Рентгенотелевизионный дефектоскоп

 

Изобретение относится к неразруиаюцему контролю материалов и изделий , точнее к радиационным дефектоскопам , и может быть использовано при дефектоскопии сварных соединений . Цель изобретения - повышение эффективности обнаружения дефектов путем поддержания фиксированной вероятности ложных тревог. Дефектоскоп содержит последовательно расположенные источник рентгеновского излучения , контролируемый объект, преобразователь рентген-свет, передающую ТУ камеру на матрице приборов с зарядовой связью и блоком управления, сумматор, элемент И и классификатор дефектов. Новым в дефектоскопе является аналого-цифровой преобразователь , три квадратора, два одновибратора, буферная схема, два блока элементов памяти, два блока буферных схем, два блока вычитания, схема сравнения, распределитель импульсов и дополнительный сумматор. 6 ил. о Ј (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

119) (11) А1 (gg)g С 01 N 23/04

61»ЕМ

ИТЕНЖ- ! . 16Л».1

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

I 1 (21) 4719о14/25 (22) 14.07.89 (46) 23.06.91. Бюл. Р 23 (71) Таганрогский радиотехническ»в» институт им, В.Д.Калмыкова (72) К.Е,Румянцев и A.В.Цыганкова (53) 621.039{088 8) (56) Авторское свидетельство СССР

)1» 532043, кл. С 01 N 23/04, 1976.

Авторское свидетельство СССР

)»» 759929, кл. G 01 N 23/04, 1980. (54) РЕНТГЕНОТЕЛЕВИЗИОННЫЙ ДЕФЕКТОСКОП (57) Изобретение относится к неразруыаюп»ему контролю материалов и изделий, точнее к рад»»ац»»онныл» дефектоскопам, и может быть использовано при дефектоскопии сварных соединеИзобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий, точнее к радиат»»»о»»ныч дефектоскопам, »» моист быть использовано при дефектоскопии сварных соединений.

Целью изобретения является повышение эффективности обнаружения дефектов путем поддержания фиксированной вероятности ложных тревог.

На фиг.1 изображена схема рентгенотелевизионного дефектоскопа; «а фиг.2 — структурная схема классификатора дефектов; на фиг.3 — функциональная схема передающей телевизионной камеры на трехфазной матрице с фотоприемником приборов с зарядовой связью (ПЗС) и блоком управления; на

2 ний. Цель изобретения — повьппение эффективности обнаружения дефектов путем поддержания фиксированной вероятности ложных тревог. Дефектоскоп содержит последовательно расположенные источник рентгеновского излучения, контролируемый объект, преобразователь рентген-свет, передающую

ТУ камеру на матр»»це приборов с зарядовой связью и блоком управления, сумматор, элемент И и классификатор дефектов. Новым в дефектоскопе является аналого-цифровой преобразователь, три квадратора, два одновибратора, буферная схема, два блока элементов памяти, два блока буферных схем, два блока вычитания, схема сравнения, распределитель импульсов и дополнительный сумматор. 6 ил. фиг.4 — особенности реализации узла из последовательно соединенных блока элементов памяти (БЭП) и блока буферных схем (ББС): на фиг.5 — временные диаграмл»ь» работы схем управления дефектоскопом; на фиг.6 — график эффективности обнаружения дефектов °

Рентгенотелевизионный дефектоскоп содержит источник 1 рентгеновского излучения, контролируел»ь»й объект 2, преобразователь 3, рентген-свет, передающую телевизионную камеру 4 на матрице ПЗС, блок управления 5, классификатор дефектов 6, АЦП 7, одновибратор 8, буферную схему 9, квадратор

10, блок вычитания 11, квадратор 12, БЭП 13, ББС 14, сум»»атор 15, квадратор 16, БЭП 17, ББС 18, сумматор

1658049

19, блок вычитания 20, схему сравнения 21, распределитель импульсов 22, элемент И 23 и одновибратор 24.

Рентгеновское излучение источника

1, пройдя через контролируемый объект

2, преобразуется в преобразователе 3 в оптическое излучение, проецируемое на передающую телевизионную камеру

4 на матрице ПЗС, управляющий вход которой соединен с выходом 25 блока управления 5, а выход подключен по входу АЦП и входу 26 классификатора дефектов 6, вход 27 которого подключен к выходу схемы сравнения 21, управляюцие входы 28 и 29 соединены соответственно с выходами 30 и 31 блока управления S, а выход 32 является выходом дефектоскопа.

Выход ЛЦП 7 соединен с информаци- 20 онными входили 33 блока вычитания 11, входом 34 БЭП 13 и информационным входом квадратора 10, выход которого подключен к информационному входу 35

БЭП 17, управляющий вход 36 которо- 25

ro соединен с выходом 31 блока управления 5, а выходы 37 1, 37,..., 37„ соединены с информационными входамп 38, 38р,...,38 „ ББС 18, выходы 39,...,39 которого являются информацпоннымп входами 401,...,40 < сумматора 19, выход которого подключен к информационному входу 41 блока вычитания 20, информационный вход 42 которого соединен с выходом квадрато- 35 ра 16, а выход — с входом 43 схемы сравнения 21, информационный вход 44 которой подключен к выходу квадратора 12, а выход объединен с входом одновибратора 24 н входом 27 классифп- 4р катора дефектов 6.

Управляющий вход 45 БЭП 13 подключен к выходу 31 блока управления

5, а его информационные выходы 461, 46,...,46 ., соединены с информационными входачи 47, 47,...,47 ББС 14, выходы 48, 48,...,48и которого соединены с тптформационными входами

49< 49,. ° .,49 сумматора 15, выход которого подключен к входу квадратора 16 и входу 50 блока вычитания 11, выход которого соединен с входом буферной схемы 9.

Дефектоскоп работает следующим об55 разом.

Рентгеновское излучение источника

1,. пройдя через контролируемый объект

2, создает па преобразователе 3 теневое изображение внутренней макроструктуры участка объекта 2. После преобразования оптческое изображение. проецируется на матрицу ПЗС в передающей телевизионной камере 4 (см. фиг.1).

Обработка иэображения начинается с момента подачи импульса на электрический вход 51 дефектоскопа. В течение временного интервала i осущеИ ствляется накопление зарядов в фоточувствительных ячейках ПЗС. За время кадрового гасящего импульса накопленные зарядовые пакеты переносятся в секцию памяти матрицы ПЗС, откуда с частотой строк переписываются в выходной регистр. За время прямого хода по строке зарядовые пакеты поэлементно выводятся иэ выходного регистра и в выходном устройстве преобразуются в яркостный видеосигнал.

Управление работой схемы дефектоскопа и передающей телевизионной камеры организуется блоком 5.

Яркостный видеосигнал с выхода камеры 4 преобразуется в АЦП 7, в двоичный код, поступающий на информационные входы квадратора 10, блока вычитания 11, БЭП 13.

В БЭП 13 хранятся двоичные коды отсчетов зарядовых пакетов (К1, К, ...,К,, К„,) с (п+1) предшествующих анализируемому элементов матрицы ПЗС.

БЭИ 13 представляет собой последовательное соединение (п+1)-ro регистров памяти (см. фиг.4), выходы которых являются соответствующими выходами БЭП 13. Двоичный код отсчетов Y с анализируемого элемента матрицы

ПЗС с выхода ЛЦП 7 записывается в первый регистр памяти блока 13. Причем ранее хранящийся в нем код отсчета Х с предшествующего 1-го элемента II3C переписывается в следующий регистр памяти и т.д. Наконец, код отсчета Х с предшествующего анализируемому и-ro элемента ПЗС переписывается в (и+1)-й регистр памяти.

Одновременно коды отсчетов К,.

К,...,К, выводятся на соответствующие выходы БЭП 13, соединенные с соответствующими входами ББС 14 ° На выходы ББС 14 передаются двоичные коды лишь и отсчетов Х. Целесообразность этого станет ясна из последующего изложения. На выходе сумматора 15 формируется двоичный код, соответствующий статистике

16580

И

Х;, 1=3

Т

Аналогично действует цепь из БЭ11 17, ББС 18 и сумматора 19 с той лишь разницей, что на вход 35 БЗП 17 подаются с выхода квадратора 10 двоичные коды отсчетов Х „ Хг,...,Х„,+,, а на

z выходе сумматора 19 формируется код статистики

Структура предлагаемого обнаружителя дефектов определяется следующим алгоритмом: (п7 — Т1) ) с1 (и Тг — Т, ) (1) 30 где d = (n+1)C /(n-1), г

Величина пороговой функции Со однозначно связана с вероятностью ложных срабатываний и объемом 25 классифицируемой выборки и.

Левая часть неравенства (1) формируется цепью из блока вычитания и квадратора 12. На информационный вход 33 блока вычитания 11 подается код, соответствующий умноженному на и значению зарядового пакета Y с анализируемого элемента ПЗС, С целью упрощения конструкции дефсктоскопа предложено выбирать величину и кратной двум, т.е. n = 2 . Тогда умножение на и значения 7 реализуется сдвигом íà D разрядов кода, поступающего на вход 33 блока вычитания

11 относительно его разрядных входов.

Для этого достаточно на 0 младших разрядов (входы 33) блока 11 подать напряжение логического нуля.

При выборе и = 2 код с выхода сумматора 19 сдвигается на D разрядов в сторону старших разрядов при подаче на информационный вход 41 блока вычитания 20, на вход 42 которого подается цифровой код статистики Т

Для упрощения конструкции в схеме 5ц принято выбирать величину d кратной двум, т.е. d = 2 . Тогда умножение н на d значения (nT< — Т ) реализуетг ся сдвигом на И разрядов в сторону старших разрядов кода с выхода блока вычитания 20 относительно разрядных входов 43 схемы сравнения 21.

При выполнении условия (1) на выходе схемы сравнения 21 появляется

I 9

6 н,.правление логической единицы, подаваемое иа вход 27 классификатора дефектов 6 и на в".oä одновибратора 24. .".(лассификатор дефектов 6 может быть аналогичен описанному в прототипе. Стр ктурная схема классификатора дефектов, представленная на фиг.2, включает видеоконтрольное устройство (ВКУ) 52, смеситель 53, схему

"овпадения 54, блок 55 выделения контролируемого участка, регистратор

56, генератор 57 импульсов подсвета дефекта. Сигналы дефектов с входа 27 классификатора поступают на вход 58 схемы совпадений 54. Одновременно на вход 59 схемы совпадения 54 подаются импульсы от генератора 57 импульсов подсвета дефекта, частота которого составляет единицы герц.

В результате на выходе 60 схемы совпадений 54 появляются импульсы подсвета дефекта с частотой генератора 57 и, проходя через смеситель 53, смешиваются с видеосигналом передающей телевизионной камеры, поступаюшим на вход 61, в результате чего на экране ВКУ 52 в месте расположения дефекта появляется периодически мерцающая яркостная отметка, что значительно улучшает заметность дефекта для оператора, На вход 62 смесителя 53 подается сигнал с блока 55 выделения контролируемого участка, при этом на экране

ВКУ 52 возникает контур выделенного для анализа участка изображения. Ограничив контуром зону дефекта, оператор определяет анализируемый участок. Сигналы дефекта, подаваемые на вход 63 блока 55 выделения контролируемого участка, проходят через него и с выхода 64 блока 55 поступают на вход регистратора 56, который производит регистрацию дефектов по величине, согласно выбранной классификации °

Вариант функциональной схемы камеры на трекфазной матрице ПЗС с блоком управления приведен на фиг.3, где имеются три формирователя фазных напряжешпй 65-67, два генератора 68 и 69 импульсов переноса, блок 70 делителей частоты, выходной регистр 71, накопитель 72 (секция накопления), секция 73 памяти, выходное устройство

74 и видеоусилитель 75, Реализация узла из последовательно соединенных БЭП 1 и ББС 14, пред1658049

40 ставленная на фиг.4, содержит регистры памяти 76,,...,76l„ образующие

БЭП 13, и элементы И 77, ° .,77„, а та;оке 78,...,78>, входящие в состав

БЬС.

Строки матрицы ПЗС располагаются перпендикулярно сварному шву, что позволяет считать первые анализируемые элементы строки полностью бездефектItblNll. В момент перехода к обзору новой строки запускается оцновибратор

8. Напряжение логического нуля с его инверсного выхода подается »а управляющий вход буФерной схемы 9, запрещая тем самым передачу кода с выхода блока вычитания 11 па вход квадратора 12. Таким образом, во время анализа первых П элементов строки ПЗС на разрядных входах 44 схемы сравнения 21 установлен цифровой код, соответствующий нулю. Тем самым исключается выполнение условия (1). Одновременно с этим заполняется содержимое регистров памяти БЭЛ 13 и 17 отсчетами исходной классифицируемой выборки.

В дефектоскопе требуется зафиксировать все дефекты в контролируемом поле. Поэтому аппаратура после вынесения решения об обнаружении н j-м элементе строки должна исключить его отсчет при формнронанпи классифнцируищей выборки для последующих элемен гон. Последнее достигается посредством включения в схемы БЭП 13 и 14 дополнительного (IJ+1)-ro регистра памяти, а также посредством введения ББС 14 и 18 и распределителя импульсов 22.

Рассмотрим работу схемы на приме-. ре просмотра строки ПЗС, содержащей светящиеся объекты. Эпюры напряжений, поясняющие работу аппаратуры, приведены на фиг.5, где изображены импуль- 45 сы на выходах 30 и 31 блока управления 5, инверсном выходе одповибратора 8, а тагяе выходах схемы сравнения 21, однонибратора 24 и элемента И 23.

Импульс с выхода 30 блока упранления 5 (см. фиг.5a), сигнализируищий о переходе к считыванию информации с новой строки, запускает одновибратор 8, формирующий на инвертирующем выходе импульс (см. фиг.5) дли55 тельностью чуть больше четырех периодов следования тактовых импульсов с выхода 31 блока управления 5 (см. фиг.5б). Благодаря этому во время взятия отсчетов зарядовых пакетов с первых четырех фотоэлементов строки матрицы ПЗС на разрядных входах квадратора 12 действуют напряжения логического нуля. Следовательно, в течение анализа первых четырех элементов ПЗС на выходе схемы сравнения

21 (см. фиг.5r) не может быть выполнено условие (1), а аппаратура не .производит здесь обнаружения. При этом последовательно заполняются регистры памяти БЭП 13 и

17 так, .что сигналы Т < и Т на выходах соотетствующих сумматоров 15 и

19 последовательно во времени принимают соответствующие значения.

В момент генерации пятого тактового импульса (см. фиг.5б) на управляющем входе буферной схемы 9 действует напряжение логической единицы (см. фиг.5в). При этом сигнал Т = Х +

+ Х + Х + Х g на выходе сумматора 15 представляет собой сумма цифровых кодов отчетов зарядовых пакетов с четырех предшествующих ему "бездефектных" элементов. Кодовая комбинация на входе 49 сумматора 15 соответствует нулю, так как на входе ББС 14 действует кодовая комбинация.,запрещающая прохождение сигнала с выхода последнего регистра памяти БЭП 13 на вход

49 сумматора 15. Аналогично работает цепь БЭП 17, ББС 18 и сумматор 19.

Пусть при обследовании шестого фотоэлемента строки принято решение о приеме полезного излучения (см. фпг.5r). Сигнал с выхода схемы сравнения 21 запускает одновибратор 24 (см. фиг.5д), идентичный по своим параметрам одновибратору 8. Последующие четыре тактовых импульса с выхода 30 блока управления 5 будут свободно проходить через элемент И 23 на вход распределителя импульсов 22.

Если в исходном состоянии на разрядо ф ных входах 2 ° ..2 действует код

11110, то в следующие четыре цикла после срабатывания схемы сравнения

21 последовательно устанавливаются коды 01111, 10111, 11011 и 11101. Бла" годаря этому отсчет Х не будет при» нимать участия в формйровании классифицируемой выборки шума (см.фиг.4).

В течение всего отмеченного времени дополнительные пятые регистры памяти в БЭП 13 и 17 будут доставлять необходимую информацию.

9 1658049

Распределитель импульсов может быть реализован на микросхемах серий

133, К133, 155, К155.

На фиг.б представлена зависимость эффективности обнару кения (вероятности правильного обнаружения дефектов) при ф еи 5 -10 от параметра

3 и — — Ч зависимого от отношения

n+1 сигиеи/иуи д е ($ -- )/G. Здесь Г и определяют величины средних значений зарядовых пакетов соответственно с дефектных и бездефектных элементов, а Q — величину дисперсии шума.

Таким образом, предлагаемый рентгенотелевпэионный дефектоскоп гарантирует вероятность ломаных тревог не

sawe заданной величины практически при любой фактической толщине сварного шва или интенсивности источника рентгеновского излучения, а также не требует подстройки пороговой функции в процессе рабож.

Формула изобретения

Рентгенотелевизионйый дефектоскоп, содержащий последовательно расположенные источник рентгеновского излучения, преобразователь рентген-. свет, передающую телевизионную камеру с фотоприемником приборов с заряовой связью и с блоком управления, а акме первый сумматор, элемент И и классификатор дефектов, о т л и ч аЫ шийся тем, что, с .целью повыаения эффективности обнарукения дефектов путем поддержания фиксированной вероятности ложных тревог, в него введены аналого-цифровой преобразователь (АЦП), три квадратора, два одновибратора, буферная схема, два блока элементов памяти, два блока буферных схем, два блока вычитания, схема сравнения, распределитель импульсов и второй сумматор, причем первый и второй входы классификатора дефектов связаны с соответствующими выходами блока управления, выход фотоприемника приборов с зарядовой связью связан с третьим входом классификатора дефектов и входом АЦП, выход которого объединен с информационными входами первого квадратора, первого блока элементов памяти и первым информационным входом первого блока вычитания, второй информационный вход которого подключен к выходу

1ð первого сумматора и через второй квадратор - к первому информационному входу второго блока вычитания, второй информационный вход которого соединен с выходом второго сумматора, 15 информационные входы которого являются информационными выходами первого блока буферных схем, информационные входы которого подключены к информационныю выходам второго блока элемен 0 тов памяти, информационный вход которого соединен с выходом первого квадратора,выход первого блока вычитания соединен с первым входом буферной Схемы, выход которой через третий квад 5 ратор связан с первым информационныч входом схемы сравнения, а второй вход буферной схемы является выходом первого одновибратора, вход которого соединен с первым входом класси30 фикатора дефектов, второй информационный вход схемы .сравнения соединен . с выходом второго блока вычитания, а выход схемы сравнения подключен к четвертому входу классификатора де35 фектов и одновременно через второй одновибратор к первому входу элемента И, выход которого через распределитель импульсов соединен с управля« ющими входами первого и второго бло4р ков буферных схем, причем информационные входы второго блока буферных схем являются выходами первого блока элементов памяти, а информационные выходы второго блока буфер45 ных схем подключены к информационньи входам первого сумматора, тактовые входы первого и второго блоков элементов памяти объединены с вторым входом элемента И и вторым входом

50 классификатора дефектов, выход которого является выходом дефектоскопа.

1б580ч9

1658049

28 29

1658049 а) Сl

1658049

ЯЛ3131311ЮУ 8 n=7

0,98

0.97

09б

0,95

О. 90

0.92

0.90

0.80

0.60

0.20 а а

Составитель В.Скоробогатова

Редактор Т Иванова Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар

Закаэ 2431 Тираж 409 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-иэдательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагар

It Il

У Гага ина 101