DE10000951A1

DE10000951A1 - Detektoranordnung für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

Info

Publication number: DE10000951A1
Application number: DE10000951A
Authority: DE
Inventors: Manfred Fuchs; Erich Hell; Detlef Mattern
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-01-12
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2001-05-31

Abstract

Detektoranordnung für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, bei der ein Prüfling mit hochdosierter Röntgenstrahlung durchstrahlt wird, mit einem Eingangsschirm zur Umwandlung der Röntgenstrahlung in sichtbares Licht und einem die Lichtstrahlung empfangenden Ausgangsschirm, wobei dem Eingangsschirm (4) und dem Ausgangsschirm (6) ein optisches Abbildungssystem (7) zwischengeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Detektoranordnung für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung bei der ein Prüfling mit hochdosierter Röntgenstrahlung durchstrahlt wird, mit einem Eingangsschirm zur Umwandlung der Röntgenstrahlung in sicht bares Licht und einem die Lichtstrahlung empfangenden Aus gangsschirm.

Neben der Verwendung von Röntgenfilmen zur zerstörungsfreien Prüfung von z. B. Schweißverbindungen oder komplizierten Gussteilen aus Leichtmetall, die jedoch den Nachteil aufwei sen, dass kein elektronisches Bild zur Verfügung steht, sind bislang auch bereits Röntgenbildverstärker bekannt geworden. Bei diesen Röntgenbildverstärkern findet hinter dem Eingangs schirm zur Umwandlung der Röntgenstrahlung in sichtbares Licht zunächst eine elektronische Nachverstärkung des Bildes statt, wie dies auch in der Medizintechnik üblich ist. Dies geschieht üblicherweise durch die Beschleunigung von Foto elektronen im elektrischen Feld im Inneren des Röntgenbild verstärkers. Dazu sind zwischen Eingangs- und Ausgangsschirm Hochvakuum und ein genau berechneter Feldverlauf notwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Detektor anordnung für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung zu schaf fen, die einfacher aufgebaut ist und durch Vermeidung eines Hochvakuums auch störungsfreier betrieben werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dem Eingangsschirm und dem Ausgangsschirm ein optisches Abbildungssystem zwischengeordnet ist.

Die Erfindung geht dabei von der einfachen Tatsache aus, dass im Gegensatz zu Bildverstärkern in der Medizintechnik, in der ja nur geringe medizinische Dosisleistungen der Röntgenstrahlung zulässig sind, so dass die Probleme mit dem geringen Leuchtdichtenniveau und der notwendigen Nachverstärkung über haupt entstehen, bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung sehr viel höhere Dosisleistungen der Röntgenstrahlung ange wandt werden können, so dass das Leuchtdichtenniveau am Ein gangsschirm des Bildverstärkers hoch genug ist, so dass es durch eine einfache optische Abbildung, beispielsweise mit Hilfe eines Linsensystems, direkt auf den Ausgangsbildschirm, vorzugsweise eine rauscharme CCD (CCD-Kamera) abgebildet wer den kann. Man vermeidet jegliches Hochvakuum wie es für die elektronische Nachverstärkung bei den bisherigen Röntgenbild verstärkern notwendig war.

In Weiterbildung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass der Eingangsschirm eine auf ein Substrat aufgebrachte von einer Schutzschicht überdeckte nadelförmig strukturierte Szintilla tionsschicht aufweist, die aus natriumdotiertem Cäsiumjodid CsI:Na oder talliumdotiertem Cäsiumjodid CsI:Tl bestehen kann. Bevorzugt ist die natriumdotierte Schicht, da die an sich wegen des geringeren Einflusses der Luftfeuchtigkeit noch geeignetere talliumdotierte Cäsiumjodidschicht erhöhte Aufwendungen beim Bedampfungsprozess in Folge des giftigen Dotierstoffs Tallium erforderlich macht. Die Problematik mit der Luftfeuchtigkeit lässt sich aber auch sehr einfach durch die bereits angesprochene Schutzschicht lösen, die die do tierte Szintillationsschicht überdeckt und damit von jegli cher Luftfeuchtigkeit abschließt. Durch die nadelförmige Strukturierung der Szintillationsschicht erfolgt eine Bünde lung des von der Röntgenstrahlung darin erzeugten Lichts in Richtung der Nadel, so dass eine bessere Abbildung auf den Ausgangsschirm erfolgen kann. Neben der Möglichkeit das Sub strat als Glasplatte auszubilden, könnte das Substrat auch eine Metallfolie, vorzugsweise eine Aluminiumfolie sein.

Bei einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen De tektoranordnung mit dem Prüfling zugewandter Schutzschicht kann diese als Reflexionsschicht für die optische Szintillationsstrahlung ausgebildet sein, so dass auch "rückwärts", also in Richtung des Prüflings, abgestrahlte Szintillati onsstrahlung für die Auswertung im Ausgangsschirm zur Verfü gung steht.

Bei einer zweiten Varianten einer erfindungsgemäßen Detektor anordnung soll die Schutzschicht dem Prüfling abgewandt sein, das Substrat ist also in diesem Fall dem Prüfling zugekehrt, und die Schutzschicht soll mit einer Vielzahl von kleinen, einander eng benachbarten Mikrolinsen zur Bündelung der aus tretenden Szintillationsstrahlung zur Flächennormalen verse hen sein.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh rungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen grundsätzlichen Aufbau einer Anordnung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit einer erfin dungsgemäßen Detektoranordnung,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt II aus dem Eingangs schirm der Detektoranordnung mit einem Glassubstrat und dem Prüfling zugekehrter Schutzschicht, und

Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt durch den Bildverstärker, bei der die dem Prüfling abgewandte Schutzschicht mit Mikrolinsen versehen ist.

In Fig. 1 erkennt man bei 1 schematisch eine Röntgenröhre de ren Strahlung 2 zur Durchstrahlung eines Prüflings 3 dient. Die Strahlung hinter dem Prüfling 3 fällt auf den eigentli chen Detektor, in diesem Fall also den Eingangsschirm 4 einer Detektoranordnung 5, die darüber hinaus noch einen bevorzugt als CCD ausgebildeten Ausgangsschirm 6 und eine beiden Schir men 4 und 6 zwischengeordnete Linsenoptik 7 umfasst. Durch die bei der Werkstoffprüfung zulässige hohe Strahlungsdosis der Röntgenstrahlung 2 lässt sich - im Gegensatz zur Anwen dung in der Medizintechnik - ein hohes Leuchtdichteniveau der aus dem Eingangsschirm 4 austretenden Szintillationsstrahlung 8 erreichen. Dies wiederum ermöglicht die unmittelbare Abbil dung der Szintillationsstrahlung mit Hilfe der Linsenoptik 7 auf den Ausgangsbildschirm 6, also die CCD-Kamera - bei 9 ist ein Auswertecomputer angedeutet - ohne dass die bei bisheri gen Detektoren für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, bei denen entsprechend dem Vorgehen in der Medizintechnik ein Röntgenbildverstärker als Detektoreinrichtung verwendet wor den ist, ein sehr viel einfacherer Aufbau nötig ist. Es be darf also keines Hochvakuums hinter dem Eingangsbildschirm 4, sondern es muss nur sichergestellt werden, dass die Szintil lationsschicht 10, die entweder auf einem Glassubstrat 11 o der auf einer als Substrat dienenden Metallfolie 11' (Fig. 3) angeordnet sein kann, durch eine Schutzschicht 12 zum Schutz vor Luftfeuchtigkeit abgedeckt ist.

Während die Schutzschicht 12 bei der Anordnung nach Fig. 2 zur Erhöhung der Lichtausbeute nach rechts in Richtung auf den Ausgangsschirm 6 als Reflexionsschicht ausgebildet sein kann, ist bei der Ausbildung des Eingangsschirms 4' der De tektoranordnung 5 gemäß Fig. 3 vorgesehen, dass die Schutz schicht 12' mit einer Vielzahl von einander eng benachbarten kleinen Mikrolinsen 13 versehen ist, welche die austretende Szintillationsstrahlung noch vor der Erfassung durch die Lin senoptik in Richtung zur Flächennormalen bündelt und damit eine bessere Auswertung und Erfassung der Szintillati onsstrahlung sicherstellt.

Claims

1. Detektoranordnung für die zerstörungsfreie Werkstoffprü fung bei der ein Prüfling mit hochdosierter Röntgenstrahlung durchstrahlt wird, mit einem Eingangsschirm zur Umwandlung der Röntgenstrahlung in sichtbares Licht und einem die Licht strahlung empfangenden Ausgangsschirm, dadurch gekennzeichnet, dass dem Eingangsschirm (4) und dem Ausgangsschirm (6) ein optisches Abbildungssystem (7) zwischengeordnet ist.

2. Detektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsschirm (4) eine auf ein Substrat (11, 11') aufgebrachte von einer Schutzschicht (12, 12') überdeckte nadelförmig strukturierte Szintillationsschicht (10) aufweist.

3. Detektoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Szintillationss chicht (10) eine CsI:Na-Schicht ist.

4. Detektoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Szintillationss chicht (10) eine CsI-Tl-Schicht ist.

5. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (11) eine Glasplatte ist.

6. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (11') eine Metallfolie, vorzugsweise eine Aluminium folie, ist.

7. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Prüfling zugewandte Schutzschicht (12) als Reflexionsschicht für die optische Szintillatorstrahlung ausgebildet ist.

8. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Prüfling abgewandte Schutzschicht (12') mit kleinen, ein ander eng benachbarten Mikrolinsen (13), zur Bündelung der austretenden Szintillatorstrahlung zur Flächennormalen, ver sehen ist.

9. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsschirm (6) ein rauscharmes CCD ist.