一垫板，742-第二垫板，743-调整螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

本发明提供一种辐射自屏蔽的工业在线CT，该工业在线CT突破了传统工业CT只能检测较小尺寸零件的局限，在保证辐射安全的前提下实现了大尺寸零件的在线及离线检测功能，进而实现了大型件成形增材制造中的缺陷检测功能。该工业在线CT的探测器、射线源安装于辐射屏蔽仓内，整体采用自屏蔽的方式进行辐射防护同时，多个旋转台满足了检测系统多尺寸零件检测的功能需要。

如图1所示，本发明提供的辐射自屏蔽的工业在线CT包括立柱转台1、立柱2、横梁3、屏蔽仓转台9、辐射屏蔽仓7、安装支架4、探测器5、射线源6和工件转台8；立柱2设置在立柱转台1上，立柱转台1用于带动立柱2作旋转运动；横梁3设置在立柱2上，立柱2带动横梁3实现上下移动；屏蔽仓转台9悬挂在横梁3下端，辐射屏蔽仓7设置屏蔽仓转台9上，横梁3用于实现辐射屏蔽仓7的左右移动，屏蔽仓转台9用于实现辐射屏蔽仓7的旋转运动；安装支架4设置在辐射屏蔽仓7内，且位于工件转台8的上方；探测器5、射线源6设置在安装支架4的两侧，用于对设置在工件转台8上的被检测件进行检测，被检测件整体或部分设置在屏蔽仓内。

本发明辐射自屏蔽的工业在线CT中，立柱转台1、立柱2、横梁3和工件转台8组成了整个工业在线CT的运动系统，运动系统可在三维方向实现被检测零件的全方位检测需求。立柱转台1实现了多尺寸零件的检测功能切换，立柱2实现检测位置的上下运动，横梁3实现检测位置的径向移动。安装支架4、探测器5、射线源6、屏蔽仓转台9和辐射屏蔽仓7组成了检测系统，检测系统采用悬挂的方式安装于横梁3上，此时，安装支架4上安装射线源6及探测器5，并整体安装于辐射屏蔽仓7内，辐射屏蔽仓7整体悬挂安装于横梁3，设计有屏蔽仓转台9可以实现整个检测装置的旋转运动，辐射屏蔽仓7采用铅层防护加铅橡胶阻止辐射泄露，工件转台8控制被检测件10做旋转运动，实现大尺寸零件的在线及离线检测功能。

本发明辐射自屏蔽的工业在线CT中，立柱2和横梁3采用电机、减速器和螺杆的组合实现辐射屏蔽仓7的上下移动和左右移动，该运动可通过不同的结构实现。例如，立柱2包括立柱本体和设置在立柱本体内的第一电机、第一减速器和第一螺杆；第一电机的输出轴通过第一减速器与第一螺杆连接，用于带动第一螺杆转动；第一螺杆上设置有与其螺纹连接的第一螺母，带动第一螺母实现上下移动，第一螺母与横梁3固定连接，从而能够带动横梁3实现上下移动。横梁3包括横梁本体和设置在横梁本体内的第二电机、第二减速器和第二螺杆；第二电机的输出轴通过第二减速器与第二螺杆连接，用于带动第二螺杆转动；第二螺杆上设置有与其螺纹连接的第二螺母，带动第二螺母实现左右移动，第二螺母与屏蔽仓转台9固定连接，从而能够带动屏蔽仓转台9实现左右移动。

如图2至图5所示，本发明辐射屏蔽仓7将射线源6产生的X射线剂量减少到规定的剂量限值以下，其具体结构如下：本发明辐射屏蔽仓7包括蒙皮71、主体框架72、屏蔽层73和屏蔽层调整组件74；主体框架72为多层，多层主体框架72由内向外依次嵌套设置，且主体框架72上设置有安装轨道721；屏蔽层73为M层，M层屏蔽层73安装在主体框架72的安装轨道721内，且屏蔽层73通过屏蔽层调整组件74固定在主体框架72上，其中，M大于等于1；该屏蔽层73主要由铅层和设置在铅层外侧的铁皮组成。为满足大型环形零件的检测，主体框架72的两侧设置有开口76，使得大型环形零件的部分侧壁位于主体框架72内，此时，可在主体框架72的开口76处设置有铅橡胶防止辐射泄露。

本发明主体框架72的安装轨道721可以安装多层屏蔽层73，屏蔽层73层数及最大屏蔽厚度可以根据实际情况进行选择。屏蔽层调整组件74保证整个装置提供更便捷的屏蔽层73厚度调整功能，蒙皮71设置在主体框架72的内侧和外侧，用于包覆主体框架72，保证主体框架72的安全及美观性要求。

如图4所示，在本发明辐射屏蔽仓7中，屏蔽层调整组件74具体包括第一垫板741、第二垫板742和调整螺栓743，第一垫板741设置在屏蔽层73外侧，第二垫板742设置在主体框架72外侧，调整螺栓743穿过第二垫板742，其末端抵靠在第一垫板741上。

图3所示为本发明去除蒙皮71后的内部结构图。主体框架72上设计安装轨道721将屏蔽层73进行安装，并利用屏蔽层调整组件74对屏蔽层73进行固定，由于屏蔽层调整组件74采用螺纹紧固的方式，因此可以在实现固定功能的同时根据实际工程辐射防护需要增加屏蔽层73厚度。具体方法如下：将固定厚度的屏蔽层73放入主体框架72的安装轨道721内，利用屏蔽层调整组件74对屏蔽层73进行紧固，在需要增加厚度时，放松调整螺栓743，安装特定厚度屏蔽层73并紧固，从而实现增加屏蔽层73厚度的效果。图5所示即为对图3中结构进行铅层加厚的效果，同理也可实现铅层减少的功能。

本发明辐射屏蔽仓7中，主体框架72为多层，且采用一体式的三角形型加强筋结构，此处的加强筋类型及结构层数可满足在线工业CT整体装置悬挂或其他连接方式的受力运动需求，可以根据现场的情况进行选择，但应至少具有两层。屏蔽层73采用铅层被铁皮夹于中间的形式，铅层及铁皮厚度均可以根据实际情况进行选择。屏蔽层调整组件74采用螺纹紧固的方式实现屏蔽层73固定及厚度的调整功能。

本发明辐射自屏蔽的工业在线CT工作过程中，立柱转台1带动立柱2旋转，使得横梁3整体做旋转运动，从而使得检测系统可以悬挂于工件转台8上方；立柱2上的螺杆带动横梁3及整个检测系统做上下平移运动，横梁3上的螺杆带动检测系统做径向的平移运动，使得检测零件整体或部分设置在辐射屏蔽仓7内，此时，工件转台8带动检测零件做旋转运动，可以实现检测零件在360度方式上的检测需要；同时，辐射屏蔽仓7上方设置有旋转机构，可以带动检测系统做旋转及小角度摆动，旋转角度可以根据检测需要进行设计，从而实现大尺寸零件的局部扫描及小尺寸零件的全扫描。

基于上述结构，本发明辐射自屏蔽的工业在线CT具有如下特点：

本发明辐射自屏蔽的工业在线CT的运动系统包含多个运动轴，两个平移轴和多个旋转轴，可以根据现场情况增加运动轴，实现多种尺寸多个方向多功能的CT检测。

本发明辐射自屏蔽的工业在线CT的检测系统内包含射线源6、探测器5、安装支架4及辐射屏蔽仓7，可以根据实际检测零件类型设计辐射屏蔽仓7的形状，对于必要开口76处采用铅橡胶进行辐射屏蔽，整体采用自屏蔽的设计，无需建造辐射防护室即可实现辐射防护需要，屏蔽仓必要的开口76设计实现了增材制造过程中的在线检测需要。

区别于传统工业CT将运动系统包含在屏蔽装置内的设置，本发明辐射自屏蔽的工业在线CT的检测系统采用悬挂方式安装于运动系统上，检测系统和运动系统彼此独立，检测系统具有更广阔的运动轨迹，从而以对大型零件进行检测。

本发明辐射自屏蔽的工业在线CT中，每个运动轴都由电机产生动力，利用减速器、螺杆实现运动轴的运动功能，结构更为可靠。

本发明辐射自屏蔽的工业在线CT中，工件转台8配合各个方向的平移轴可以实现在工件转台8上检测零件的功能，可根据实际检测零件类型，增加运动轴来满足不同零件的检测需要。

本发明辐射自屏蔽的工业在线CT中，整个运动系统适用于增材制造大尺寸零件成型过程中的缺陷检测，另可以实现大尺寸零件的离线检测，使用场景多样。

实施例一

如图6示，本发明辐射自屏蔽的工业在线CT对增材制造过程中的缺陷进行在线检测。该实施例中，被检测件10为大型环形零件，安装支架4、探测器5、射线源6和辐射屏蔽仓7组成的检测系统在立柱转台1、立柱2、横梁3的带动下运动至大型环形零件的上方，可以通过横梁3的径向运动实现不同的放大比，根据实际情况选择合适的放大比进行检测，此时打印头11进行电弧增材制造工艺，大型环形零件在工件转台8的带动下做匀速旋转运动，从而使得刚成形的零件部分区域进入探测器5及射线源6之间进行检测，由于检测系统对于大型环形零件只能进行部分扫描，因此设计旋转机构带动检测系统做小角度摆动，并做X射线透射检测，从而获取检测件的局部信息，实现局部三维重建功能，随着工件转台8转动一周完成一个零件一层的扫描检测，此时打印头11及整体检测装置同时向上平移一个打印高度，开始下一层的打印扫描工作，如此循环直至完成整个环形零件的CT扫描检测。

实施例二

如图7示，本发明辐射自屏蔽的工业在线CT对增材制造过程中的缺陷进行离线检测。该实施例中，被检测件10为大型环形零件，安装支架4、探测器5、射线源6、辐射屏蔽仓7组成的检测系统在立柱转台1、立柱2、横梁3的带动下运行至环形零件的上方，可以通过横梁3的径向运动实现不同的放大比，根据实际情况选择合适的放大比进行检测后，先从环形零件的最底端开始进行检测，工件转台8带动环形零件匀速旋转一周，同时探测器5、射线源6完成一周检测，在完成零件一层区域的工业CT扫描之后，检测系统在立柱2的带动下向上移动一层检测高度，循环上一步骤，直至完成整个零件的扫描。

实施例三

如图8示，本发明辐射自屏蔽的工业在线CT对小型零件进行离线检测。在立柱转台1、立柱2、横梁3的带动下，安装支架4、探测器5、射线源6、辐射屏蔽仓7整体位于待测零件的上方，并使得待测零件整体处于射线源6的锥束范围内，横梁3上的径向运动结合检测系统的旋转运动保证待测零件处于X射线锥束范围内，开启射线源6及探测器5，工件转台8带动待测零件做旋转运动，完成一周扫描后即完成整个检测。

实施例四

如图9所示，为本发明工业在线CT应用于一种实际工业生产环境的工业CT检测系统示意图，在实施例一至三的基础上，在立柱转台1、立柱2、横梁3的带动下，检测系统可以在空间内的多个位置进行多个零件的CT检测。通过增加小尺寸工件转台8，在检测完成其中一个小尺寸工件转台8上的待测零件后，检测系统在运动系统的带动下旋转至另一个小尺寸工件转台8上的待测零件上进行检测，在上一小尺寸工件转台8上放置新的检测零件，如此循环，同理可以增加在线检测工件转台8，实现多个工位的增材制造过程中的CT检测，多工作台的设计可以极大的提高检测效率。

本发明可用于增材制造领域，对增材的检测方法同前述的实施例一到四。

以上仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种辐射自屏蔽的工业在线CT，其特征在于：包括立柱转台(1)、立柱(2)、横梁(3)、屏蔽仓转台(9)、辐射屏蔽仓(7)、安装支架(4)、探测器(5)、射线源(6)和N个工件转台(8)，其中，N大于等于1；

所述立柱(2)设置在立柱转台(1)上，立柱转台(1)用于带动立柱(2)做旋转运动；所述横梁(3)设置在立柱(2)上，立柱(2)用于带动横梁(3)做上下移动；所述屏蔽仓转台(9)悬挂在横梁(3)下端，所述辐射屏蔽仓(7)设置屏蔽仓转台(9)下端，所述横梁(3)用于实现辐射屏蔽仓(7)的左右移动，所述屏蔽仓转台(9)用于实现辐射屏蔽仓(7)的旋转运动；

所述辐射屏蔽仓(7)的两侧设置有开口(76)，且开口(76)处设置有铅橡胶防止辐射泄露；

所述安装支架(4)位于工件转台(8)的上方，且设置在辐射屏蔽仓(7)内；所述探测器(5)、射线源(6)设置在安装支架(4)内，用于对设置在工件转台(8)上的被检测件(10)进行检测，被检测件(10)整体或部分设置在辐射屏蔽仓(7)内。

2.根据权利要求1所述的辐射自屏蔽的工业在线CT，其特征在于：所述辐射屏蔽仓(7)包括蒙皮(71)、主体框架(72)、屏蔽层(73)和屏蔽层调整组件(74)；所述主体框架(72)为多层，多层主体框架(72)由内向外依次嵌套设置，且主体框架(72)上设置有安装轨道(721)；所述屏蔽层(73)为M层，M层屏蔽层(73)安装在主体框架(72)的安装轨道(721)内，且屏蔽层(73)通过屏蔽层调整组件(74)固定在主体框架(72)上，M大于等于1；所述蒙皮(71)设置在主体框架(72)的内侧和外侧，用于包覆主体框架(72)；所述主体框架(72)和蒙皮(71)的两侧设置有开口(76)。

3.根据权利要求2所述的辐射自屏蔽的工业在线CT，其特征在于：所述屏蔽层调整组件(74)包括第一垫板(741)、第二垫板(742)和调整螺栓(743)，所述第一垫板(741)设置在屏蔽层(73)外侧，所述第二垫板(742)设置在主体框架(72)外侧，所述调整螺栓(743)穿过第二垫板(742)，其末端抵靠在第一垫板(741)上。

4.根据权利要求3所述的辐射自屏蔽的工业在线CT，其特征在于：所述主体框架(72)采用一体式的三角形加强筋结构。

5.根据权利要求4所述的辐射自屏蔽的工业在线CT，其特征在于：所述屏蔽层(73)主要由铅层和设置在铅层外侧的铁皮组成。

6.根据权利要求1至5任一所述的辐射自屏蔽的工业在线CT，其特征在于：所述立柱(2)包括立柱本体和设置在立柱本体内的第一电机、第一减速器和第一螺杆；所述第一电机的输出轴通过第一减速器与第一螺杆连接，用于带动第一螺杆转动；所述第一螺杆上设置有与其螺纹连接的第一螺母，用于带动第一螺母上下移动，所述第一螺母与横梁(3)固定连接，从而能够带动横梁(3)实现上下移动。

7.根据权利要求6所述的辐射自屏蔽的工业在线CT，其特征在于：所述横梁(3)包括横梁本体和设置在横梁本体内的第二电机、第二减速器和第二螺杆；所述第二电机的输出轴通过第二减速器与第二螺杆连接，用于带动第二螺杆转动；所述第二螺杆上设置有与其螺纹连接的第二螺母，用于带动第二螺母左右移动，所述第二螺母与屏蔽仓转台(9)固定连接，从而能够带动屏蔽仓转台(9)实现左右移动。

8.根据权利要求7所述的辐射自屏蔽的工业在线CT，其特征在于：所述安装支架(4)为U型支架，所述探测器(5)、射线源(6)分别设置在U型支架的两块立板上。

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