Рентгенотелевизионный дефектоскоп

) 23 ческий диотелмыков А,В,Ц ганков во СССР 1976. СССР 1980. етельс ) 23/О ельств И 23/О(54) СКОП (57) руыаю лий, скоп при д ОТЕЛЕВИЗ ННЫЙ ДЕФЕКТО етецие отцоконтролю мае к радиациможет быть тся к нераз ериалов и из цным дефекто ще то м, и пользовацо ых соедине е е скопин сва 1 зобре разру изде- ектошающему к лий, точи скопам, и при дефек ий,ан копии сварных со ок ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОЛИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИД) 532043, кл. С 01Авторское свидеУ 759929, кл, С О 1 ение относится к н нтролю материалов и е к радиатоныч де может быть использо Целью изобретения является повышение эффективости обнаружения дефектов путем поддержания фиксированной вероятности ложных тревог,На фиг.1 изображена схема рентгенотелевизионного дефектоскопа; ц 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 бл ом управления; на ель изобретения - повышение ЛФ ивности обнаружения дефектов путем поддержания фиксированной вероятности ложных тревог. Дефектоскоп содержит последовательно расположенные источник рентгеновского излучения, контролируемый объект, преобразователь рентген-свет, передающую ТУ камеру на матрце 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 диаграммь работы схем управления деФектоскопом; на Фиг,б - график эффективности обнаружения дефектовРецтгенотелевизиоцный дефектоскоп содержит источник 1 рентгеновского излучения, контролируемьй 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, суматор 15, квадратор 16, БЭП 17, ББС 18, сумматор19, блок вычитания 20, схему сравнения 21, распределитель импульсов 22,элемент И 23 и одновибратор 24,Рентгеновское излучение источника1, пройдя через контролируемый объект2, преобразуется в преобразователе 3в оптическое излучение, проецируемоена передающую телевизионную камеру4 на матрице ПЗС, управляющий входкоторой соединен с выходом 25 блокауправления 5, а выход подключен повходу АЦП и входу 26 классификаторадефектов 6, вход 27 которого подключен к выходу схемы сравнения 21,управляюцие входы 28 и 29 соединенысоответственно с выходами 30 и 31блока управления 5, а выход 32 является выходом дефектоскопа.Выход ЛЦП 7 соединен с информаци" 20онными входами 33 блока вычитания 11,входом 34 БЭП 13 и информационным входом квадратора 10, выход которогоподключен к информационному входу 35БЭП 17, управляющий вход 36 которого соединен с выходом 31 блока управления 5, а выходы 37 1, 37 .37 соединены с информационными входамн 38, 38 р38ББС 18, выходы 3939 п которого являются инФормационными входами 4040 и сумматора 19, выход которого подключенк информационному входу 41 блока вычитания 20, информационный вход 42которого соединен с выходом квадратора 16, а выход - с входом 43 схемысравнения 21, информационный вход 44которой подключен к выходу квадратора 12, а выход объединен с входом одновибратора 24 и входом 27 классифпкатора дефектов 6.Управляющий вход 45 БЭП 13 подключен к выходу 31 блока управления5, а его информационные выходы 461,4646 1., соединены с информационными входачн 47, 4747 ББС 14,выходы 48 4848, которогосоединены с тщформационными входами49, 49.,49сумматора 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 об 55разом.Рентгеновское излучение источника1,. пройдя через контролируемый объект2, 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 0 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 (К 1, К, ,Кя, Кп+,) с (п+1) предшествующих анализируемому элементов матрицы ПЗС. БЭП 13 представляет собой последовательное соединение (и+1)-го регистров памяти (см. Фиг,4), выходы которых являются соответствующими выходами БЭП 13. Двоичный код отсчетов У 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 11 ЗС переписывается в следующий регистр памяти и т.д, Наконец, код отсчета Х с предшествующего анализируемому и-го элемента ПЗС переписывается в (и+1)-й регистр памяти. Одновременно коды отсчетов К 1,. К 29,кя выводятся на соответствующие выходы БЭП 13, соединенные с соответствующими входами ББС 14На 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 статистике16580 иХ1 Т1 Аналогично действует цепь из БЭ 11 17, ББС 18 и сумматора 19 с той лишь разницей, что на вход 35 БЗП 17 подаются с выхода квадратора 10 героичные коды отсчетов ХХ Ха наг.выходе сумматора 19 Формируется код статистики 15 Структура предлагаемого обнаружцтеля дефектов определяется следующим алгоритмом:(и 7 - Т, ) ) с 1и Т - Т, Д (1) 20 30 где с 1 = (и+1)С/(и),гВеличина пороговой функции Сооднозначно связана с вероятностьюложных срабатываний О и объемом 25классифицируемой выборки и,Левая часть неравенства (1) Формируется цепью из блока вычитания 11и квадратора 12. На информационныйвход 33 блока вычитания 11 подаетсякод, соответствующий умноженному наи значению зарядового пакета У с анализируемого элемента ПЗС, С цельюупрощения конструкции дефсктоскопапредложено выбирать величину и кратной двум, т.е. и = 2. Тогда умножение на и значения У реализуетсясдвигом на 0 разрядов кода, поступающего на вход 33 блока вычитания11 относительно его разрядных входов,Для этого достаточно на 0 младшихразрядов (входы 33) блока 11 податьнапряжение логического нуля.При выборе и = 2 д код с выходасумматора 19 сдвигается на П разрядов в сторону старших разрядов приподаче на информационный вход 41 блока вычитания 20, на вход 42 которогоподается цифровой код статистики ТДля упрощения конструкции в схеме 5 Опринято выбирать величину с 1 кратнойдвум, т,е. с 1 = 2 . Тогда умножениенна Й значения (иТг - Т ) реализуетгся сдвигом на И разрядов в сторонустарших разрядов кода с выхода блока вычитания 20 относительно разрядных входов 43 схемы сравнения 21.При выполнении условия (1) ца выходе схемы сравнения 21 появляется/ 96ц,.правление логической единицы, подаваемое ца вход 27 классификатора деФектов 6 и ца вход одцовибратора 24,Кцассификатор дефектов 6 можетбыть аналогичен описанному в прототипе, Стр ктурная схема классификаторадефектов, представленная на фиг.2,включает видеокоцтрольное устройство (ВКУ) 52, смеситель 53, схему".овпадеция 54, блок 55 выделенияконтролируемого участка, регистратор56, генератор 57 импульсов подсветадеФекта. Сигналы дефектов с входа 27классификатора поступают на вход 58схемы совпадений 54. Одновременно навход 59 схемы совпадения 54 подаютсяимпульсы от генератора 57 импульсовподсвета дефекта, частота которогосоставляет единицы герц.В результате на выходе 60 схемысовпадеций 54 появляются импульсыподсвета дефекта с частотой генератора 57 и, проходя через смеситель 53,смешиваются с видеосигналом передающей телевизионной камеры, поступаюшим на вход 61, в результате чего наэкране ВКУ 52 в месте расположениядефекта появляется периодически мерающая яркостная отметка, что значительно улучшает заметность дефектадля оператора,На вход 62 смесителя 53 подаетсясигнал с блока 55 выделения контролируемого участка, при этом на экранеВКУ 52 возникает контур выделенногодля анализа участка изображения. Ограничив контуром зону дефекта, оператор определяет анализируемый участок. Сигналы дефекта, подаваемыеца вход 63 блока 55 выделения контролируемого участка, проходят черезнего и с выхода 64 блока 55 поступают ца вход регистратора 56, которыйпроизводит регистрацию дефектов повеличине, согласно выбранной классификации.Вариант Функциональной схемы камеры на трекфазной матрице ПЗС с блоком управления приведен на фцг.З, гдеимеются три Формирователя фазныхнапряжений 65-67, два генератора 68ц 69 импульсов переноса, блок 70 делителей частоты, выходной регистр 71,накопитель 72 (секция накопления),секция 73 памяти, выходное устройство74 и видеоусилитель 75,Реализация узла.из последовательно соединенных БЭП 1 и ББС 14, пред 165804925 ставленная на Фиг.4, содержит регистры паяти 7 676 , образующиеБЭП 13, и элементы И 77,.,77, ата;оке 78781 входящие в состав5БЬС,Строки матрицы ПЗС располагаютсяперпендикулярно сварному шну, что по"зноляет считать первые анализируемыеэлементы строки полностью бездефектпымп. В момент перехода к обзору новой строки запускается оцнонибратор8, Напряжение логического нуля с егоинверсного выхода подается на управляющий вход буФерной схемы 9, запрещая тем самым передачу кода с выхода блока вычтания 11 на входквадратара 12, Таким образом, но время анализа первых П элементов строки ПЗС на разрядных входах 44 схемысравнения 21 установлен цифровой код,соответствующий нулю. Тем самым исключается выполнение условия (1). Одновременно с этим заполняется содержимое регистров памяти БЭЛ 13 и 17отсчетами исходной классифицируемойвыборки,В дефектоскопе требуется зафиксировать все дефекты н контролируемомполе, Поэтому аппаратура после вьпесенин решения об обнаружении н 1-иэлементе строки должна исключить егоотсчет при формиронанпи классифнцируищей выборки для последующих элемен гон, Последнее достигается посредством включения в схемы БЭП 13и 14 дополнительного (И+1)-го регистра памяти, а также посредством введения ББС 14 и 18 и распределителяимпульсов 22,40Рассмотрим работу схемы на примере просмотра строки ПЗС, содержащейсветящиеся объекты, Эпюры напряжений,поясняющие работу аппаратуры, приведены на фиг,5, где изображены импульсы на выходах 30 и 31 блока управления 5, инверсном выходе одповибратора 8, а таюе выходах схемы сравнения 21, однонибратора 24 и элемента И 23,Импульс с выхода 30 блока упранления 5 (см. фиг.5 а), сигнализируищийо переходе к считыванию информациис новой строки, запускает одновибратор 8, Формирующий на инвертирующем выходе импульс (см. Фиг.5) дли 55тельностью чуть больше четырех периодов следования тактовых импульсовс выхода 31 блока управления 5 (см. фиг,5 б), Благодаря этому во времявзятия отсчетов зарядовых пакетовс первых четырех фотоэлементов строки матрицы ПЗС на разрядных входахкнадратора 12 действуют напряжениялогического нуля. Следовательно, втечение анализа первых четырех элементов ПЗС на выходе схемы сравнения21 (см. Фиг,5 г) не может быть выполнено условие (1), а аппаратура не.производит здесь обнаружения. Приэтом последовательно заполняются регистры памяти БЭП 13 и17 так, .что сигналы Ти Тна выходах соотетствующих сумматоров 15 и19 последовательно во времени принимают соответствующие значения.В момент генерации пятого тактового импульса (см. Фиг.5 б) на управляющем входе буферной схемы 9 действуетнапряжение логической единицы (см.фиг,5 в). При этом сигнал Т= Х++ Х+ Х + Х на выходе сумматора 15представляет собой сумма цифровых кодов отчетов зарядовых пакетов с четырех предшествующих ему "бездефектных"элементов. Кодовая комбинация навходе 49 сумматора 15 соответствуетнулю, так как на входе ББС 14 действует кодовая комбинация.,запрещающаяпрохождение сигнала с выхода последнего регистра памяти БЭП 13 на вход49 сумматора 15. Аналогично работает цепь БЭП 17, ББС 18 и сумматор 19.Пусть при обследовании шестогоФотоэлемента строки принято решениео приеме полезного излучения (см.фпг,5 г). Сигнал с выхода схемы сравнения 21 запускает одновибратор 24(см. Фиг.5 д), идентичный по своимпараметрам одновибратору 8. Последующие четыре тактовых импульса с выхода 30 блока управления 5 будут свободно проходить через элемент И 23на вход распределителя импульсов 22,Если в исходном состоянии на разрядо 4ных входах 22 действует код11110, то в следующие четыре циклапосле срабатывания схемы сравнения21 последовательно устанавливаютсякоды 01111, 10111, 11011 и 11101, Бла"годаря этому отсчет Х не будет принимать участия в формйровании классифицируемой выборки шума (см.фиг.4).В течение всего отмеченного временидополнительные пятые регистры памяти в БЭП 13 и 17 будут доставлятьнеобходимую информацию, 9 1658049Распределитель импульсов моает быть реализован на микросхемах серий 133К 133 э 155 ю К 155На Лиг.б представлена зависимость эффективности обнаруаения(вероятности правильного обнаруаения дефектов) при фд 5 д 10от параметра 3п-- Ч зависимого от отношения и+1 фсигндд/юун д( -)/6. здесьиопределяют величины средних значений зарядовых пакетов соответственно с дефектных и бездефектных элементов, а- величину дисперсии шума. Таким образом, предлагаемый рентгенотелевпэионный дефектоскоп гарантирует вероятность лоаных тревог не выше заданной величины практическипри любой Фактической толщине сварного шва или интенсивности источникарентгеновского излучения, а такае нетребует подстройки пороговой функциив процессе рабопй. формула изобретенияРентгенотелевизионйый дефектоскоп, содераащий последовательно располоаенные источник рентгеновского излучения, преобразователь рентген-. свет, передающую телевизионную камеру с фотоприемником приборов с заряовой связью и с блоком управления, аакае первый сумматор, элемент И и рслассифвкатор дефектов, о т л и ч а- Ы щ и й с я тем, что, с .целью повыаения эффективности обнаруаения деФектов путем поддераания фиксированной вероятности лоаных 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 первогоблока вычитания, второй информационный вход которого подключен к выходу 10 первого сумматора и через второй квадратор - к первому информационномувходу второго блока вычитания, второй информационный вход которого соединен с выходом второго сумматора, 15 информационные входы которого являются инФормационными выходами первогоблока буферных схем, информационныевходы которого подключены к информационныю выходам второго блока элемен тов памяти, информационный вход которого соединен с выходом первого квадратора,выход первого блока вычитаниясоединен с первым входом буферной схемы, выход которой через третий квад ратор связан с первым информационньивходом схемы сравнения, а второйвход буферной схемы является выходомпервого одновибратора, вход которого соединен с первым входом класси фикатора дефектов, второй информационный вход схемы.сравнения соединен . с выходом второго блока вычитания, авыход схемы сравнения подключен кчетвертому входу классификатора де фектов и одновременно через второйодновибратор к первому входу элемента И, выход которого через распределитель импульсов соединен с управляющими входами первого и второго бло ков буферных схем, причем информационные входы второго блока буферных схем являются выходами первогоблока элементов памяти, а информационные выходы второго блока буфер ных схем подключены к информационньи входам первого сумматора, тактовые входы первого и второго блоковэлементов памяти объединены с вторымвходом элемента И и вторым входом 50 классификатора дефектов, выход которого является выходом дефектоскопа.1658049ОЗ 1 Ю 681)ЮУ 8 а=7 ОЯ 0.97 09 б 0,95 0.9 и 0,92 0,90 0.80 070 0.60 650 й 20 ааСоставитель В,СкоробогатоваРедактор Т.Иванова Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар Заказ 2431 Тираж 409 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент , г. Ужгород, ул. Гагар 1 1У Гага ина 101