устройство для рентгеновского контроля толщины слоев трехслойной металлической ленты

Формула изобретения

Устройство для рентгеновского контроля толщины слоев трехслойной металлической ленты, содержащее источник высокого импульсного электрического напряжения, источник импульсного рентгеновского излучения, вход которого соединен с выходом источника напряжения, коллиматор, жестко присоединенный к окну излучателя рентгеновского источника излучения, контролируемую трехслойную ленту, первый и второй детекторы, размещенные по разные стороны ленты в прямом потоке излучения, направленные нормально к плоскости ленты, и схему обработки сигналов с детекторов, отличающееся тем, что введены дополнительные источник импульсного рентгеновского излучения, вход которого соединен с другим выходом источника высокого напряжения, второй коллиматор, жестко присоединенный к окну излучателя дополнительного рентгеновского источника и третий и четвертый детекторы с третьим и четвертым коллиматорами, также жестко присоединенными соответственно к третьему и четвертому детекторам, образуя преобразующие сборки, при этом дополнительный источник рентгеновского излучения со вторым коллиматором размещены по другую сторону ленты относительно потока первого рентгеновского источника по нормали и зеркально к нему, а выходы источника высокого напряжения выполнены противофазными, причем третья и четвертая преобразующие сборки расположены по разные стороны поверхностей ленты нормально к отраженным от структуры материала ленты потокам прямого излучения первого и дополнительного рентгеновских источников и обращены к отраженным потокам коллиматорами, первый, второй, третий и четвертый коллиматоры выполнены тонкоплоской формы в виде щели, направление каждой из которых ориентировано параллельно друг другу вдоль поперечного сечения ленты, при этом преобразующие сборки снабжены возможностью сканирования относительно своих центров в плоскости, образованной совмещенной нормалью прямых потоков первого и дополнительного рентгеновских источников и продольной осью ленты, проходящей по средине внутреннего ее слоя, на угол, перекрывающий ширину апертуры коллимированных прямых потоков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к рентгеновским средствам динамического измерения толщины слоев триплексной металлической ленты, то есть выполненной из трехслойного материала, например, типа латунь-сталь-латунь, используемой при изготовлении гильз для патронов и снарядов, и может применяться в военной технике, атомной энергетике и других отраслях.

Известны устройства для рентгеновского контроля толщины металлической ленты, содержащие источник высоковольтного электрического напряжения, источник рентгеновского излучения в виде рентгеновской трубки, анод которой подключен к источнику напряжения, контролируемую ленту, детектор прямого потока излучения, схему обработки продетектированных сигналов и их визуальном воспроизведении [патент RU №2221220, БИ, 2004, №1].

Недостатком известных устройств рентгеновского контроля толщины является ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в контроле эквивалентной толщины ленты и не обеспечивают достоверное измерение толщины ленты послойно из-за низкой точности измерения и разрешающей способности.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому представляется устройство рентгеновского контроля толщины многослойных покрытий плоской или цилиндрической ленты, реализованное в способе, содержащее источник электрического напряжения и источник рентгеновского излучения, соединенные электрически между собой, контролируемую ленту, первый и второй детекторы прямого и отраженного потоков рентгеновского излучения, схему обработки и видеорегистратора [Решение ФИПС от 21.01.2005 года о выдаче патента на изобретение по заявке №2004114035/28 (015474)].

Это техническое решение позволяет измерять толщину слоев покрытий удовлетворительно, однако разрешающая способность при этом недостаточная, а следовательно, низкая точность, поскольку прямой поток излучения в зоне контакта с контролируемой лентой имеет большую «размытую» площадь просвечивания, а детектируемый отраженный поток еще более увеличивается в своем сечении, поэтому на вторичное детектирование попадает только часть отраженного потока. Очевидно, что остальная информационная часть потока теряется, и поэтому метрологические показатели способа низкие.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для рентгеновского контроля толщины слоев трехслойной металлической ленты, содержащее источник высокого импульсного электрического напряжения, источник импульсного рентгеновского излучения, вход которого соединен с выходом источника напряжения, коллиматор, жестко присоединенный к окну излучателя рентгеновского источника излучения, контролируемую трехслойную ленту, первый и второй детекторы, размещенные по разные стороны ленты в прямом потоке излучения, направленным нормально к плоскости ленты, и схему обработки сигналов с детекторов, введены дополнительные источник импульсного рентгеновского излучения, вход которого соединен с другим выходом источника высокого напряжения, второй коллиматор, жестко присоединенный к окну излучателя дополнительного рентгеновского источника и третий и четвертый детекторы с третьим и четвертым коллиматорами также жестко присоединенными соответственно к третьему и четвертому детекторам, образуя преобразующие сборки, при этом дополнительный источник рентгеновского излучения со вторым коллиматором размещены по другую сторону ленты зеркально по нормали потоку первого рентгеновского источника излучения, а выходы источника высокого напряжения выполнены противофазными, причем третья и четвертая преобразующие сборки расположены по разные стороны поверхностей ленты нормально к отраженным от структуры материала ленты потокам прямого излучения первого и дополнительного рентгеновских источников и обращены к отраженным потокам коллиматорами, первый, второй, третий и четвертый коллиматоры выполнены тонкоплоской формы в виде щели, направление каждой из которых ориентировано параллельно друг другу вдоль поперечного сечения ленты, при этом преобразующие сборки снабжены возможностью сканирования относительно своих центров в плоскости, образованной совмещенной нормалью прямых потоков первого и дополнительного рентгеновских источников и продольной осью ленты, проходящей посредине внутреннего ее слоя на угол, перекрывающий ширину апертуры коллимированных прямых потоков.

Техническим результатом изобретения являются широкие функциональные возможности, высокая точность и разрешающая способность измерения толщины каждого металлического слоя трехслойной ленты за счет квазиполного использования энергии рентгеновского потока, достигаемого тем, что прямой и отраженный потоки рентгеновского излучения перед детектированием локализуют в узкий пучок вдоль поперечного сечения исследуемой ленты, а также сканирования детекторов, принимающих отраженный от структуры материала ленты локальный поток излучения.

На чертеже приведена блок-схема устройства для рентгеновского контроля толщины слоев трехслойной металлической ленты.

Оно содержит источник 1 высокого импульсного электрического напряжения, первый и дополнительный источники 2 и 7 импульсного рентгеновского излучения, представляющие собой рентгеновские трубки, аноды которых являются входами источников 2, 7 и подключены к выходам источника 1 электрического напряжения, первый и второй коллиматоры 3 и 8, жестко присоединенные к окнам 14 излучателей рентгеновских источников 2 и 7, первый и второй детекторы 5 и 6, контролируемую трехслойную ленту 4, размещенную между первым и вторым детекторами 5, 6, третий и четвертый детекторы 9 и 10, третий и четвертый коллиматоры 11 и 12, жестко присоединенные соответственно к третьему и четвертому детекторам 9, 10, образуя преобразующие сборки. Дополнительный источник 7 рентгеновского излучения со вторым коллиматором 8 размещены по нормали навстречу потоку первого рентгеновского источника 2 излучения, но по другую сторону ленты 4 за вторым детектором 6. Выходы источника 1 высокого импульсного напряжения выполнены противофазными для обеспечения противофазного электрического возбуждения входов источников 2 и 7. На чертеже лента 4 показана в продольном разрезе, а ее направление движения обозначено стрелкой. Прямой рентгеновский поток показан также стрелками, но только от первого источника 2.

Третья и четвертая преобразующие сборки расположены по разные стороны поверхностей ленты 4 нормально к отраженным от структуры материала ленты 4 потокам прямого излучения первого и дополнительного рентгеновских источников 2, 7 и обращены к отраженным потокам коллиматорами 11, 12. Первый, второй, третий и четвертый коллиматоры 3, 8, 11 и 12 выполнены тонкоплоской формы в виде щели 15, направление каждой из которых ориентировано параллельно друг другу вдоль поперечного сечения ленты 4. Преобразующие сборки снабжены возможностью поворота относительно своих центров в плоскости, образованной совмещенной нормалью прямых потоков источников 2 и 7 и продольной осью ленты 4, проходящей посредине внутреннего слоя ленты 4 на угол, перекрывающий ширину апертуры коллимированных прямых потоков источников 2 и 7.

Первый и дополнительный рентгеновские источники 2 и 7 зеркально размещены по разные стороны ленты 4. Так как они включены противофазно, то, например, при положительной фазе одновременно работают первый источник 2, детекторы 5, 6 и 9 и отключены дополнительный источник 7 и детектор 10, при отрицательной фазе работают дополнительный источник 7, детекторы 5, 6 и 10 и отключены источник 2 и детектор 9. Детекторы 5 и 6 работают при обеих фазах только меняется их функциональное назначение.

Детекторы 5, 6, 9, 10 предназначены для преобразования рентгеновского излучения в электрический сигнал.

Сканирование преобразующих сборок обеспечивает контроль с высоким разрешением толщины верхнего (нижнего) слоев при соответствующих фазах. Скорость сканирования должна превышать скорость движения ленты не менее, чем в 5 раз. Если сканирование устранить, то преобразующие сборки будут измерять полную толщину ленты 4 вдоль оси отраженного рентгеновского излучения.

Работа устройства.

После прогрева аппаратуры устройства включают сканирование преобразующих сборок и рентгеновское излучение. Трехслойную ленту просвечивают рентгеновским излучением одновременно с обеих ее сторон по единой нормали к ленте, но в противофазе. Например, при положительной фазе работает первый рентгеновский источник 2, поток которого просвечивает первый детектор 5, затем трехслойную ленту 4 и далее второй детектор 6. Отраженный рентгеновский поток от структуры материала ленты 4 поступает в третий детектор 9. Электрические сигналы с этих детекторов поступают в схему обработки 13, в которой анализируются и по электрическим сигналам первого и второго детекторов 5 и 6 определяют совокупную толщину ленты 4, а по сигналу с третьего детектора 9 определяют толщину наружного слоя ленты 4, который сканировался детектором 9.

При отрицательной фазе работает дополнительный источник 7 рентгеновского излучения, поток которого просвечивает второй детектор 6, затем трехслойную ленту 4 и далее первый детектор 5. Отраженный рентгеновский поток от структуры материала ленты 4 поступает в четвертый детектор 10. Электрические сигналы с этих детекторов поступают в схему обработки 13, в которой по электрическим сигналам второго и первого детекторов 6 и 5 вновь определяется совокупная толщина ленты 4, а по сигналу с четвертого детектора 10 определяется толщина другого наружного слоя ленты 4, который сканировался детектором 10.

По известным значениям совокупной толщины ленты 4 и ее наружных слоев вычисляют толщину среднего слоя ленты 4.

Техническим результатом изобретения являются широкие функциональные возможности, высокая точность и разрешающая способность измерения толщины каждого металлического слоя трехслойной ленты, за счет квазиполного использования энергии рентгеновского потока, достигаемого тем, что прямой и отраженный потоки рентгеновского излучения перед детектированием локализованы в узкий пучок вдоль поперечного сечения исследуемой ленты, и сканирования детекторов, принимающих отраженный от структуры материала ленты поток излучения с обеих сторон ленты.