DE69734118T2

DE69734118T2 - Torförmiges kontrollsystem

Info

Publication number: DE69734118T2
Application number: DE69734118T
Authority: DE
Inventors: A. Robert ARMISTEAD
Original assignee: RAPISCAN SYSTEMS HIGH ENERGY I; RAPISCAN SYSTEMS HIGH ENERGY INSPECTION CORP SUNNYVALE
Current assignee: RAPISCAN SYSTEMS HIGH ENERGY I; RAPISCAN SYSTEMS HIGH ENERGY INSPECTION CORP SUNNYVALE
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1997-06-05
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2017-06-06
Also published as: AU3311497A; JP2000514183A; CN1224495A; EP0991916A4; JP3739097B2; DE69734118D1; EP0991916B1; WO1998000681A1; EP0991916A1; CN1129775C; US5638420A

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Röntgenstrahl-Untersuchungssysteme für große Objekte wie z.B. Frachtcontainer und insbesondere für internationale Frachtcontainer.
Hintergrund der Erfindung
Es besteht zunehmendes Interesse daran, den Inhalt von solchen großen Objekten wie Kraftfahrzeugen, Lastwagen, Triebwagen und den internationalen Frachtcontainern, die an Seehäfen und Flughäfen verwendet werden, nicht-invasiv (ohne gewaltsames Eindringen) untersuchen zu können. Die Ziele solcher Untersuchungen sind vielfältig und umfassen die Erkennung von Schmuggelware an Einfuhrhäfen; die Erkennung von Sprengstoffen an Eingängen in Gebäude oder innerhalb Gepäck und Containern; und aus kommerziellen Gründen beispielsweise die Überprüfung der Genauigkeit von Zollerklärungen und Frachtverzeichnissen.
Diese Erfindung wendet sich insbesondere dem zunehmenden Problem dessen zu, dass gestohlene Autos zum Wiederverkauf in andere Länder transportiert werden. Das National Insurance Crime Bureau schätzt, dass von den 1,5 Millionen Fahrzeugen, die jährlich in den USA gestohlen werden, 200000 nach Übersee verschifft werden. Dies kostet den Versicherungsgesellschaften und Verbrauchern 1 Milliarde bis 4 Milliarden Dollar jährlich. Ein Hauptverfahren zum Exportieren dieser gestohlenen Fahrzeuge besteht darin, sie innerhalb der großen, internationalen, hochseetauglichen Frachtcontainer zu verstecken, die bis zu 13,4 m (44 ft) lang sind. Da ein Container vier Kraftfahrzeuge enthalten kann und einige Schiffe ungefähr 4000 Container enthalten können, ist das Potential für Verlust groß und das Problem der Erkennung ist beträchtlich. Container werden an ihrem Abgangspunkt beladen und verschlossen. Die physikalische Untersuchung eines hohen Prozentsatzes von Containern durch US-Zollpersonal ist keine praktische Lösung. Es wurde geschätzt, dass 15 Personenstunden erforderlich sind, um einen Container zu entladen und zu untersuchen. Zusätzlich zu den direkten Kosten der physikalischen Untersuchung wird die Lieferung des Containers entsprechend verzögert und solche Untersuchungen machen das Vertrauen des Absenders zunichte und machen die Versicherung des Trägers ungültig, was die Möglichkeit für Ansprüche für Verlust und Beschädigung eröffnet.
Ein Beispiel liefert der Hafen von Miami. Fast 10000 Frachtcontainer legen in Miami jedes Jahr an, wobei 35 Millionen Tonnen Fracht abgeladen werden. Die Tonnage am Hafen nimmt mit einer jährlichen Rate von 10 Prozent zu. Derzeit kann der US-Zoll weniger als 3 Prozent der 200000 hochseetauglichen Container, die jedes Jahr in Miami eintreffen, physikalisch untersuchen. Überdies legen die Zollinspektoren Nachdruck auf die eingehende Fracht und ein etwas kleinerer Bruchteil der ausgehenden Fracht wird untersucht. Der Miami-Flughafen handhabt das meiste des US-Luftverkehrs für Zentral- und Südamerika mit einer sehr großen Anzahl von Luftfrachtcontainern. Während diese Container zu klein sind, um Autos zu verstecken, ist andere Schmuggelware manchmal vorhanden, insbesondere beim Import in die US.
Nicht-invasive Untersuchungen, die unter Verwendung von Röntgenstrahlen stattfinden, um den Inhalt von Containern sowie Fahrzeugen und Triebwagen abzubilden, werden als eine der praktischsten Methoden zur Schmuggelwarenerkennung und Verzeichnisüberprüfung betrachtet. Viele Nationen implementieren eine gewisse Form von Röntgenstrahlabbildung. In der US wurde ein Prototypsystem von der Analytical Systems Engineering Corp. zur Untersuchung von Containern am Hafen von Tacoma einer Beurteilung unterzogen. Der US-Zoll verwendet Röntgenstrahl-Untersuchungssysteme, die von American Science and Engineering hergestellt werden, an der US-Mexikanischen Grenze, um in Autos und Lastwagen nach Schmuggelware zu suchen. In Europa wurden Röntgenstrahlsysteme von Europscan in Frankreich an beiden Enden des Eurotunnels (Kanaltunnels) installiert, um Sprengstoffe in Fahrzeugen zu erfassen. Zwei Röntgenstrahlsysteme (eines Heimann; eines British Aerospace) wurden an der Hong Kong-China-Grenze zum Überprüfen des Inhalts von Lastwagen und Frachtcontainern für Lastwagen installiert. Große Röntgenstrahlsysteme wurden auch im Hafen von LaHavre, Frankreich (Europscan), und im Hafen von Hamburg, Deutschland (Heimann), installiert.
Es wurden verschiedene Patente ausgegeben, die Variationen der Verfahrens der Untersuchung an einer festen Stelle umfassen. Das US-Pat. Nr. 4 366 382, Kotowski, offenbart beispielsweise ein ortsfestes Gepäckuntersuchungssystem, das ein Förderband verwendet, um Gepäck zwischen einem Röntgenstrahl und einer Zeilenmatrix von Detektoren durchzuleiten.
Ebenso stellt das US-Pat. Nr. 4 430 568, Yoshida, ein Röntgenstrahlsystem für die Untersuchung von Verpackungen, einschließlich großer Frachtcontainer, dar. Hier ist das System wieder an einer festen Stelle installiert und verwendet eine Fördereinrichtung, um die Verpackung oder den Container zwischen der Röntgenstrahlquelle und der Detektormatrix zu bewegen.
Das US-Pat. Nr. 4 599 740, Cable, offenbart eine weitere Variation des Verfahrens der Untersuchung an einer festen Stelle, welches sich insbesondere der Untersuchung von großen Gegenständen wie z.B. internationalen Frachtcontainern zuwendet. Obwohl das System dieses Patents sich wieder an einer festen Stelle befindet und eine Fördereinrichtung verwendet, um den Container zwischen der Röntgenstrahlquelle und den Detektoren zu bewegen, betrifft die Erfindung die Verwendung eines "gebogenen" Sensorschirms oder einer Vorrichtung, die weniger Höhe erfordert als vorherige gerade Detektormatrizes.
Das US-Pat. Nr. 5 237 598, Albert, offenbart ein bewegliches System für große Objekte wie z.B. ein Flugzeug, Schiffsrümpfe oder längliche Pipelines. Diese Erfindung verwendet anstatt der Verwendung eines kleinen Röntgenstrahlpunkts und einer großen Detektormatrix zum Abbilden von großen Objekten eine großflächige Quelle und einen einzelnen Röntgenstrahldetektor oder eine Vielzahl von einzelnen Detektoren, die über den Objekten im Abstand angeordnet sind, welcher eine kleine für Röntgenstrahlen empfindliche Fläche aufweist. Unter Verwendung dieser Methode mit "umgekehrter Geometrie" wird ein Bild von einer Fläche des Objekts erhalten, die ungefähr gleich der Fläche der Quelle ist. Durch Bewegen der Quelle zum Ort eines anderen Detektors oder durch Bewegen des Objekts relativ zur Quelle können andere Flächen des Objekts der Reihe nach untersucht werden. Der für diese Methode angeführte Hauptvorteil besteht darin, dass eine genaue Ausrichtung zwischen der Quelle und dem Detektor nicht erforderlich ist, daher müssen die Quelle und der Detektor nicht in Bezug aufeinander befestigt werden.
Abgesehen vom Albert-Patent weisen diese Systeme ein Ziel auf, das mit jenem der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang steht – die nicht-invasive Röntgenstrahluntersuchung von großen Objekten, wie z.B. Fahrzeugen und internationalen Frachtcontainern. Sie unterscheiden sich jedoch alle von der vorliegenden Erfindung auf mehrere grundlegende Arten. Alle bisher installierten Systeme sind vom "Autowasch"-Typ, d.h. sie sind dauerhaft in großen abgeschirmten Strukturen installiert, wobei sie folglich erfordern, dass das zu untersuchende Objekt (Container, Lastwagen, Auto usw.) zur Einrichtung gebracht wird. Sobald es sich an der Einrichtung befindet, wird eine gewisse Form von Fördermittel verwendet, um den Container oder das Fahrzeug durch die stationäre Röntgenstrahlquelle und die Detektoren zu transportieren. Dann muss das Fördermittel zum Ausgangspunkt zurückgeführt werden, um einen anderen Container oder ein anderes Auto aufzunehmen. Dies ist ein zeitraubender Vorgang. Die "Autowasch"-Untersuchungseinrichtung weist eine Anzahl von Problemen auf, die ihre Verwendung begrenzen, insbesondere an Häfen, die typischerweise in viele überfüllte Bereiche mit einer großen Anzahl von separaten Stationen unterteilt sind. Als Beispiel musste die Prototyp-Röntgenstrahl-Untersuchungseinrichtung, die am Hafen von Tacoma einer Bewertung unterzogen wurde, einige Kilometer (Meilen) von den Docks angeordnet werden, befand sich an einem Ort von 2,43 ha (6 Morgen) und verwendete einen Röntgenstrahl-Untersuchungsaufbau, der 73,8 m (242 Fuß) lang war. Ferner hatte das Untersuchungssystem eine berichtete Durchsatzfähigkeit von nur vier bis sechs Fahrzeugen oder Containern pro Stunde. Folglich ist es offensichtlich, dass Kosten- und Logistikprobleme die Verwendung von Röntgenstrahl-Untersuchungseinrichtungen an einer festen Stelle an den meisten, wenn nicht allen Häfen verhindern. Das Patent von Albert behandelt andererseits ein bewegliches System, bei dem die erforderliche großflächige Röntgenstrahlquelle auf niedrige Energien begrenzt ist. Folglich ist dieses System hauptsächlich für dünne Wände von Flugzeug- oder Schiffsrümpfen und nicht für stark dämpfende Fahrzeuge oder Frachtcontainer nützlich.
DE 40 23 413 A1 offenbart eine radiographische Untersuchungsvorrichtung mit einer stationären Anordnung einer Strahlungsquelle und eines Detektors in einem Tordurchgang. Fahrzeuge oder Container werden auf angetriebenen Walzen angeordnet, die die Fahrzeuge oder Container durch den Tordurchgang transportieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer radioskopischen Untersuchungsvorrichtung für die Untersuchung von Frachtcontainern und/oder Fahrzeugen und Triebwagen, welche die Automatisierung des Untersuchungsprozesses verbessert.
Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
Spezielle Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein radiographisches Untersuchungssystem bereit, das beweglich ist; insofern selbstabtastend ist, als es die Quelle und die Detektoren am untersuchten Objekt unter Verwendung eines selbstfahrenden, umgekehrt U-förmigen Rahmens vorbei bewegt; und den Inhalt eines Containers oder Fahrzeugs abbildet, ohne diesen/dieses zu berühren oder zu bewegen. Folglich ist es nicht mit den Problemen und Begrenzungen der Systeme an einer festen Stelle belastet. Es erfordert keinen zweckorientierten Raum und erfordert keine Bewegung der Container oder Fahrzeuge zu einer festen Untersuchungsstelle. Die vorliegende Erfindung erfordert keine Transportvorrichtung, um das Objekt durch den Röntgenstrahl zu bewegen. Für Reihen von Containern wird die Untersuchungsrate überdies auf das Zehnfache von jener der Systeme vom Autowaschtyp erweitert. Für Hafeneinrichtungen kann sich das selbständige System ferner mit eigener Kraft zu verschiedenen Hafenbereichen bewegen, was bedeutet, dass ein (oder einige) System e) die Untersuchungsbedürfnisse eines großen Hafens erfüllen kann (können). Das System kann auch eine beliebige von einer Anzahl von kommerziellen "Punkt"-Röntgenstrahlquellen verwenden, die auf der Grundlage der für die Anwendung erforderlichen Energie und Intensität ausgewählt werden.
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch ein selbstfahrendes, mit Rädern versehenes Fahrzeug aus, das das zu untersuchende Objekt (internationaler Container, Fahrzeug, Triebwagen oder anderes großes Objekt) "überspannt" (mit einem Satz von Rädern auf jeder Seite über das Objekt fährt). Eine Strahlungsquelle mit harter Strahlung, wie z.B. eine Röntgenstrahlquelle, ist auf einer Seite des Fahrzeugs montiert und eine lineare Detektormatrix auf der anderen Seite, so dass der Röntgenstrahl durch das untersuchte Objekt hindurchtritt, während das Fahrzeug dieses überspannt und sich an diesem vorbei bewegt. Die in den Detektoren aufgrund der auftreffenden Röntgenstrahlen erzeugten elektrischen Signale werden zu einem "Abbildungscomputer" übertragen, der der Detektormatrix zugeordnet ist, wo die digitalen Signale an einem Arbeitsplatzrechner oder irgendeinem anderen Anzeigebildschirm oder Aufzeichnungsgerät verarbeitet und angezeigt werden. Das Überspannen eines Containers in Kombination mit der Fahrzeugbewegung rastert mit einem kollimierten Röntgenstrahl die Länge des Containers ab. Auf diese Weise wird die vertikale Spalte von Bilddaten, die bei jedem Zeitschritt erzeugt werden, über die Zeit summiert, um ein vollständiges radiographisches Bild zu erzeugen. Bilder können durch eine Bedienperson/einen Analysator in Echtzeit ausgewertet werden; können gedruckt oder photographiert werden, um ein Ausdruckbeweismaterial bereitzustellen; oder können zur Datenübertragung oder späteren Auswertung und für Archivierungszwecke aufgezeichnet werden. Ein Fernmesssystem könnte auch zur Übertragung der Untersuchungsdaten zu einem Kontrollzentrum verwendet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Tor-Untersuchungsfahrzeugs über einem Frachtcontainer gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Tor-Untersuchungsfahrzeugs mit verlängerten Beinen über zwei Frachtcontainern gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Torkrans, der ein Untersuchungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung hält.
4 stellt die radiographische Untersuchung eines Containers gemäß der vorliegenden Erfindung in Seitendraufsicht dar.
Beste Art zur Ausführung der Erfindung
Mit Bezug auf 1 und 2 dient der Torstapelwagen 11 als Stützstruktur für eine Röntgenstrahlquelle 13; eine Detektormatrix, die auf der entgegengesetzten Seite des Containers 15 nicht zu sehen ist; das zugehörige Computer- und Bildanzeigesystem 17; eine Abschirmungsplattform 19 zum Abstützen und Schützen der Bedienperson/des Analysators und für allgemeine Betriebssicherheit; den Bedienpersonen/Analysator-Raum 21; und für zugehörige Leistungsversorgungen, eine Klimaanlage, eine Leistungserzeugungsanlage und Strahlungssensoren, die alle im Gehäuse 23 enthalten sind. Der Torstapelwagen 11 weist einen Motor unter der Abschirmungsplattform 19 auf, der nicht zu sehen ist, um die Bewegung mittels eigener Leistung zu anderen Stellen innerhalb eines Untersuchungsbereichs oder zu anderen Untersuchungsbereichen zu ermöglichen. Die Bewegung des Wagens stellt auch die relative Bewegung zwischen der Quelle 13 und den Detektoren (in Bezug aufeinander ortsfest gehalten) einerseits und dem Container 15 oder Fahrzeug, der/das untersucht wird, andererseits bereit, wobei ermöglicht wird, dass ein Bild des untersuchten Objekts erzeugt wird, während der Torwagen über das Objekt fährt, wodurch das Objekt kontinuierlich mit einem Strahl von Röntgenstrahlen beleuchtet wird, der wegen der Schärfe kollimiert wird.
Der Torstapelwagen 11 kann von der Art sein, die derzeit an Seehäfen verwendet wird, um hochseetaugliche Frachtcontainer zu bewegen. Hersteller solcher Torwägen umfassen Shuttlelift, Noell und andere. Der Hauptunterschied zwischen dem Torstapelwagen 11 dieser Erfindung und den kommerziellen Einheiten des Standes der Technik besteht darin, dass bei der vorliegenden Erfindung kein Container-"Verteiler" oder - "Heber" vorhanden ist. Stattdessen sind ein Strahlungsquellengehäuse 13 und ein Detektormontagegehäuse über gegenüberliegenden Beinen 29 angeordnet. Die Plattform 19 mit der Stützabschirmung, der Bedienpersonen/Analysator-Kabine 21 und der vorher erwähnten Hilfsanlage sind zur Oberseite des Wagens hinzugefügt.
Es ist zu sehen, dass der Torstapelwagen vier Räder 25; einen umgekehrt U-förmigen Rahmen 27 aus starrem Hochleistungs-Strukturstahl; Fahrwarnalarmvorrichtungen; einen Industriemotor, entweder Benzin- oder Dieselmotor; und alle Bedienelemente, die zur Bedienung erforderlich sind, aufweist. Der umgekehrt U-förmige Rahmen 27 kann Teleskopbeine 29 und Querbalken 31 aufweisen, wie in 2. Falls verwendet, erstrecken sich die Teleskopbeine 29 so, dass der Torträger zwei gestapelte Container mit der Strahlungsquelle 13 ausreichend hoch überspannen kann, um einen Strahl so zu richten, dass dieser den Raum durch einen Container zu Detektoren auf der anderen Seite durchquert. Der U-förmige Rahmen 27 ist sowohl in der Längsrichtung als auch in der Querrichtung U-förmig. Der Queralken 31 und ähnliche Umfangsbalken, die die Strahlungsabschirmungsplattform 19 tragen, sollten versteift sein, um eine zusätzliche Abschirmung zu tragen, wenn starke Quellen verwendet werden. Solche starken Quellen können lineare Beschleuniger sein, die Elektronenstrahlen erzeugen, die ein Ziel, gewöhnlich einen Metallfilm, der Röntgenstrahlen emittiert, bombardieren. Mehr als eine Quelle kann verwendet werden. Insbesondere erzeugen für einige Fahrzeuge/Container eine Vielzahl von energiearmen Röntgenstrahlquellen vom Röhrentyp oder Isotopquellen, die Gammastrahlen emittieren, ausreichend Strahlung, um an einer Vielzahl von Detektoren auf der gegenüberliegenden Seite des Raums zwischen den Beinen gemessen zu werden. Die Wahl der Quellenart und ihrer Intensität und Energie hängt von der Empfindlichkeit der Detektoren, der radiographischen Dichte der Fracht in dem Raum zwischen der Quelle und den Detektoren; von Strahlungssicherheitserwägungen; und von Betriebsanforderungen, wie z.B. der Untersuchungsgeschwindigkeit, ab.
Ein alternatives Steuersystem kann verwendet werden, insbesondere wenn die Strahlungssicherheit der Bedienperson/des Analysators oder das Gewicht der Abschirmung usw. zu Problemen werden. Ein Fernbedienmerkmal steht derzeit an kommerziellen Torträgern zur Verfügung, welches die vollständige Bedienung des Wagens von bis zu 183 m (200 Yards) Entfernung mit Funk- oder Kabelübertragung von Steuersignalen ermöglicht. Dies kann die Kabine 21, die Anzeige und einige der Bedienelemente vom Torträger in Wegfall bringen, was die Abschirmung und den Leistungsverbrauch verringert. In diesem Fall könnten die Bilddaten zur Analyse an einer anderen Stelle digital aufgezeichnet oder übertragen werden.
Beim Abtasten eines Containers wird ein neues Untersuchungsverfahren verwendet. Ein Torträger bewegt sich relativ zu einem ortsfesten Container, wobei er einen oder mehrere Hin- und Herläufe über die Länge des Containers durchführt. Die Quelle und die Detektormatrix werden entlang der Länge des Containers bewegt, wobei kontinuierlich das radiographische Durchlassbild aufgezeichnet wird, während das kollimierte Strahlungsbündel entlang des Containers abgerastert wird. Für die Erfassung von Autos in einem Container sind die Quelle und die Detektorposition ortsfest. Für andere Untersuchungsziele kann jedoch die Höhe der Quelle und des Detektors in der Höhe eingestellt werden müssen, so dass bei einem Durchlauf eine erste Höhe abgetastet wird und dann bei einem anderen Durchlauf eine andere Höhe abgetastet wird. In vielen Fällen reicht ein einziger Durchlauf aus, aber um Daten von einem einzelnen Durchlauf zu überprüfen, kann ein zweiter Durchlauf verwendet werden.
Eine Alternative zum Torwagen wäre eine beliebige andere Art von beweglicher Beförderung, die die erforderliche Abstützung für die Quelle, die Detektormatrix und die Hilfsvorrichtung bereitstellt; ermöglicht, dass die Quelle und der Detektor ausgerichtet gehalten werden; und ermöglicht, dass die Quelle und der Detektor mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit gleichzeitig auf entgegengesetzten Seiten des Containers oder Fahrzeugs, der/das untersucht wird, geführt werden. Insbesondere verwendet ein in 3 gezeigter Torkran 51 einen Robotergreifer 55 und ein Verbindungskabelsystem 53, die an einem an einer Schiene montierten Wagen 52 abgestützt werden, um die beabstandete Ausrichtung der Quelle 57 und der Detektoren, die hinter dem Container 54 nicht zu sehen sind, aufrechtzuerhalten. Das Kabelsystem 53 wird durch Motoren 56 als Reaktion auf Befehle vom Bedienpersonen/Analysator-Raum 61 angehoben und abgesenkt. Zugehörige Leistungsversorgungen, eine Klimaanlage und Strahlungssensoren sind im Gehäuse 63 montiert. Rad- und Lenkleistungsmaschinen oder -motoren sind in Gehäusen 65 montiert. Es befinden sich Kräne dieser allgemeinen Art in üblichem Gebrauch in Häfen, die als "Torkräne" oder "Torhubvorrichtungen" bezeichnet werden. In einigen Fällen kann es erwünscht sein, den Torwagen oder -kran entlang einer festen Route unter Verwendung von Radführungen oder auf Schienen montiert zu betreiben.
Eine Art und Weise zum Verstärken von radiographischen Bildern, die durch eine sich bewegende Quelle und einen sich bewegenden Detektor erzeugt werden, wurde gefunden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Bewegung des Torwagens, wenn er über das und längs des untersuchten Objekts fährt, stetig und mit konstanter Geschwindigkeit durchgeführt. Irgendwelche Unregelmäßigkeiten in der Bewegung des Torwagens führen zu Verzerrungen im Bild und somit wird im ersten Ausführungsbeispiel die Bewegung so regelmäßig, gleichmäßig und konstant wie unter Verwendung von bekannten Steuersystemen durchführbar durchgeführt. Für die Erfassung von großer Schmuggelware wie z.B. gestohlenen Autos, die in internationalen Frachtcontainern versteckt sind, ist nur eine grobe räumliche Auflösung im Bild erforderlich, d.h. ungefähr 2,54 cm (ein Inch). In solchen Fällen kann es ausreichen, die Bewegung verfahrensorientiert zu steuern, d.h. indem der Torwagen auf ungefähr konstante Geschwindigkeit mit einem Geschwindigkeitsregler gebracht wird, d.h. "Geschwindigkeitsregelung", bevor er über den untersuchten Container oder Triebwagen geführt wird, und indem diese Geschwindigkeit unter Verwendung der Drossel des Torwagens so genau wie möglich aufrechterhalten wird.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel ist für Anwendungen wie z.B. die Erfassung von Drogen, versteckten Fächern, falschen Wänden und die Überprüfung von Verzeichnissen, eine höhere Auflösung erforderlich. Für diesen Zweck werden Bewegungsunregelmäßigkeiten gemessen und das radiographische Bild wird entsprechend korrigiert. Um dies zu bewerkstelligen, können ein oder mehrere Bewegungscodierer an einem Rad des Torwagens befestigt werden. Ein Codierer misst beispielsweise die Drehgeschwindigkeit des Rades und überträgt ein entsprechendes elektrisches Signal zum Computer des Abbildungssystems. Radcodierer sind manchmal als Wellenwinkelcodierer bekannt. Wenn eine Geschwindigkeitsänderung besteht, nimmt der Computer automatisch eine entsprechende Kompensation in die Zeitsteuerung der Detektorsignale für diese Stelle auf, wodurch durch eine ungleichmäßige Bewegung induzierte Bildverzerrungen beseitigt werden. Als Alternative zum Radcodierer kann ein linearer Streifen, der gleichmäßig beabstandete Striche trägt, an der Seite jedes Containers unter Verwendung einer magnetischen Befestigung, eines Bandes oder eines anderen geeigneten Mittels befestigt werden. während der Abbildungsprozedur kann der Streifen von einem von mehreren kommerziell erhältlichen Detektoren "gelesen" werden. Der lineare Streifen und der Detektor bilden einen optischen Codierer, der ein Signal vom reflektierten oder gestreuten Licht erzeugt, das verwendet werden kann, um die Bilddaten hinsichtlich durch Bewegung induzierter Unregelmäßigkeiten zu korrigieren. Eine vertikale sowie horizontale Bewegung kann gemessen werden. Zusätzlich zur linearen Translationscodierung kann es für einige Anwendungen erwünscht sein, andere Systembewegungen zu codieren, wie z.B. das Taumeln und Gieren des Wagens. Beide Ausführungsbeispiele sind als Mittel zur Verstärkung eines radiographischen Bildes definiert.
Aufgrund der großen Größe der Container oder Autos und der Möglichkeit von Fracht, die den Röntgenstrahl stark dämpft, ist die bevorzugte Quelle ein linearer Beschleuniger (Linac), der mit einem Beschleunigungspotential im Bereich von Millionen von Volt (MV) arbeitet. Solche Linacs sind mit Beschleunigungspotentialen über den Bereich von 2 MV bis 15 MV kommerziell erhältlich. Je höher die Energie der Quelle ist, desto mehr Röntgenstrahlen werden erzeugt. Bei höheren Energien nimmt auch der Massendämpfungskoeffizient von Materialien ab, so dass die Röntgenstrahlen eine größere Dicke des Materials durchdringen können. Linac-Quellen erzeugen hochenergetische Bremsstrahlungs-Röntgenstrahlung in einer Reihe von Impulsen mit niedrigem Tastverhältnis. Dieses Signalformat eignet sich zweckmäßigerweise für die Verwendung von elektronischen Verfahren, die die Drift im Detektor-Dunkelstrom und Verstärkerversätze und unter Verwendung eines geeigneten Bezugsdetektors Schwankungen in der Quellenausgabe korrigieren. Diese Verfahren verbessern das Rauschen und die Linearität und somit die Qualität der radiographischen Bilder. Alternativen für einen Linac wären eine Radioisotopquelle oder eine Röntgenstrahlröhre. Die Intensität der Strahlung von Isotopen ist jedoch mehrere Größenordnungen niedriger als jene von Linacs und jene von Röhren weist eine geringere Intensität und eine geringere Durchdringung auf, was in beiden Fällen im Allgemeinen die Bildqualität und Untersuchungsgeschwindigkeit begrenzt.
Die bevorzugte Detektoranordnung besteht aus einer linearen Matrix von Halbleiterdetektoren vom Kristalldiodentyp. Eine typische Anordnung verwendet Cadmiumwolframat-Szintillationskristalle, um die durch das untersuchte Objekt durchgelassenen Röntgenstrahlen zu absorbieren und die absorbierten Röntgenstrahlen in Photonen von sichtbarem Licht umzuwandeln. Es gibt alternative Kristalle wie z.B. Wismutgerminat und Natriumjodid. Die Kristalle können direkt mit einem geeigneten Detektor wie z.B. einer Photodiode oder einem Photovervielfacher gekoppelt werden; es ist jedoch bevorzugt, optische Lichtleiter zu verwenden, um das Licht entlang eines Weges in einem spitzen Winkel zum Röntgenstrahl zu den Detektoren zu führen, so dass die Detektoren vor den direkten Röntgenstrahlen und vor den meisten der gestreuten Röntgenstrahlen abgeschirmt werden können. Die bevorzugten Detektoren sind eine lineare Anordnung von Photodioden, die, obwohl sie Vorrichtungen mit Einheitsverstärkung sind, Vorteile gegenüber Photovervielfacherdetektoren hinsichtlich des Betriebsbereichs, der Linearität und des Abgleichs von Detektor zu Detektor bereitstellen. Ein Flächendetektor ist eine Alternative zu linearen Matrixdetektoren. Ein solcher Flächendetektor könnte ein Szintillationsstreifen wie z.B. Cäsiumjodid oder dergleichen sein, der von einer geeigneten Kamera betrachtet wird oder wahlweise mit einem ladungsgekoppelten Bauelement (CCD) gekoppelt ist. wenn ein Flächendetektor verwendet wird, bilden Lichtleiter das Licht vom linearen Szintillator auf diskrete Flächen des Flächendetektors ab. Im Computer werden die Signale vom Flächendetektor wieder auf eine lineare Spalte von Daten abgebildet und im Speicher gespeichert. Wenn sich der Strahl und die Detektoren mit dem Torwagen bewegen, wird durch die Verkettung einzelner Spalten über die Zeit, die erforderlich ist, bis der Torwagen über den Container oder das andere untersuchte Objekt fährt, ein zweidimensionales Bild erzeugt.
Für Anwendungen mit hoher Auflösung zeichnet sich die Elektronik, die zum Auslesen der Detektorsignale verwendet wird, typischerweise durch eine automatisch auf Null gebrachte, doppelt korrelierte Abtastung aus, um eine ultrastabile Datenerfassung mit Nulldrift und niedrigem Versatzrauschen zu erzielen. Eine automatische Verstärkungseichung kann verwendet werden, um den breiten Dämpfungsbereichen Rechnung zu tragen, die bei großen Containern und Fahrzeugen angetroffen werden können.
Mit Bezug auf 4 wird eine Röntgenstrahlquelle 71 verwendet, um Röntgenstrahlen 73 zu erzeugen, die auf einen schmalen Strahl mit im Wesentlichen parallelen Seiten kollimiert werden. Ein Kollimator 74 ist dazu ausgelegt, entweder einen Fächer von Röntgenstrahlen oder einen Strahlkegel oder eine Reihe von "Strahlenbündeln" zu erzeugen. Die Kollimation dient zum Begrenzen der Röntgenstrahlen, die vom zu untersuchenden Objekt 77 in die Detektoren 75 gestreut werden, was den Kontrast in den Bildern verringert. Die Kollimation verringert auch die für den Strahlungsschutz erforderliche Abschirmung.
Die Höhe der Detektoren, die festlegt, wie viel vom Container untersucht wird, wird auf der Basis des Ziels der Untersuchung ausgewählt. Wenn das Ziel beispielsweise darin besteht, Autos zu erfassen, die in einem internationalen Frachtcontainer 77 versteckt sind, könnten die charakteristischen Signaturen, die auf die Anwesenheit des Autos hinweisen, die großen Metallkomponenten wie z.B. der Motorblock, das Getriebe und die Achsen sein. In einem solchen Fall kann die Untersuchungshöhe in der Mitte des Containers auf vier oder fünf Fuß von der Bodenhöhe begrenzt sein. Andere Interessensgebiete können die Erfassung von versteckten Fächern unter dem Boden, an der Decke und hinter falschen Wänden am Ende des Containers sein. In 4 ist die Detektormatrix ungefähr gleich der Containerhöhe, in diesem Fall acht Fuß. Diese Konfiguration ermöglicht eine Abdeckung von direkt über der Bodenhöhe bis 1,83 m (sechs Fuß (6 ft.)) in der Containermitte sowie die Untersuchung von Bereichen der Rück- und Seitenwände.
Zusätzlich zur Verwendung von Detektoren entgegengesetzt zur Quelle und in direkter Linie mit dieser, um die durchgelassenen Röntgenstrahlen zu messen, kann eine Detektormatrix zusätzlich auf der Quellenseite des Torwagens verwendet werden. Diese Detektoren würden ausgerichtet werden, um einen Teil der gestreuten, d.h. "zurückgestreuten" Compton-Röntgenstrahlen zu erfassen. Ebenso kann eine andere Detektormatrix auch auf der Detektorseite des Fahrzeugs verwendet werden, jedoch außerhalb des durchgelassenen Röntgenstrahls, um die nach vorn gestreuten Röntgenstrahlen zu erfassen. Solche gestreuten Röntgenstrahlen haben sich bei der Erfassung der Anwesenheit von Schmuggelware mit niedriger Atomzahl, wie z.B. Drogen und Sprengstoffen, die in den Wänden von Containern, Lastwagen usw. versteckt sind, als wirksam erwiesen.
Mit der in 4 gezeigten Geometrie würde ein Teil des Containers oder großen Fahrzeugs nicht abgebildet werden. Obwohl nicht erforderlich, um gestohlene Autos, Drogen, die in Tankwagen versenkt sind, usw. zu erfassen, kann die vollständige Untersuchung von Containern und Autos für andere Anwendungen wie z.B. die Überprüfungen von Verzeichnissen erwünscht sein. Für solche Anforderungen könnten alternative Konfigurationen verwendet werden. Wie vorher erörtert, ermöglicht die Verfügbarkeit von Torwagen mit Teleskopbeinen beispielsweise, dass die Quelle und die Detektormatrix so montiert werden, dass sie in verschiedene Höhen bewegt werden könnten. Die Quelle könnte auch nahe der Mittelebene an einer Neigevorrichtung montiert werden, die die Röntgenstrahlen nach oben oder nach unten richten würde, und eine größere Detektormatrix oder eine, die in verschiedene Höhen bewegt werden könnte, könnte verwendet werden.

Claims

Vorrichtung zur radiographischen Untersuchung von Fahrzeugen und/oder Frachtcontainern (15, 77) mit einem selbstfahrenden, umgekehrt U-förmigen Rahmen (11, 27, 51) mit einer ersten und einer zweiten parallelen vertikalen Seite, die um einen Abstand voneinander entfernt sind, der größer ist als eine erste Abmessung eines zu untersuchenden Containers und/oder Fahrzeugs (15, 77), einem Mittel, das dazu ausgelegt ist, den Rahmen relativ zu und entlang einer zweiten Abmessung des zu untersuchenden Containers und/oder Fahrzeugs (15, 77) zu bewegen, einer Strahlungsquelle (13, 71) mit harter Strahlung, die auf der ersten Seite des Rahmens (11, 51) angeordnet und dazu ausgelegt ist, ein Strahlungsbündel zu emittieren, das zur zweiten Seite hin gerichtet ist, einem Detektor (75), der zum Aufzeichnen von Strahlung, die durch den Raum zwischen der ersten und der zweiten parallelen vertikalen Seite durchgelassen wird, angeordnet und dazu ausgelegt ist, ein radiographisches Signal zu erzeugen, das für das Material im Raum kennzeichnend, und einem Mittel (17), das dazu ausgelegt ist, radiographische Signale, die vom Detektor erzeugt werden, entlang der zweiten Abmessung des zu untersuchenden Containers und/oder Fahrzeugs (15, 77) zu summieren, wodurch ein radiographisches Bild des Inhalts des zu untersuchenden Containers und/oder Fahrzeugs (15, 77) erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der umgekehrt U-förmige Rahmen (11, 27, 51) der Rahmen eines Torstapelwagens mit zwei Paaren von beabstandeten Rädern (25) ist, wobei ein Paar von Rädern jeder der ersten und der zweiten parallelen vertikalen Seite zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Mittel, das dazu ausgelegt ist, den Rahmen (11, 27, 51) relativ zum zu untersuchenden Container und/oder Fahrzeug (15, 77) zu bewegen, einen Motor aufweist, der am Rahmen (11, 51) montiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Mittel, das dazu ausgelegt ist, den Rahmen (11, 51) zu bewegen, ferner ein Fernsteuermittel aufweist, das dazu ausgelegt ist, den Rahmen (11, 51) zu führen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Mittel, das dazu ausgelegt ist, den Rahmen (11, 51) zu bewegen, ein Steuermittel aufweist, das dazu ausgelegt ist, den Rahmen mit einer konstanten Geschwindigkeit zu führen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der umgekehrt U-förmige Rahmen (11, 51) einen Torkran (53) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlungsquelle (13, 71) einen linearen Beschleuniger aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlungsquelle (13, 71) eine Röntgenstrahlröhre aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlungsquelle (13, 71) ein Isotop aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner aufweist: eine Vielzahl von Strahlungsquellen (13, 71) mit harter Strahlung, die auf der ersten Seite angeordnet und dazu ausgelegt sind, Strahlungsbündel zu emittieren, die zur zweiten Seite hin gerichtet sind, und eine Vielzahl von Detektoren (75), die zum Aufzeichnen von Strahlungsbündeln, die durch den Raum durchgelassen werden, angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Detektor eine lineare Matrix von Detektoren (75) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Detektor eine Flächenmatrix von Detektoren (75) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Detektor (75) ein Fluoreszenzmaterial, das dazu ausgelegt ist, als Reaktion auf das Auftreffen eines Bündels mit harter Strahlung sichtbares Licht zu emittieren, und einen optischen Detektor, der zum Empfangen von Licht vom Fluoreszenzmaterial angeordnet ist, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der optische Detektor einen Photodiodendetektor aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der optische Detektor einen Photovervielfacherdetektor aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der optische Detektor einen Flächendetektor aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Flächendetektor eine Videokamera ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Flächendetektor eine Matrix von ladungsgekoppelten Bauelementen (CCD) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Flächendetektor eine Photodiodenmatrix ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Flächendetektor eine Photovervielfachermatrix ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei Lichtleiter den Flächendetektor mit einem Streifen des Fluoreszenzmaterials koppeln.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner ein Strahlkollimatormittel (74) aufweist, das dazu ausgelegt ist, einen fächerförmigen Strahl zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner ein Strahlkollimatormittel aufweist, das dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Strahlenbündeln zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner ein Strahlkollimatormittel (74) aufweist, das dazu ausgelegt ist, einen Strahlkegel von Röntgenstrahlen zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner ein radiographisches Bildverstärkungsmittel aufweist, das wirksam mit dem Mittel verbunden ist, das dazu ausgelegt ist, radiographische Signale zu summieren.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das radiographische Bildverstärkungsmittel einen Geschwindigkeitsregler für das Mittel, das dazu ausgelegt ist, den Rahmen zu bewegen, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das radiographische Bildverstärkungsmittel Bewegungscodierer aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Bewegungscodierer Radcodierer sind.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Bewegungscodierer lineare optische Streifencodierer sind.