RU2472138C1

RU2472138C1 - Method of ndt testing

Info

Publication number: RU2472138C1
Application number: RU2011134076/28A
Authority: RU
Inventors: Виталий Иванович Микеров; Александр Павлович Кошелев
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2013-01-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: object is scanned by radiation point source beam to register intensity of radiation passed through control object with the help of matrix of detectors and process obtained data by computer to be recovered on the basis of object internal structure. Note here that flat-field collimators are used to form directed radiation flow with shape retracing controlled part contour. Control object is displaced in axis perpendicular to collimator plane to connect point source with collimator centre to delineate controlled part. Radiation intensity is registered by appropriate detectors arranged along axial lines of collimator flat-fields.

EFFECT: higher efficiency, accuracy and reliability, simplified process and implementation.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к контролю положения и/или размеров деталей известной формы по проекционному изображению объекта в потоке проникающего излучения. Промышленные объекты (изделия) содержат детали известной формы: цилиндры, сферы, параллепипеды, конуса и т.п., положение которых в изделии и/или их размеры требуется контролировать. При этом нет необходимости контролировать все изделие. Избирательный контроль позволяет сократить время контроля.The invention relates to the field of non-destructive testing, namely, to control the position and / or dimensions of parts of known shape from a projection image of an object in a penetrating radiation stream. Industrial objects (products) contain details of a known shape: cylinders, spheres, parallelepipeds, cones, etc., the position of which in the product and / or their dimensions must be controlled. There is no need to control the entire product. Selective control reduces control time.

Известен способ получения радиографической проекции объекта с помощью проникающего излучения, в котором прошедшее сквозь объект излучение контролируют по углу отклонения по отношению к направлению до входа в исследуемый объект, при этом угловое отклонение излучения преобразуют в контраст проекции объекта. Подурец К.М. Соменков В.А. Шильштейн С.Ш. "Радиография с рефракционным контрастом"; Журнал технической физики, 1989, том 59, выпуск 6, стр.115-121. Способ не позволяет получить информативное проекционное изображение при многократном рассеянии излучения в объекте. При использовании рентгеновского излучения с энергией более ~10 кэВ способ не реализуем.A known method of obtaining a radiographic projection of an object using penetrating radiation, in which the radiation transmitted through the object is controlled by the angle of deviation relative to the direction before entering the object under study, while the angular deviation of the radiation is converted into the contrast of the projection of the object. Podurets K.M. Somenkov V.A. Shilstein S.Sh. "Radiography with refractive contrast"; Journal of Technical Physics, 1989, Volume 59, Issue 6, pp. 115-121. The method does not allow to obtain an informative projection image with multiple scattering of radiation in an object. When using x-ray radiation with an energy of more than ~ 10 keV, the method is not feasible.

Известен способ получения изображения внутренней структуры объекта с помощью проникающего излучения, в котором поток проникающего излучения от источника ограничивают по углу локальной расходимости. Поток пропускают через исследуемый объект, а прошедшее излучение регистрируют с помощью детектора для образования изображения с определенным отношением угловой направленности в каждой из двух взаимно перпендикулярных плоскостей к угловой расходимости первичного потока излучения. Патент Российской Федерации №2098798, МПК: G01N 23/04, 1997 г. Способ имеет низкую производительность, которая зависит от расходимостей пучка в каждой из двух взаимно перпендикулярных плоскостей.A known method of obtaining images of the internal structure of an object using penetrating radiation, in which the flow of penetrating radiation from a source is limited by the angle of local divergence. The stream is passed through the object under study, and the transmitted radiation is recorded using a detector to form an image with a certain ratio of the angular directivity in each of two mutually perpendicular planes to the angular divergence of the primary radiation flux. Patent of the Russian Federation No. 2098798, IPC: G01N 23/04, 1997. The method has a low productivity, which depends on the divergence of the beam in each of two mutually perpendicular planes.

Известен способ нейтронной радиографии с использованием быстрых нейтронов, основанный на преобразовании излучения точечного источника быстрых нейтронов в оптическое излучение, при котором по распределению его яркости судят о пространственном распределении интенсивности излучения быстрых нейтронов. Патент Российской Федерации №2207550, МПК: G01N 23/02, 2003 г. Способ не обеспечивает одновременно высокую эффективность регистрации излучения и высокое пространственное разрешение из-за увеличения доли фонового сигнала.A known method of neutron radiography using fast neutrons, based on the conversion of radiation from a point source of fast neutrons into optical radiation, in which the spatial distribution of the intensity of radiation of fast neutrons is judged by the distribution of its brightness. Patent of the Russian Federation No. 2207550, IPC: G01N 23/02, 2003. The method does not simultaneously provide high radiation detection efficiency and high spatial resolution due to an increase in the proportion of the background signal.

Известен способ неразрушающего контроля, заключающийся в просвечивании объекта узким веерным пучком проникающего излучения от линейного ускорителя, регистрации прошедшего сквозь объект излучения детекторной линейкой, сканировании объекта с последующим восстановлением изображения путем математической обработки результатов измерений. Материалы XVII совещания по ускорителям заряженных частиц, Протвино, т.2, 2000 г., с.317. Способ имеет ограниченное пространственное разрешение и производительность.There is a method of non-destructive testing, which consists in illuminating an object with a narrow fan beam of penetrating radiation from a linear accelerator, registering the radiation passed through the object with a detector line, scanning the object with subsequent restoration of the image by mathematical processing of the measurement results. Materials of the XVII meeting on charged particle accelerators, Protvino, vol. 2, 2000, p. 317. The method has limited spatial resolution and performance.

Известен способ контроля изделий, заключающийся в том, что сканируют объект пучком от точечного источника излучения при возвратно-поступательном перемещении объекта контроля, регистрируют интенсивность излучения, прошедшего через объект контроля, с помощью матрицы детекторов и обрабатывают в ЭВМ полученную информацию с последующим восстановлением на ее основе внутренней структуры объекта. Патент Российской Федерации №2097748, МПК: G01N 23/04, 1997 г. Прототип. Способ дает большой объем информации, а восстановление структуры всего объекта осуществляется математически и занимает большой временной отрезок.A known method of monitoring products, namely, that they scan an object with a beam from a point radiation source during reciprocating movement of the control object, record the intensity of radiation transmitted through the control object using a matrix of detectors and process the received information in a computer with subsequent recovery based on it the internal structure of the object. Patent of the Russian Federation No. 2097748, IPC: G01N 23/04, 1997. Prototype. The method provides a large amount of information, and the restoration of the structure of the entire object is carried out mathematically and takes a large time period.

Данный способ устраняет недостатки аналогов и прототипа, дает возможность получать проекционные изображения при одном или, если требуется, при нескольких угловых положениях объекта. Исключает исследование всего объекта и области вне объекта. Угловые положения определяет структура, которую мы хотим выявить в проекционном изображении и которая соответствует форме щели коллиматора. Происходит оконтуривание (окантовка) просвечиваемой детали объекта при одном или нескольких его положениях относительно пучка.This method eliminates the disadvantages of analogues and prototype, makes it possible to obtain projection images with one or, if required, with several angular positions of the object. Excludes the study of the entire object and the area outside the object. The angular positions are determined by the structure that we want to identify in the projection image and which corresponds to the shape of the collimator slit. There is a contouring (edging) of the translucent part of the object at one or more of its positions relative to the beam.

Задачей изобретения является контроль взаимного расположения и/или размеров элементов известной формы крупногабаритных конструкций внутри изделия в собранном состоянии.The objective of the invention is to control the relative position and / or size of elements of known shape of large-sized structures inside the product in assembled condition.

Техническим результатом является контроль взаимного расположения и/или размеров элементов конструкции внутри изделия в собранном состоянии, в том числе из непрозрачных материалов, повышение точности и производительности измерений, упрощение технологии измерений, упрощение технической реализации.The technical result is to control the relative position and / or size of structural elements inside the product in an assembled state, including from opaque materials, increasing the accuracy and performance of measurements, simplifying measurement technology, simplifying technical implementation.

Технический результат достигается тем, что в способе неразрушающего контроля изделий, заключающемся в сканировании объекта контроля пучком от точечного источника излучения при перемещении объекта контроля регистрации интенсивности излучения, прошедшего через объект контроля, с помощью матрицы детекторов и обработки в ЭВМ полученной информации с последующим восстановлением на ее основе внутренней структуры объекта, щелевыми коллиматорами формируют направленный поток излучения, форма которого повторяет контур контролируемой детали, объект контроля перемещают вдоль оси, перпендикулярной плоскости коллиматора и соединяющей точечный источник с центром коллиматора, в диапазоне, требуемом для оконтуривания детали, а интенсивность излучения регистрируют детекторами излучения, расположенными вдоль осевых линий щелей коллиматоров.The technical result is achieved by the fact that in the method of non-destructive testing of products, which consists in scanning the object of control by a beam from a point radiation source when moving the object of registration of the registration of radiation intensity that passed through the object of control, using a matrix of detectors and processing the received information in a computer with subsequent recovery to it Based on the internal structure of the object, slotted collimators form a directed radiation flux, the shape of which follows the contour of the controlled part , Control object is moved along an axis perpendicular to the plane of the collimator and connecting the point source to the center of the collimator, a range required to delineate the details and the radiation intensity is recorded radiation detectors disposed along the axial lines collimator slits.

Сущность изобретения поясняется на фигурах 1 и 2.The invention is illustrated in figures 1 and 2.

На Фиг.1 схематически изображен продольный разрез системы неразрушающего контроля деталей изделия сферической формы, где: 1 - источник излучения, 2 - коллиматор-ограничитель пучка излучения, 3 - объект контроля, 4 - элемент конструкции (зазор) объекта контроля 3, положение и сечение которого контролируют, 5 - щелевой коллиматор (в общем случае может быть несколько со щелями различной формы) в виде окружности, 6 - детекторы излучения, расположенные вдоль осевой линии щели коллиматора, 7 - устройство перемещения объекта контроля 3.Figure 1 schematically shows a longitudinal section of a system of non-destructive testing of parts of a spherical product, where: 1 - radiation source, 2 - collimator-limiter of the radiation beam, 3 - control object, 4 - structural element (gap) of the control object 3, position and section which is controlled, 5 - slotted collimator (in the general case, there may be several with slits of various shapes) in the form of a circle, 6 - radiation detectors located along the axial line of the collimator slit, 7 - device for moving the test object 3.

На Фиг.2, в качестве примера, приведены зависимости величины сигнала в области зазора (профили сканирования) между двумя шаровыми слоями из свинца и железа в диапазоне от 0 мкм до 300 мкм, рассчитанные для рентгеновского излучения бетатрона при ускоряющем напряжении 7,5 МэВ при щели коллиматора 5 размером 200 мкм, где: 8 - зазор 300 мкм, 9 - зазор 250 мкм, 10 - зазор 200 мкм, 11 - зазор 150 мкм, 12 - зазор 100 мкм, 13 - зазор 50 мкм, 14 - зазор 0 мкм.Figure 2, as an example, shows the dependence of the signal in the gap (scanning profiles) between two spherical layers of lead and iron in the range from 0 μm to 300 μm, calculated for x-ray radiation of a betatron with an accelerating voltage of 7.5 MeV at the collimator slit 5 is 200 microns in size, where: 8 is a gap of 300 microns, 9 is a gap of 250 microns, 10 is a gap of 200 microns, 11 is a gap of 150 microns, 12 is a gap of 100 microns, 13 is a gap of 50 microns, 14 is a gap of 0 microns .

Источник излучения 1 создает расходящийся пучок, проходящий через контролируемый объект 3. Вид и спектр излучения, а также эффективность детекторов излучения 6 обеспечивают достаточное количество излучения, прошедшего через контролируемый объект 3, и статистическую точность регистрируемого сигнала. Поскольку интенсивность прошедшего излучения зависит от ослабляющей способности контролируемого объекта 3, то она изменяется в поперечном сечении пучка в соответствии с конструкцией контролируемого объекта 3.The radiation source 1 creates a diverging beam passing through the controlled object 3. The type and spectrum of radiation, as well as the efficiency of the radiation detectors 6 provide a sufficient amount of radiation transmitted through the controlled object 3, and the statistical accuracy of the recorded signal. Since the intensity of the transmitted radiation depends on the attenuating ability of the controlled object 3, it changes in the cross section of the beam in accordance with the design of the controlled object 3.

Коллиматор-ограничитель пучка излучения 2 служит для уменьшения облучаемого объема контролируемого объекта 3 и соответствующего уменьшения за счет этого интенсивности фонового сигнала, обусловленного рассеянным в контролируемом объекте 3 излучением. При малом вкладе рассеянного излучения в сигнал детекторов 6 может отсутствовать. Прошедшее через контролируемый объект 3 излучение попадает в детекторы излучения 6.The collimator-limiter of the radiation beam 2 serves to reduce the irradiated volume of the controlled object 3 and the corresponding decrease due to this intensity of the background signal due to the radiation scattered in the controlled object 3. With a small contribution of scattered radiation to the signal of the detectors 6 may be absent. The radiation transmitted through the controlled object 3 enters the radiation detectors 6.

Кольцевой коллиматор 5 формирует сканирующий пучок излучения, проходящий через контролируемый объект 3, на детекторы излучения 6.An annular collimator 5 forms a scanning beam of radiation passing through the controlled object 3 to radiation detectors 6.

Размер щели кольцевого коллиматора 5 определяет пространственное разрешение в изображении объекта сканирования. Количество и форму коллиматоров 5 выбирают исходя из количества и формы контролируемых деталей. Материал и размер коллиматора-ограничителя пучка излучения 2 и коллиматоров 5 выбирают в соответствии с ослаблением излучения в контролируемом объекте 3.The size of the slit of the annular collimator 5 determines the spatial resolution in the image of the scan object. The number and shape of the collimators 5 is selected based on the number and shape of the controlled parts. The material and size of the collimator-limiter of the radiation beam 2 and collimators 5 are selected in accordance with the attenuation of radiation in the controlled object 3.

Детекторы излучения 6 регистрируют излучение, прошедшее через контролируемый объект 3. Материал детекторов излучения 6 выбирают в соответствии с видом излучения и требуемой эффективностью регистрации. Размер детектора излучения 6 вдоль щели коллиматора 5 определяется требуемым пространственным разрешением вдоль этого направления. Другой поперечный размер и длина излучения 6 определяются необходимой эффективностью регистрации.The radiation detectors 6 register the radiation transmitted through the controlled object 3. The material of the radiation detectors 6 is selected in accordance with the type of radiation and the required detection efficiency. The size of the radiation detector 6 along the slit of the collimator 5 is determined by the required spatial resolution along this direction. Another transverse size and radiation length 6 are determined by the necessary registration efficiency.

Устройство перемещения 7 совершает возвратно-поступательное линейное перемещения контролируемого объекта 3 вдоль оси пучка излучения.The movement device 7 performs a reciprocating linear movement of the controlled object 3 along the axis of the radiation beam.

Для источника излучения 1, описываемого как точечный источник, и достаточно малого отношения расстояния от области контролируемого объекта 3, через который проходит сканирующий пучок, до оси пучка перемещение вдоль оси пучка ΔL и перемещение этой области относительно сканирующего пучка в поперечном направлении ΔR связаны соотношением:For the radiation source 1, described as a point source, and a sufficiently small ratio of the distance from the region of the controlled object 3 through which the scanning beam passes to the beam axis, the movement along the beam axis ΔL and the movement of this region relative to the scanning beam in the transverse direction ΔR are related by the relation:

ΔR/ΔL=R/L, где:ΔR / ΔL = R / L, where:

R - радиус кольцевого коллиматора 5,R is the radius of the annular collimator 5,

L - расстояние от кольцевого коллиматора 5 до источника 1.L is the distance from the annular collimator 5 to the source 1.

Из соотношения ΔR/ΔL=R/L видно, что это отношение может быть достаточно малым и высокая точность перемещения по радиусу ΔR будет обеспечена сравнительно грубым устройством перемещения 7 объекта контроля 3.From the ratio ΔR / ΔL = R / L it can be seen that this ratio can be quite small and a high accuracy of movement along the radius ΔR will be provided by a relatively rough device for moving 7 of the control object 3.

Одним из источников излучения 1 является источник рентгеновского излучения в виде бетатрона, коллиматор-ограничитель пучка излучения 2, кольцевой коллиматор 5 выполнены из свинца или вольфрама, детекторы излучения 6 содержат сцинтиллятор, например, CsI и фотодиоды для считывания сцинтилляционного сигнала. В качестве устройства перемещения могут быть использованы актуаторы.One of the radiation sources 1 is an X-ray source in the form of a betatron, a collimator-limiter of the radiation beam 2, a ring collimator 5 made of lead or tungsten, radiation detectors 6 contain a scintillator, for example, CsI and photodiodes for reading the scintillation signal. Actuators can be used as a moving device.

Для измерения поперечного размера зазора 4 с помощью устройства перемещения 7 производят перемещение контролируемого объекта 3 вдоль оси кольцевого коллиматора 5. Сканирующий пучок проходит через зазор 4. Измеряют интенсивность излучения, прошедшего через зазор 4 и в соседних с ним областях с помощью детекторов излучения 6. Полученный профиль сканирования сглаживают, например, с помощью сплайнов. Далее применяют одну или несколько из следующих процедур: измеряют ширину профиля сканирования, например, на полувысоте; или находят отношение максимального и минимального сигналов в области зазора; определяют смещение профиля сканирования по отношению к рассчитанному в отсутствии зазора (кривая 14 фиг.2).To measure the transverse size of the gap 4 using the moving device 7, the controlled object 3 is moved along the axis of the annular collimator 5. The scanning beam passes through the gap 4. The intensity of the radiation transmitted through the gap 4 and in the neighboring areas is measured using radiation detectors 6. Received the scan profile is smoothed, for example, using splines. Next, apply one or more of the following procedures: measure the width of the scan profile, for example, at half maximum; or find the ratio of the maximum and minimum signals in the gap; determine the offset of the scan profile relative to the calculated in the absence of a gap (curve 14 of figure 2).

В общем случае контроль положения детали или измерение ее размеров производят путем сравнения результатов сканирования соответствующей области изделия с результатами расчета или измерений для этой области, выполненных для эталонного образца.In the General case, the control of the position of the part or the measurement of its dimensions is carried out by comparing the scan results of the corresponding area of the product with the results of calculations or measurements for this area, performed for the reference sample.

Сравнение производят на ЭВМ с помощью соответствующей компьютерной программы.Comparison is made on a computer using the appropriate computer program.

Claims

The product control method, which consists in scanning the object with a beam from a point radiation source during the reciprocating movement of the control object, recording the intensity of the radiation transmitted through the control object using a matrix of detectors and processing the received information in a computer with subsequent restoration of internal data based on it structure of the object, characterized in that the slotted collimators form a directed radiation flux, the shape of which follows the contour of the controlled part, the object is To move along an axis perpendicular to the plane of the collimator and connecting the point source to the center of the collimator, okonturivaya controlled item, and the radiation intensity is recorded radiation detectors disposed along the axial lines collimator slits.