[00122449]^(60)Co工业DR无损检测系统

在现代工业生产中，质量检验是必要的环节，尤其是象汽车、飞机、轮船等载人工具，以及机器制造或军工产品，其零部件的质量必须得到严格保证。在目前应用于生产实际的多种无损检测手段中，射线检测占有相当大的比重。在工业生产领域所用到的射线检测系统大多采用X光机或同位素放射源，其最佳检测范围一般在几个毫米到十个厘米；虽然也有用钴源或高能X射线的成像系统，但由于常见的阵列探测器在探测效率与探测灵敏度方面的限制，这些系统大都采用胶片或荧光屏-图像增强器成像，因此在检测速度或动态范围等方面无法满足生产线上的要求。清华大学核研院研制成功了一种以^(60)Co为射线源的工业数字辐射成像无损检测系统。借助于高灵敏度阵列电离室、低噪声前放以及特殊的信号与图像处理技术，系统在反差灵敏度、象质计指标、铁穿透厚度及检测速度等方面获得了较高的综合指标。系统的总体构成^(60)Co工业DR无损检测系统由射线源装置、准直器装置、阵列电离室、前置放大器、数据采集与转换器、图像处理与显示系统以及拖动系统组成。其中除了内部嵌有电机驱动卡、A/D采集卡和显示卡的工控机与图像监视器以外，其他各模块均位于扫描现场。扫描现场与位于控制台处的工控机之间的数据信号和控制信号通过屏蔽电缆传送。1.射线源装置：系统中所用的射线源装置为可移动式^(60)Coγ射线探伤机。2.准直器装置：系统的前准直器在垂直方向上的出射角为固定角度，照射野略大于探测器的探测范围。后准直器由两块平行铅块构成，在上下两端分别有螺旋调节机构，可根据需要调节后准直器的缝宽。3.平板型电离室阵列探测器：该探测器外壳与探测单元采用扇形结构，由于采用了特殊的电极支撑与保护环结构以及特定的充气组分，该阵列电离室对1.25Mevγ射线的探测效率高达40％。4.电流积分型前置放大器阵列：系统所采用的前放是专门设计研制的电流积分型前置放大器阵列。整个前放阵列设计在一块双面电路板上，满足了小像素阵列探测器对前放的体积要求。该前放能够对阵列探测器每一路的信号电流实现连续积分测量，死时间不到积分时间的百分之一，因此系统在扫描成像中的射线强度信息几乎没有损失。前放在每个积分周期结束前将上一个周期信号电流的积分结果经同轴电缆串行输出到位于控制台处的工控机内。前放的积分时间可通过系统软件进行设置。5.数据采集与转换电路：系统中的数据采集与转换功能由多功能数据采集卡完成。该采集卡的最高采样频率为100kHz，转换精度为16bits，采用外触发工作方式。6.图像显示与处理软件：系统软件是用Microsoft Visual C++语言开发的多功能软件，它为系统的数据采集、拖动系统的监控以及图像的显示与处理提供了操作平台。用户可对拖动电机的速度和方向、采样周期、图像宽度等参数进行预先设置。在图像扫描时，用户可以直观地看到动态展宽的实时检测图像，以及图像的灰度值、几何放大倍数和对比度等显示参数。系统软件在具有多种平滑、锐化、伪彩色等数字图像处理功能的同时，还可以对图像中的感兴趣区(可疑区)进行局域分析。7.机械拖动及其控制系统：机械拖动与控制系统由滚珠丝杠传动装置、拖车、步进电机和两级行程开关构成。滚珠丝杠传动机构的轴向间隙很小，因而具有较高的重复定位精度。由滚珠丝杠上的滑块带动的拖车步进精度为12μm，拖动系统所能达到的最高速度为60cm/s。系统为机械拖动部分提供了二级保护措施。第一级采用接近式行程开关，当拖车与其间距到达一定范围之内时，开关可对电机驱动器的允许信号进行屏蔽；第二级采用触点式行程开关，用于控制电机驱动器的供电，从而保证当第一级保护失效(如第一级开关损坏或计算机死机等)时机械传动及其驱动系统不会烧毁或损坏。另外，在系统控制台上还留有拖动系统的总电源控制，从而提高了系统的安全性能。系统的性能指标通常情况下，采用以下几项指标来评价射线无损检测系统的性能：(1)象质计(IQI)指标：一定厚度铁板后所能分辨出的丝型象质计的最细丝直径或孔型象质计上的最小孔径与铁板厚度之比。(2)反差灵敏度(CI)指标：一定厚度铁板后所能观察到的最薄铁片厚度与铁板厚度之比。(3)铁穿透本领(SP)：能够观察到后面全吸收客体的最大铁板厚度。(4)动态范围：系统空载情况下的信号输出与系统所能测到的最小信号变化量之比。(5)检测速度：单位时间检测工件的数量。由于目前中国对数字辐射成像系统尚无检测标准，所以现将该系统的上述各项指标在下表中列出。^(60)Co工业DR无损检测系统性能指标：反差灵敏度(10cm)：0.44％；丝型象质计(10cm)：1.2％；孔型象质计(10cm)：2.0％；铁穿透厚度：210mm；动态范围：≥8000。系统的特点：与其他类型的射线检测系统相比，^(60)Co工业DR无损检测系统具有以下几方面的特点和优势：(1)综合性能优势：该系统虽然在空间分辨率指标上比胶片成像要差，但目前该指标也己达国家标准中对胶片成像的要求。而且系统的IQI指标是在散射体为10cm铁的情况下得到的，这对于常规X射线检测系统、γ-胶片系统或γ-荧光屏系统是难以达到的。由于系统的动态范围大，因而可以获得胶片成像与荧光屏-图像增强器成像所无法达到的反差灵敏度指标和穿透能力。尤其在被检测物体质量厚度较大时，其优势更加明显。该系统的成像速度远远高于胶片成像。对于较小的被检测物体，其检测速度略低于荧光屏成像；当被检测物体较大时，对于荧光屏-图像增强器系统来说，需要多次成像才能完成，而该系统可根据应用场合决定阵列探测器的探测单元数，因此仍能保证一次扫描完成，即该系统可以实现实时检测。(2)运行与维护费用低：系统的耗电仅200W，对于生产中需要在线检测系统的工业企业来说其功耗几乎可以忽略。系统运行所需要的耗材只有用于图像存储的磁盘。目前存储介质的价格已经降到40元人民币/Gbit水平，相对于胶片优势十分明显，而且数据的管理与维护也比胶片容易得多。(3)占地面积小：该实验系统的扫描区设备占地面积不到4平方米，这对于工业现场的安装、屏蔽等都十分有利。(4)操作方便、安全可靠：^(60)Co探伤源的操作十分简便，也非常易于维护；由于系统的在软件设计方面具有自动参数设置功能，因而软件的操作也非常容易。尽管射线能量较高，但由于放射源易于屏蔽和操作，因此系统的安全性有充分的保障。系统从开始测试运行至今性能指标稳定，表现出了极强的抗干扰能力。系统的应用前景^(60)Co工业DR无损检测系统适用于质量厚度在几厘米到十几厘米铁范围的工件的检测。从发动机中的曲轴以及凸轮轴、汽缸等工业产品到中、大口径炮弹等军工产品，均在该系统可以检测的范围之内。优良的综合性能与检测范围使得该系统具有良好的推广和应用前景。