страница - 120
онных измерительных и вспомогательных данных, который участвует в синтезе томограммы, значительно превышает объем томограммы. Следует учесть, что объем вычислительных
операций пропорционален , где N - характеристика формата изображения.
Поэтому для реализации вычислений в приемлемое время требуется компьютер с быстродействием более 100 млн. операций в секунду или должен иметься быстродействующий спецпроцессор параллельного действия для конвейерной обработки проекций при реализации алгоритма обратного проецирования с фильтрацией сверткой. Современные томографы имеют обычно в составе вычислительных средств центральный процессор, большую оперативную память, быстродействующий спецпроцессор синтеза томограммы, процессор предварительной обработки проекционных данных, интерфейс ввода-вывода данных, видеотерминал, устройство документирования томограмм.
Программное обеспечение томографа включает:
-базовую операционную систему;
-управляющую программу (монитор);
-программы: сбора данных,
формирования вспомогательных массивов,
формирования проекций (предобработки),
коррекции систематических погрешностей измерительных каналов, реконструкции,
обработки томограммы, вычисления количественных характеристик, визуализации,
документирования томограмм, диагностики состояния подсистем, моделирования данных и узлов томографа,
юстировочные,
прикладные диагностирования объектов, принадлежащих к различным классам;
-данные фантомов.
В режиме интерактивной обработки томограммы обычно выполняются следующие операции:
-работа с томограммой в амплитудном окне посредством изменения центра и ширины амплитудного окна визуализируемой томограммы,
-высокочастотная и низкочастотная фильтрация томограммы,
-псевдоокрашивание томограммы В соответствии с выбранными амплитудными уровнями,
-выделение зон интереса,
-вывод на экран интересующей области сечения,
-определение и вывод на экран координат и количественных характеристик в выбранных точках и статических характеристик в пределах области интереса,
-построение гистограмм распределения плотности вдоль линий интереса и в пределах области интереса,
-сложение, вычитание или другие операции с томограммами различных сечений одного объекта,
-вывод на экран знаковой и буквенной информации, дополняющей томограмму,
-архивирование томограммы,
-работа с архивированными томограммами,
-корректировка проекционных данных,
-синтез и визуализация томограммы по исправленным проекционным данным.
З.в.2.3. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТОМОГРАФЫ
Весь спектр радиационных томографов делят на три группы в сосаъетствии с типичными классами объектов:
1)универсальные промышленные томографы;
2)высокоэнергетичные томографы;
3)микротомографы.
Первая включает системы и средства для контроля наиболее массовой группы объектов средних размеров и средней плотности;
вторая - для контроля в основном уникальных крупногабаритных и толстостенных изделий средней плотности или изделий из высокоплотных материалов;
третья - для контроля микрообъектов.
Томографы первой группы наиболее развиты и доведены до коммерческого уровня, имеют наибольшее число моделей и наиболее .отработаны.
Параметры объектов для этой группы томографов:
диаметр от 20 - 25 до 100 - 150 см,
длина до 300 - 350 см,
масса до 100 - 500 кг,
средняя плотность до 2 - 2,5 г/см3.
Отличительной чертой моделей этой группы является полная укомплектованность для быстрого получения точных плотностных, размерных и дефектоскопических характеристик любого объекта в широком диапазоне размеров, простой или сложной конфигурации. Достоинством является развитое математическое обеспечение, позволяющее проводить множество операций с реконструированным изображением, определять количественные и качественные показатели, а также решать побочные задачи - автоматическое проектирование и т.д.
Наиболее типичными являются томографы: модели 201С1ТА фирмы SMS (США),
ВАМ-II (Германия), Magic фирмы Intercontrole (Франция), Toscaner-4200 фирмы Toshiba (Япония), XIМ фирмы General Electric (США). Характеристики томографов:
точность позиционирования объекта линейная 0,01 мм; угловая 0,004 - 0,01 ° ;
перемещение вертикальное до 700 мм; горизонтальное до 1 500 мм;
угол поворота до 180 или 360 ° ;
толщина слоя от 5 до 10 мм;
пространственное разрешение 0,5 - 1 мм (обычное), 0,25 мм (высокое);
обнаруживают:
пустоты до 0,3 мм3,
включения до 0,03 мм3,
трещины с разрывом до 0,025 мм.
Выше рассматривались томографы стационарные. Это ограничивает возможность их применения. Портативные передвижные томографы могут быть доставлены к объекту и размещены вокруг него.
Компанией изотопных исследований (ФРГ) совместно с Марбургским университетом разработан передвижной томограф MST-3.
Внутренний диаметр, соответствующий максимальному размеру исследуемых объектов, составляет 700 мм. Источником излучения является 137Cs или Со, матрица детекторов имеет три детектора на основе сцинтиллятора NaJ и ФЭУ. Томограф MST-3 был успешно применен для томографии деревьев.
Компания Rigaku (Япония) разработала большой и малый передвижные сканеры для контроля деревьев и строительных колонн. Излучателями большого и малого томографов являются рентгеновские трубки соответственно 350 и 40 - 120 кВ, матрица имеет три детектора NaJ с ФЭУ. Максимальный диаметр объектов 1 300 мм в большом сканере и 200 мм в малом.
Высокоэнергетические радиационные томографы
К высокоэнергетичной радиационной томографии относят системы с энергией зондирующего излучения свыше 420 кэВ - 1 МэВ. Три эффекта существенны при взаимодействии фотонов с веществом: фотоэлектрический эффект, комптоновское рассеяние и формирование пар электрон-позитрон. В зависимости от энергии фотонов преобладает тот или иной эффект.
При малых энергиях преобладает фотоэлектрический эффект. При энергиях менее 10 МэВ существенным является комптоновское рассеяние, при котором первичный фотон отклоняется от первоначальной линии перемещения, теряет некоторое количество энергии в точке взаимодействия и выбивает атомный электрон с его энергетической орбиты.
Процесс рождения элементарных пар, в ходе которого полностью поглощается фотон, становится преобладающим в качестве процесса поглощения при энергиях выше 1,02 МэВ.
Кроме указанных эффектов существенное значение имеют также неэкранированное излучение, возникающее в источнике, рассеянное излучение от конслрукций, приближенных к объекту, обратное рассеяние от участков, расположенных сзади приемников излучения. Рассеянное излучение от всех источников снижает контрастность, делает неясным изображение на приемной среде. Только первичные фотоны способствуют формированию правильного изображения и прежде всего для дефектов, лежащих близ передней поверхности объекта со стороны источника излучения.
Типичные объекты высокоэнергетичной томографии имеют следующие параметры:
поперечный размер 500 - 2 500 мм;
длину до 5 000 мм;
толщину по стали в направлении луча до 500 - 600 мм;
соответственно требуется пространственное разрешение 0,5 - 2,5 мм;
толщину слоя 2-10 мм;
длительность сканирования слоя не более 15 мин;
время реконструкции изображения не более 30 с;
размеры обнаруживаемых пустот 0,3 мм3;
раскрытие трещин 0,05 - 0,08 мм.
В состав томографического комплекса входит прецизионный сканер, управляющая ЭВМ, излучатель на основе ускорителя, матрица детекторов, систем сбора данных и ввода в ЭВМ, реконструкционньгй процессор, система обработки реконслрукционного изображения и документирования.
К высокоэнергетичной томографии следует отнести системы для контроля высокоплотных тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) реакторов и изделий из стали.
Уникальными являются высокоэнерге-тичные вычислительные радиационные томографы, разработанные специально для контроля деталей ракет, вооружения, космических объектов, прежде всего, ракетных двигателей.
Томограф AF/ACTS-1 позволяет анализировать объекты диаметром до 870 мм и массой до 2,5 т с помощью рентгеновского излучателя 420 кВ. Эти характеристики у томографа AF/ACTS-2 составляют соответственно до 254 см и до 55 т. В нем используется линейный ускоритель Linatron 6000. Механическая система имеет стол, который обеспечивает возвратно-поступательное перемещение и вращение изделия с погрешностью позиционирования линейной 0,005 см и угловой 5" , и две консоли, несущие синхронно перемещаемые в вертикальном направлении излучатель и детекторную систему.
Энергия квантов в AF/ACTS-2 составляет 16 МэВ, поэтому условия детектирования излучения, прошедшего объект, более сложны, поскольку кроме фотоэлектронов в материале объекта возникают электронно-позитронные пары и эмиссия нейтронов.
Во избежание влияния радиации на фотодетекторы последние отделены от сцинтил-ляторов, воспринимающих излучение, и связаны с ними стекловолоконными линиями.
Томограф ВТП-1500 предназначен для неразрушающего контроля изделий диаметром 500 - 1 500 мм и длиной 1 ООО - 5 ООО м. Реализуется схема сканирования 3-го поколения. В качестве источника излучения используют линейный ускоритель с энергией тормозного излучения 5,5; 8; 10 МэВ с частотой 80 - 320 Гц и длительностью импульсов 4,5 мкс. Диаметр фокусного пятна 2 мм. Матрица детекторов содержит 128 детекто- ров (сцинтиллятор CsJ, кремниевый ФД). Матрица обрабатываемых данных имеет формат 1440 х 256. Время сбора данных 3 мин, время реконструкции 3 мин. Пространственное разрешение 5 мм.
Рентгеновская микротомографня
Анализ состояния армирующих волокон, адгезии наполнителя композитов, микрообъектов требует повышения пространственного разрешения вплоть до единиц-десятков микрометров.
Прямой метод повышения пространственного разрешения в рентгеновской промышленной томографии заключается в соз-
дании микротомографов, то-есть томографических систем с пространственным разрешением на микронном и субмикронном уровне.
В развитии рентгеновской микротомографии могут быть выделены три направления в создании систем:
-по стандартной томографической схеме на основе микрофокусной рентгеновской трубки;
-микротомографии на основе растрового электронного микроскопа (РЭМ);
-микротомографии на основе синхрот-ронного излучения.
Структурная схема компьютерного микротомографа на основе РЭМ представлена на рис. 3.8.5.
Луч электронного зонда 1 развертывается по мишени 2 в направлениях X и Y с помощью команд ЭВМ через интерфейс с помощью блоков 8 и 9 формирования сигналов перемещения по Хи по У(БФСу). При перемещении луча по мишени образуется перемещающийся точечный источник рентгеновского излучения, проходящего через объект 3, установленный на столе 4. Сканирование в определенном угловом ракурсе осуществляется перемещением зонда по X при неподвижном объекте, а изменение ракурса производится дискретным вращением объекта на определенный угол с помощью шагового привода. Переход к новому слою может осуществляться перемещением луча по Y или вертикальным перемещением объекта. Прошедшее объект излучение фиксируется детекторной системой сцинтиллятор 6 - фотопреобразователь 7.
Оо | ||
В 5
4L
61
19
IB
/г | ||
/7
3sz
IS
Г1
to Ь
/3 | 14 | |
15 0
Рис. 3.8.5. Структурная схема микротомографа на основе РЭМ
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]