автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Моделирование сигналов и функциональных узлов рентгеновского томографа для контроля ТВЭЛов

На правах рукописи

ОБИДИН Юрий Васильевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ РЕНТГЕНОВСКОГО ТОМОГРАФА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТВЭЛов

Специальность 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

? • /;:;:. :

Новосибирск - 2009

Работа выполнена в учреждении Российской академии наук Конструктор-ско-технологическом институте научного приборостроения СО РАН.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Пикапов Валерий Владимирович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Голубятников Владимир Петрович, кандидат технических наук Зюбин Владимир Евгеньевич

Ведущая организация: Институт теплофизики СО РАН

Защита состоится ъ ^¿¿ъ^ 2009 г. в «/¿> » часов на заседании диссертационного совета Д 003.061.02 при Институте вычислительной математики и математической геофизики СО РАН по адресу: 630090, г. Новосибирск, проспект Академика Лаврентьева, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке учреждения Российской академии наук Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН.

Автореферат разослан « /2^7^/2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 003.061.02 . ,, , г г, г

при ИВМиМГ СО РАН, д.ф.-м.н. \ К ^ Ь. Сорокин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Корпорация «Росатом» ставит задачу увеличения срока эксплуатации тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) на АЭС до 5-7 лет. Безопасность используемых на АЭС изделий обеспечивается выполнением их сплошного (100%) контроля при производстве. В настоящее время качество сварных швов ТВЭЛов проверяется выборочно рентгенографическим методом. Субъективность и недостаточная чувствительность рентгенографии снижают достоверность контроля, а обработка рентгеновских пленок замедляет процесс получения результатов.

Наиболее эффективным направлением в области неразрушающе го контроля является вычислительная томография, которая начинает использоваться для исследования сложных изделий и при отработке технологии. Заключение о качестве контролируемого объекта в современных системах томографического контроля принимается оператором на основе визуального анализа томограмм.

Технология изготовления ТВЭЛов не допускает выполнения операций вне автоматической технологической линии. В связи с этим оборудование для сплошного контроля ТВЭЛов должно встраиваться в линию, а контроль должен выполняться в темпе работы конвейера. Отсюда возникает несколько специфических требований к томографу:

• все операции контроля должны выполняться автоматически;

• время контроля одного ТВЭЛа не должно превышать 1 минуты,

• условия безопасности не допускают применения рентгеновского аппарата с напряжением свыше 160 кВ.

Наряду с ограничениями, связанными с работой в технологической линии, возможность решения задачи определяется особенностями объекта контроля. В частности, циркониевый сплав, из которого изготовлен ТВЭЛ, обладает высоким коэффициентом ослабленш рентгеновского излучения, а типичными дефектами шва являются пустотелые поры малого размера (150-350 мкм) и высокой контрастности.

Совокупность проблем, возникающих при создании томографа, исследовалась методами математического моделирования. Результаты исследований и практическая реализация комплекса моделирующих программ были востребованы на этапе создания автоматического промышленного томографа для контроля ТВЭЛов.

Целью работы является создание высокопроизводительных средств автоматического обнаружения и измерения приповерхностных дефектов сварных соединений цилиндрических изделий с использованием технологий цифровой томографии.

Задачи исследований:

1. Построение и анализ моделей формирования, регистрации и обра-

ботки рентгеновских проекций в задаче обнаружения мелких дефектов в тонком цилиндрическом слое изделий (трубе).

2. Исследование на моделях информационных возможностей томографа в условиях ограничения энергии излучения и времени контроля.

3. Разработка алгоритмов реконструкции томограмм, автоматического обнаружения и измерения дефектов.

4. Программная реализация и исследование свойств созданных алгоритмов на моделях и реальных данных.

Методы исследований. Полученные результаты основаны на методах цифровой обработки изображений, теории вероятностей и статистическом анализе. В основу экспериментальных исследований положены непосредственные измерения сигналов и вычислительные эксперименты на ЭВМ.

Научная новизна:

1. Разработаны новые быстродействующие приближенные алгоритмы локальной реконструкции цилиндрической зоны объекта, обеспечивающие выявление всех значимых дефектов сварного шва.

2. Впервые предложено использовать панорамную томограф™ для решения задачи автоматического поиска и измерения с высокой производительностью приповерхностных дефектов сварных соединений ТВЭЛов.

3. Получено аналитическое выражение для оценки чувствительности рентгеновского томографа, позволяющее оценивать метрологические характеристики при неоптимальной энергии и ограниченной дозе излучения.

Практическая ценность:

1. Разработан комплекс программ моделирования процессов получения и обработки проекционных данных для сцен, создаваемых экспериментатором.

2. Созданы и аттестованы методики измерения дефектов размером меньше предела пространственного разрешения томографа с погрешностью не более 15% по реконструированным изображениям сварного шва.

3. Создана и сертифицирована томографическая станция, обеспечивающая автоматический контроль сварных соединений ТВЭЛов для ядерных энергетических реакторов в темпе одно изделие в минуту.

Внедрение полученных результатов. Результаты исследований использованы при создании и сертификации томографической станции рентгеновского контроля сварных швов ТВЭЛов. Станция внесена в государственный реестр средств измерений РФ и получен сертификат ЦНИИМ №30097-05 на средство измерений - «Станция контроля сварных швов ТВЭЛ ВВЭР-1000 томографическая. "Чулым-03"».

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математические модели объекта исследования и процессов в рентгеновском томографе, позволяющие моделировать проекционные данные при различных характеристиках излучения и параметрах регистрации для

сцен с произвольным взаимным расположением источника, детектора и объекта контроля.

2. Приближенные алгоритмы реконструкции цилиндрических слоев, позволяющие автоматически выявлять пустотелые поры размером более 150 мкм в сварных соединениях ТВЭЛов и измерять их с погрешностью не более 15% с производительностью 1 изделие в минуту.

3. Высокоэффективный быстродействующий метод томографического контроля трубчатых изделий, основанный на получении и анализе многослойных панорамных томограмм.

4. Комплекс программных средств для проведения вычислительных экспериментов, направленных на исследование разработанных алгоритмов по автоматическому обнаружению и измерению мелких дефектов в сварных соединениях по реконструированным изображениям цилиндрического слоя зоны контроля.

Апробация работы. Основные результата диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах: 14 Российская научно-техническая конференция «Неразрушающий контроль и диагностика». РОНКТД, Москва, июнь 1996; 6 ISMQC IMECO Symposium «Metrology for Quality Control in Production». Vienna, Austria, Sept. 8-10, 1998; 4 Всероссийская с международным участием конференция «Распознавание образов и анализ изображений» РОАИ-4-98. Новосибирск, 11-18 октября, 1998; 7 International Symposium on Laser Metrology Applied to Science, Industry, and Everyday Life. Novosibirsk, Sept. 9-13, 2002; 16 World Conference on Nondestructive Testing. Montreal, Quebec, Aug. 30 - Sept.3, 2004; Научно-техническая конференция "Томография". Москва, 22 марта 2005; Научный конгресс «Гео-Сибирь-2006», Новосибирск, 24-28 апреля 2006.

Публикации. По теме диссертации соискателем в соавторстве опубликовано 13 работ, из них 5 в изданиях, рекомендуемых ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем - 148 страниц. Иллюстративный материал включает 64 рисунка и 14 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 143 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, новизна и практическая значимость темы диссертационного исследования, формулируются его цель и задачи, излагаются основные положения, выносимые на защиту, и раскрывается структура работы.

В первой главе проведен обзор и анализ современного состояния и тенденций развития реконструктивной вычислительной томографии. Показаны принципиальные преимущества рентгеновской томографии перед обычным рентгеновским исследованием. Развитие алгоритмов, достиже-

ния рентгенотехники и вычислительной техники подготовили базу для решения задач автоматического контроля промышленных изделий (в частности ТВЭЛов) с применением технологий цифровой томографии.

Рассмотрение математических основ томографии показывает важность сбалансированного подхода к созданию томографа для контроля ТВЭЛов, включающего как оптимизацию решения прямой задачи (получения проекционных данных), так и разработку алгоритмов восстановления и автоматического анализа внутренней структуры изделий.

Создана структурная модель взаимодействия излучения с объектом контроля. В соответствии с моделью рассмотрены количественные и качественные характеристики рентгеновского излучения, влияющие на характеристики проекций. Показано, что наилучшее сочетание метрологических характеристик обеспечивается при оптимальной энергии рентгеновских фотонов и достаточной экспозиционной дозе, а поставленные технологические и временные ограничения не позволяют обеспечить необходимую экспозиционную дозу и энергию рентгеновских фотонов.

Рассмотрены возможные пути решения обратной задачи, т.е. восстановления исходной функции по ее проекциям. Отмечены проблемы устойчивости и точности решения обратной задачи, возникающие при использовании конечного числа дискретизированных проекций. Приведены математические выражения алгоритмов реконструкции внутренней структуры объекта контроля, обсуждаются их достоинства и недостатки с точки зрения задачи контроля ТВЭЛов. Показана связь между объемом дефектов и амплитудными параметрами их изображений на томограмме, которая позволяет оценивать размеры дефектов по яркости их изображений.

Сформулированы требования к алгоритмам, предназначенным для решения задачи контроля ТВЭЛов: высокая производительность, восстановление отличий контролируемого изделия от эталона, локальность области интереса, малые размеры и высокая контрастность дефектов. Поставлены главные задачи моделирования:

• сделать оценки предельных метрологических характеристик рентгеновского томографа для случая неоптимальной энергии рентгеновских фотонов и ограниченной экспозиционной дозы, предложить оптимальные технические решения системы регистрации проекционных данных;

• создать алгоритмы реконструкции, обнаружения и измерения дефектов типа пор, оптимальные для задачи автоматического контроля ТВЭЛов.

Во второй главе рассмотрены модели объекта и регистрируемого сигнала. ТВЭЛ представляет собой циркониевую трубку с наружньм диаметром г2 =9,1 мм и внутренним - г, = 4,5 мм, сварной шов имеет форму цилиндра со стенками толщиной 0,7 мм и высотой 2,5 мм (рис. 1).

Ослабление излучения в ТВЭЛе может быть описано выражением:

Заглушка

Шов .А

Труби

А-А

I,

Рис. 1. Вид сварного шва ТВЭЛа

где /0, / - интенсивности падающего и прошедшего через ТВЭЛ излучения, //ц - коэффициент ослабления циркония, - координаты, р($,2,(р)= [ц^М - двумерная проек-

ция, полученная вдоль линии Ь под углом (р.

Поскольку в доступной литературе радиационные характеристики сплава циркония не приводятся, по известным характеристикам таких материалов, как А1п, /ч.'2б, Си29, Бе34 и Мо42, получено приближенное выражение зависимости линейного коэффициента ослабления (ЛКО) циркония // от энергии Е рентгеновских фотонов. В диапазоне энергий от 80 до 300 кэВ оно имеет вид:

//(£) = 4,85 х 10б Е'3+1,9

С использованием полученной зависимости определены требования к динамическому диапазону детектора и к разрядности АЦП. Интенсивность излучения в плоскости теневого изображения изменяется от максимальной 1МХ =/0, для лучей, проходящих вне образца (.5 > г2), до минимальной 1Ш = /0 ехр(- 2/;ц& - г? |, на луче, касательном к поднутрению заглушки я^г^.

Минимальное изменение интенсивности, вызванное наличием дефекта типа пустотелой поры размером <Л « гх в цирконии на луче з = гх равно:

Динамический диапазон £)д = - JMN)AIД, приведенный к размеру дефекта, определяет число уровней квантования. Некоторые оценки сигнала проекций и разрядности АЦП для различных значений напряжения на рентгеновской трубке представлены в таблице 1.

Напряжение, кВ 150 175 200 225 250

Коэффициент ослабления [см"1) //ц 6,1 4,31 3,34 2,72 2,33

Диапазон сигнала /0 / 1ш 126 30 14 8,6 6,3

Диапазон проекций 1п(/0 / 1ш) 4,88 3,45 2,67 2,18 1,86

Приведенный диапазон £>д 2030 699 419 315 270

Число уровней квантования Ыд 4060 1398 838 630 540

Разрядность АЦП ^ацп 12 11 10 10 10

Рентгеновская трубка при токе 1А за время I испускает Л^ = /7/^/9 рентгеновских фотонов (77 - коэффициент лучевой отдачи, ц - заряд электрона). На площадку 5 детектора, расположенную на расстоянии Я от фокуса трубки, будет падать фотонов:

1л I

4 л/Г 9 4я/Г

С учетом экспоненциального поглощения в материале объекта контроля толщиной ¿ц на детекторе будет зарегистрировано:

^ок =77

4 л- дД2

Сделаны оценки характеристик проекций, связанные с квантовой природой излучения (табл. 2), определены соотношения сигналов на рентгеновском детекторе при напряжении на трубке 160 кВ (рис. 2).

Толщина Уровень Контрастность

циркония сигнала дефектов

0 мм -1 |- 100%

5 мм 7,8 мм

7,4% 0,38% 1,7% 0,09%

-г2 -г1 0 г1 г2 Рис. 2. Оценки сигнала в поперечном сечении ТВЭЛ

Таблица 2. Характеристики шума и сигнала в проекционных данных

Напряжение (кВ) лко /"ц (см'1) Число фотонов Число фотонов ^ОК Шум <Т0К = л/^Г с/ = 100 Д'д с! = 200 °"ок

160 5,23 149000 10900 104,4 566 1133 5,4

195 3,5 149000 25890 160,9 1346 2693 8,36

220 2,81 149000 36560 191,2 1901 3802 9,94

Изменения сигнала А/д, вызванные дефектами размером с/= 100 мкм и с1 = 200 мкм, приведены в соответствующих столбцах таблицы (6 и 7).

В предположении, что для обнаружения дефекта его сигнал должен в к раз превышать СКО пуассоновского шума (А/^/стф = к ), получено выражение для анализа обнаружительной способности:

II . , 1 , Ри'з

е , (1)

Здесь введены следующие обозначения: а{ - относительный размер передаточной функции вдоль оси 2, сом предел частотной характеристики томографа, Оэ - экспозиционная доза, Сд = ^ - контрастность

дефектов. Полученное выражение отличается от известного1 тем, что оно справедливо и для случая неоптимального режима регистрации.

В условиях поставленных ограничений важнейшей характеристикой системы регистрации является граничная частота сом частотно-контрастной характеристики томографа, определяющая чувствительность к дефектам. Рассмотрены модели основных элементов системы регистрации (СР) и определен их вклад в результирующую функцию рассеяния точки (ФРТ). Модель высокочувствительного детекторного блока, включала монокристаллический сцинтиллятор, ЭОП, объектив и многоэлементную ПЗС-матрицу. Для удобства в таблице 3 размеры ФРТ отдельных элементов пересчитаны в плоскость регистрации.

Фокус трубки Сцинтиллятор Рентген, рассеяние Объектив ЭОП Размер пикселя

100 мкм 120 мкм 28 мкм 5 мкм 50 мкм 16 мкм

По приведенным в таблице данньм получено аналитическое выражение для результирующей ФРТ. Построена общая частотно-контрастная характеристика томографа (ЧКХ), определена граничная частота сои. Результаты экспериментальной проверки пространственного разрешения на макете системы показали хорошее совпадение модельной и реальной ЧКХ. ФРТ использовалась для расчета ядра фильтра, согласованного с формой изображения дефектов.

С использованием полученного автором выражения (1) исследованы зависимости обнаружительных характеристик от параметров объекта и режимов регистрации.

На рис. 3 показана зависимость предельной чувствительности к дефектам от времени регистрации. Проведенный анализ позволил сделать вывод, что теоретический предел чувствительности к порам в условиях заданных технологических ограничений составляет 30-40 мкм, что выше требований, предъявляемых к томографу.

Таким образом, задача томо-

10 100 Время экспозиции (с)

Рис. 3. Зависимость чувствительности к порам от времени экспозиции

графического контроля ТВЭЛов с заданной производительностью имеет

Рентгенотехника. Справочник под редакцией Клюева В.В.: -М.: Машиностроение, 1992. -Кн. 2. -С. 273.

решение. В ходе моделирования определены основные технические требования к аппаратным средствам, уточнены исходные данные для алгоритмов реконструкции и обнаружения дефектов. Самым сложным требованием к алгоритмам является требование высокой производительности: все вычисления должны быть выполнены за 5-10 с.

В третьей главе исследованы алгоритмы реконструкции, поиска и измерения дефектов по томограммам сварного шва. Для повышения скорости вычислений исследовались варианты алгоритмов, которые обеспечивают реконструкцию тонких цилиндрических слоев вместо поперечных сечений. Такая реконструкция позволяет в 5 раз сократить время реконструкции за счет исключения точек трехмерной томограммы, не относящихся к области интереса. Выражение для реконструкции в цилиндрических координатах имеет вид:

2л-

рр(в,г) = |р{рсоъ{<р-в),(р,г)(1<р, (2)

о

где р[рсо${<р-в),(р,2]= - фильтрованные проек-

ции, рр(в,г) - реконструируемый цилиндрический слой радиуса р.

Развертка цилиндрического сечения (панорама) является двумерным изображением, удобным для обработки и поиска дефектов. Дальнейшее снижение вычислительных затрат можно получить исключением или заменой процедуры фильтрации проекций. Алгоритм взвешенных проекций использует умножение проекций на взвешивающую функцию вместо свертки, что существенно повышает скорость вычислений:

1 2*

1(Р,0) = — \р{рсо5{(р - в), <р)\$т{(р - 0)\(1<Р •

2л- '

Когда отличия измеряемого образца от эталона сконцентрированы в тонком цилиндрическом слое известного радиуса, отличия этого слоя от эталона могут быть восстановлены с хорошей точностью.

Если исходное распределение представить суммой регулярной составляющей /ип(х,у,г) и функции локальных отличий тогда и проекция может быть представлена суммой проекций бездефектного изделия рп и проекций функции локальных отличий (проекций дефектов) рд:

Рп + Рл = \\рц(х,у,г)сШу+ ^рА(х,уу2)йхс1у

1(х,у,г) 1(х,у,1)

Вычитая из зарегистрированных проекций проекции эталона, получим

2 Kosykh V.P. On a simple method of a priori data incorporation in tomographic reconstruction // Pattern recognition and image analysis. -1998. -Vol. 8, № 3. -P. 424-425.

проекционные данные для функции распределения локальных отличий. Учитывая, что дефекты ТВЭЛов имеют малые размеры (<2-3% от диаметра), операция логарифмирования проекций может быть исключена, что позволяет сократить время реконструкции на 2-Зс, т.е. около 30% всего времени, отпущенного на реконструкцию.

Повышение скорости вычислений можно обеспечить снижением количества обрабатываемой информации. Представим, что в (2) каждая проекция р(-) точками р = -Ы 2 и р = Ы 2 разделена на левую , центральную рс и правую рц части. Отбрасывая рь и рк, получим:

где <рхг=в± агс5т(1 ПК), в - угол поворота просвечивающего пучка относительно оси координат.

Исследование алгоритма реконструкции по ограниченным проекциям показало, что для случая мелких высококонтрастных дефектов ограничение длины проекций Ь слабо влияет на форму их изображений и на точность измерений дефектов, превышающих порог обнаружения.

Вычисление вторых производных р"{р,(р) вместо свертки проекций с фильтром позволяет восстанавливать высокочастотную составляющую

где В - оператор обратного проецирования.

Замена свертки вычислением второй производной позволило сократить время вычислений примерно в 7 раз. Дальнейшее повышение производительности контроля получено синтезом панорамного изображения, представляющего собой сумму панорам различных слоев. Сокращение времени вычислений в этом случае достигается за счет того, что обнаружение и измерение дефектов ведется на одном изображении.

Исследована модель изображения дефекта с шумом, имеющим нормальный закон распределения с нулевым средним и среднеквадратиче-ским отклонением а. Выведены выражения, связывающие порог Т, вероятность ложной тревоги Рлт и пропуска РПР дефекта, представленного т точками на томограмме, имеющей М отсчетов:

где Ъ - среднее значение яркости дефекта; р0 - вероятность того, что яркость в точке превысит порог в отсутствие дефекта. Установлено, что надежнее обнаруживать дефекты, состоящие из нескольких пикселей.

исходной томограммы //(о):

//(<>) = —в р"(р,<р)

/ \

Показано, что объем дефектов с размерами порядка ФРТ можно определять по яркости их изображений вследствие взаимосвязи геометрических размеров дефекта и амплитудных параметров томограммы. Измерив на томограммах яркости В, всех точек, принадлежащих дефекту, можно определить объем шаровой поры Кд и ее диаметр:

Рис. 4. Изображение дефекта

Здесь: ку - коэффициент пропорциональности; В - значение яркости фона.

В рассматриваемой модели все точки изображения, яркость которых превышает порог Т, считаются точками дефекта (рис. 4). При таком подходе суммарная яркость дефекта зависит от порога Т. Исследовалось два алгоритма определения суммарной яркости: итерационный, с адаптивным изменением порога, и с суммированием яркостей в зоне заданного размера. Второй вариант обеспечивает в 1,5 раза более высокую точность измерений при размере зоны, согласованном с размером передаточной функции томографа.

Моделирование процесса получения проекций и исследование алгоритмов производились с помощью комплекса программ, структура которого представлена на рис. 5.

kernel.ini

Параметры алгоритмов

5

autos, spt

Файл инструкций сборки программы

tom.exe

Каркас приложения

Views.dll

Шаблоны документов

~|Matrixf "1 ~j3DMatrixf ] ~|lmage

Интерфейс пользователя

Менеджер объектов

tomkern.dll

оъекты ядра

-|Алгоритмы ^Авторежимы

4Sc

[Me

Камеры

¡Recon.dll

^Реконструкция

-|KRecPan

KRecSec

Обработка

_________1

|MechCOM [j "jCamVSCTT 11

[MechUSB [j "jCamEMUL |

Функциональное ядро

Рис. 5. Структура программного комплекса

Комплекс может работать как в составе томографа, так и автономно. Во втором случае к ядру программы подключается библиотека моделирования camEMUL.dll, которая со! j II - . - держит модель процесса реги-^ ' ~ * страции - «сцену» (рис. 6), т.е. математическое описание взаимного ^ ; _ расположения объектов, условно I Ir/-pi|" разделяемых на 3 категории: ис-! С»1е ' точники излучения (I), детекторы

(С) и материальные объекты Р (по-Рис. 6. Модель процесса регистрации гдощающие или отражающие тела).

В отличие от существующих библиотек построения 3D моделей (DirectX и OpenGL) созданная библиотека позволяет учитывать прохождение излучения с частичным поглощением, а в набор базовых элементов кроме треугольников введены простейшие Зх-мерные фигуры -цилиндр и сфера. Объекты, составляющие сцену, могут быть перемещаемы, что позволяет получать полный набор проекций. Спектр излучения рентгеновской трубки при моделировании имитируется созданием нескольких источников излучения, находящихся в одной точке сцены, каждый из которых отвечает за одну из спектральных (энергетических) составляющих общего потока фотонов.

Библиотека алгоритмов (recon.dll) содержит более 10 различных алгоритмов реконструкции и позволяет выполнять трехмерную реконструкцию всех точек зоны контроля (ЗО-реконструкцию), реконструкцию поперечных сечений или развернутых двумерных панорам методами Фурье-преобразования, обратного проецирования или алгебраическими методами. Наряду с алгоритмами реконструкции библиотека содержит распространенные процедуры обработки изображений.

В таблице 4 приведен список исследовавшихся алгоритмов.

№ Наименование алгоритма Комментарий

1 Преобразование Фурье в полярных координатах сечение

2 БПФ с преобразованием в декартову сетку сечение

3 Метод свертки и обратной проекции (ФП) сечен./панорама

4 Обратной проекции с последующей фильтрацией сечен./панорама

5 Обратной проекции с фильтрацией в Фурье области сечение

6 Обратной проекции без фильтрации (НФ) панорама

7 Накопление со сдвигом (классическая томография) панорама

8 Алгоритм взвешенных проекций (ВП) панорама

Математическая модель объекта контроля содержала три сферических дефекта (150, 200 и 300 мкм). Модельные проекции получены с помощью созданного комплекса программ. Кроме модельных проекций при модели-

ровании алгоритмов использовались проекции реальных фантомов. Время выполнения алгоритмов №№ 3, 4, 6-8 (таблица 4) для компьютера класса Реп1:шт-2 с частотой 200МГц и отношение сигнал/шум на томограммах представлено в таблице 5. В таблице 6 дано время реконструкции на компьютере Репйит-З с частотой 800МГц Некоторые из реконструированных изображений показаны на рис. 7.

Таблица 5. Время вычислений и отношение сигнал/шум при ограничении проекций_____________

длина проекции Время реконструкции (с) Отношение сигнал/шум

№3 №4 №6 №7 №8 №3 №3,№6 №8

8 мм 12 11,2 5,0 - 8,0 14 - 28

5 мм 9,2 4,8 2,4 - 6,7 11 24

2 мм 8 2,4 1,2 1 - - 21

Таблица 6. Время вычислений по полным проекциям

Алгоритм Тип томо- Размер Число Время

граммы слоев рекон.

№2 БПФ (точная интерполяция) Сечение 256x256 1 4,56

№3 Свертка и обратные проекции Сечение 256x256 30 21,66

№4 Обратные проекции и фильтр панорама 516x40 1 7,08

№6 Обратные проекции (НФ) панорама 516x40 1 1,95

№8 Взвешенные проекции (ВП) панорама 516x40 5 5,04

ИЩиЩйюЩ-' • '■• . Щ: ш '' 1

1

Как показали исследования, в задаче контроля ТВЭЛов можно использовать алгоритмы, время выполнения которых не превышает 5-8 с. Необходимая точность измерения Рис. 7. Сечения и панорама модельного объекта, дефектов обеспечива-полученные разными алгоритмами £тся в СЛучае КОгда

отношение сигнал/шум превышает 20. Вычислительные эксперименты показали, что для целей промышленного контроля ТВЭЛов оптимальны алгоритмы панорамной реконструкции №6 и №8, обеспечивающие и скорость вычислений и отношение сигнал/шум. В силу наглядности представления результатов можно рекомендовать панорамные алгоритмы для контроля любых трубчатых изделий. При этом поиск и измерение дефектов необходимо выполнять на одном суммарном изображении.

В четвертой главе приведены краткое описание и технические характеристики томографа для автоматического контроля сварных швов ТВЭЛов, который был создан с учетом результатов моделирования. В таб-

лице 7 представлены сравнительные результаты контроля реальных изделий. На рис. 8 приведена многослойная панорама ТВЭЛа № 416323.

Таблица 7. Сравнительные результаты контроля реальных изделий

Номер образца Рентгенографический контроль ЦЗЛ завода Томографический контроль

1. 411267 2. 416323 3. 416337 одна пора 0,2 мм скопление пор до 0,3 мм скопление пор до 0,4 мм три поры семь пор непровар, множество пор

Рис. 8. Синтезированная панорама образца 416323 с 7 дефектами

Чувствительность томографа проверена с использованием фантома, на наружной поверхности которого выгравированы канавки. Размеры канавок (Ш><Г): 340x280, 210x200, 170x100, 120x70 и 70x50 мкм. На изображении панорамы (рис. 9) видны все пять канавок и внутренний дефект (пора) диаметром 200 мкм.

Ж

Рис. 9. Панорамное изображение фантома с канавками

Созданный томограф прошел государственные испытания для целей утверждения типа средств измерений. Испытания проводились при напряжении на аноде рентгеновской трубки 160 кВ и токе 3 мА. Время регистрации проекций 52 с. Количество проекций 400. Результаты испытаний приведены в таблице 9.

Таблица 9. Результаты метрологических испытаний

Размер дефекта (мкм) 342 296 252 193 150 320 312 252 178 151

Среднее значение 343 297 250 196 150 333 306 258 182 155

Стандартное отклонение (мкм) 3 5 6 8,4 10,1 1,7 6,3 6 9,7 12,8

Систематическая погрешность (мкм) +0,8 +1,9 -1,6 +3,4 +0,5 +13 -6,4 +5,6 45 42

В ходе испытаний была зафиксирована чувствительность к порам порядка 100 мкм. При измерении дефектов с размером, близким к 200 мкм, случайная составляющая погрешности не превысила 20 мкм (10%).

В заключении приведены общие итоги исследования, сформулированы выводы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны математические модели объекта исследования и процессов в рентгеновском томографе, позволяющие моделировать проекционные данные при различных характеристиках источника излучения и произвольном взаимном расположении источника, детектора и объекта контроля.

2. Разработаны новые быстродействующие приближенные алгоритмы панорамной реконструкции, оптимальные для контроля приповерхностной зоны цилиндрических объектов, содержащих мелкие дефекты с высокой контрастностью.

3. Предложена, программно реализована и сертифицирована методика автоматического поиска и измерения всех значимых дефектов по одному синтезированному панорамному изображению. Методика обеспечена средствами поверки и гарантирует измерения линейных размеров пор в диапазоне от 150 мкм до 350 мкм с погрешностью не более 15%.

4. Создан комплекс программ, позволяющий на моделях исследовать технические и программно-алгоритмические решения, ориентированные на применение в рентгеновской промышленной томографии при построении быстродействующих систем автоматического контроля.

5. По результатам моделирования создан высокопроизводительный автоматический томограф для контроля ТВЭЛов. Томограф прошел государственные испытания, внесен в реестр средств измерений РФ и передан в эксплуатацию заказчику - ОАО «НЗХК».

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах, рекомендуемых ВАК:

1. Жуков Ю.А., Карлов Ю.К., Косых В.П., Обидин Ю.В., Поташников А.К., Чащин С.Б. Компьютерная томография в задачах контроля сварных соединений ТВЭЛ // Автометрия. - 1997. -№4. -С. 43-50.

2. Воробьев В.В., Карлов Ю.К., Обидин Ю.В., Поташников А.К., Сысоев Е.В., Чапаев И.Г. Рентгеновская томографическая станция контроля сварных соединений ТВЭЛов // Датчики и системы. -1999. -№2. -С. 6-9.

3. Kosykh V.P., Obidin Yu.V., Potashnikov A.K. Comparative analysis of reconstruction algorithm for the fuel element tomographic control station // Pattern Recognition and Image Analysis. -1999. -Vol. 9. - P. 145-147.

4. Обидин Ю.В., Поташников A.K., Тяжев И.В. Определение размеров дефектов сварного шва по томограммам // Автометрия. -2001. -№5. -С.37-43.

5. Жуков Ю.А., Карлов Ю.К., Обидин Ю.В., Петухов К.В., Поташников А.К., Сартаков В.Ю., Чащин С.Б. Компьютерная панорамная томография промышленного применения // Дефектоскопия. -2008. -№9. -С. 27-37.

¿Л"

Подписано в печать 15.04.2009 г. Формат бумаги 60x84 'Хь Объем 1,0 п.л.

Тираж 100 экз._Заказ № 72_

ООО «Омега Принт», Новосибирск-90, пр. Лаврентьева, 6

Список используемых сокращений.

Введение.

Глава 1. Обзор и анализ методов и средств вычислительной томографии

1.1 Методы и средства рентгеновской вычислительной томографии.

1.1.1 Развитие и общая характеристика томографии.

1.1.2 Промышленные рентгеновские томографы.

1.1.3 Современное состояние промышленной КТ.

1.2 Математические основы решаемой задачи

1.2.1 Прямая задача томографии.

1.2.2 Обратная задача томографии.

1.3 Физические аспекты рентгеновского контроля ТВЭЛов.

1.3.1 Характеристики рентгеновского излучения.

1.3.2 Предельные метрологические характеристики.

1.3.3 Устройство и работа томографа для контроля ТВЭЛов.

1.4 Алгоритмы реконструкции.

1.4.1 Эвристические методы

1.4.2 Методы Фурье-синтеза.

1.4.3 Методы свертки.

1.4.4 Другие методы реконструкции.

1.5 Обнаружение и измерение дефектов.

1.6 Выбор и обоснование направления работы.

Выводы к главе

Глава 2. Построение и анализ модели регистрации проекционных данных.

2.1 Расчет линейного коэффициента ослабления циркония.

2.2 Взаимодействие излучения с объектом контроля.

2.3 Динамический диапазон сигнала.

2.4 Квантовые шумы регистрации.

2.5 Обнаружительная способность.

2.6 Пространственное разрешение.

Выводы к главе 2.

Глава 3. Алгоритмы реконструкции, методика измерений и программное обеспечение.

3.1 Панорамная томография.

3.2 Реконструкция по ограниченным проекциям.

3.3 Обнаружение дефектов.

3.4 Измерение параметров дефектов.

3.5 Комплекс программ.

3.6 Результаты моделирования

Выводы к главе 3.

Глава 4. Реализация, испытания и метрологическая аттестация опытного образца системы.

4.1 Создание томографа для контроля ТВЭЛов.

4.2 Устройство томографа.

4.3 Сканирующая система.

4.4 Рентгеновский детектор.

4.5 Программно-алгоритмическое обеспечение.

4.6 Результаты экспериментов.

4.7 Метрологическое обеспечение.

4.8 Характеристики томографа.

Актуальность работы

Обеспечение безопасности при эксплуатации АЭС выдвигает требования высокой надежности изделий, применяемых в атомной промышленности. Надежность обеспечивается в результате всестороннего контроля изделий при их производстве. [Штань А.С. Автоматизированный контроль качества ТВЭЛов для АЭС // Приборы и системы управления. 1995. - № 11. - С. 12-13]

Одной из важных характеристик надежности ТВЭЛов является качество сварных швов, которое в настоящее время проверяется выборочно рентгенографическим методом. Выборочный контроль уже не отвечает новым требованиям безопасности. Недостаточная чувствительность и субъективность рентгенографии не всегда обеспечивают достоверность выявления дефектов, к тому же применение рентгеновских пленок существенно замедляет процесс получения результатов.

Отраслевой программой «Эффективное топливоиспользование на АЭС . на перспективу до 2010 года» была поставлена задача увеличения срока службы тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) и топливных сборок. Решение этой задачи требует существенного повышения надежности изделий при их производстве.

Максимально подробную информацию о внутренней структуре объекта позволяет получить вычислительная томография, которая является наиболее значительным достижением в области дефектоскопии и неразрушающего контроля. Контроль сварного шва должен выполняться непосредственно в технологической линии, в едином ритме с технологическим потоком, т.к. одним из условий обеспечения высокого качества изделий является исключение любых операций вне линии. Кроме того, что оперативный контроль после каждой операции позволяет избежать затрат на выполнение последующих дорогостоящих операций в случае обнаружения брака.

В связи с работой в линии возникает несколько специфических требований к томографу: ограничение энергии рентгеновского излучения безопасными пределами; высокая производительность контроля; автоматическое выполнение всех операций, включая анализ реконструируемых изображений и принятие решения о годности изделия.

По предварительным оценкам время полного контроля одного ТВЭЛа, включая установку в томограф, получение проекций, реконструкцию зоны контроля, поиск и измерение дефектов, не должно превышать одной минуты.

Весьма серьезным требованием является ограничение энергии рентгеновского излучения безопасными пределами. В частности, в цехе ОАО «НЗХК» разрешено применять рентгеновские аппараты с напряжением не выше 160 кВ при условии полной защиты персонала от рассеянного излучения. Специфика задачи определяется также высоким поглощением в цирконии, из которого изготовлен ТВЭЛ. Судя по атомному номеру, ослабление в цирконии в 2-3 раза выше, чем в железе.

Совокупность специфических проблем, возникающих при решении задачи контроля ТВЭЛов, может быть определена и решена методами математического моделирования, путем подробного анализа предметной области с привлечением всего комплекса понятий и знаний о томографии.

Проведенные в диссертации исследования связаны с планами НИР КТИ НП СО РАН («Цифровые рентгеновские системы промышленного и медицинского применения» Отчет о НИР; Гос. per. № 01990001720). Результаты исследований и практическая реализация комплекса моделирующих программ являются актуальными, и были востребованы на этапе создания автоматического промышленного томографа для контроля ТВЭЛов.

Цель работы

Создание высокопроизводительных средств автоматического обнаружения и измерения приповерхностных дефектов сварных соединений цилиндрических изделий с использованием технологий цифровой томографии.

Задачи исследования

1. Построение и анализ моделей формирования, регистрации и обработки проекций в задаче обнаружения мелких дефектов в тонком цилиндрическом слое изделий (трубе);

2. Исследование на моделях информационных возможностей томографа в условиях ограничения энергии излучения и времени контроля;

3. Разработка алгоритмов реконструкции, автоматического обнаружения и измерения дефектов;

4. Программная реализация и исследование свойств созданных алгоритмов на моделях и реальных данных.

Методы исследований

Проведенные исследования базировались на функционально-структурном подходе к анализу и синтезу систем томографического контроля, на использовании системного подхода, на методах математического моделирования и цифровой обработки изображений, теории вероятностей и статистическом анализе. В основу экспериментальных исследований положены непосредственные измерения сигналов и вычислительные эксперименты на ЭВМ.

Научная новизна

1. Разработаны новые быстродействующие приближенные алгоритмы локальной реконструкции цилиндрической зоны объекта, обеспечивающие выявление всех значимых дефектов сварного шва.

2. Впервые предложено использовать реконструктивную панорамную томографию для решения задачи автоматического поиска и измерения с высокой производительностью приповерхностных дефектов сварных соединений ТВЭЛов.

3. Получено аналитическое выражение для оценки чувствительности рентгеновского томографа, позволяющее оценивать метрологические характеристики при неоптимальной энергии и ограниченной дозе излучения.

Практическая ценность

1. Разработан комплекс программ моделирования процессов получения и обработки проекционных данных для сцен, создаваемых экспериментатором.

2. Созданы и аттестованы методики измерения дефектов, имеющих размер меньше предела разрешения томографа, по томографическим изображениям с погрешностью не более 15%.

3. Создана и сертифицирована томографическая станция, обеспечивающая автоматический контроль сварных соединений ТВЭЛов для ядерных энергетических реакторов в темпе одно изделие в минуту.

Внедрение полученных результатов

Результаты исследований использованы при создании и сертификации томографической станции рентгеновского контроля сварных швов ТВЭЛов реактора ВВЭР-1000. Станция внесена в государственный реестр средств измерений РФ, получен сертификат ЦНИИМ на новый тип средств измерений -«Станция контроля сварных швов ТВЭЛ ВВЭР-1000 томографическая. "Чу-лым-03"».

Основные положения, выносимые на защиту

1. Математические модели объекта исследования и процессов в рентгеновском томографе, позволяющие моделировать получение проекционных данных при различных характеристиках излучения и параметрах регистрации для сцен с произвольным взаимным расположением источника, детектора и объекта контроля.

2. Приближенные алгоритмы реконструкции цилиндрических слоев, работающие в реальном времени и позволяющие автоматически выявлять пустотелые поры размером более 150 мкм в сварных соединениях ТВЭЛов и измерять их с погрешностью не более 15%;

3. Высокоэффективный быстродействующий метод томографического контроля трубчатых изделий, основанный на получении и анализе многослойных панорамных томограмм.

4. Комплекс программных средств для проведения вычислительных экспериментов, направленных исследование разработанных алгоритмов по автоматическому обнаружению и измерению мелких дефектов в сварных соединениях промышленных изделий (ТВЭЛов) по реконструированным изображениям цилиндрического слоя зоны контроля.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах: 14 Российская научно-техническая конференция "Неразрушающий контроль и диагностика". РОНКТД, Москва, июнь 1996; 6-th ISMQC IMECO Symposium "Metrology for Quality Control in Production". Vienna, Austria. Sept. 8-10, 1998; 4-я Всероссийская с международным участием конференция «Распознавание образов и анализ изображений» РОАИ-4-98. Новосибирск, 11-18 октября, 1998; 7-th International Symposium on Laser Metrology Applied to Science, Industry, and Everyday Life. Novosibirsk, Sept. 9-13, 2002; 16-th World Conference on Nondestructive Testing. Montreal, Quebec, aug. 30 - sept.3, 2004; Научно-техническая конференция "Томография". Москва, 22 марта 2005; Научный конгресс «Гео-Сибирь-2006». Новосибирск, 24-28 апреля 2006.

Публикации

Всего диссертантом опубликовано 47 печатных работ. По теме диссертации соискателем в соавторстве опубликовано 14 работ, из них 3 в изданиях, рекомендуемых ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем -148 страниц. Иллюстративный материал включает 64 рисунка и 14 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 143 наименования.

Выводы к главе 3

Проведенный анализ позволяет определить основные пути обеспечения заданных характеристик вычислительного комплекса при построении томографа:

• реконструкция многослойного панорамного изображения с оптимальным количеством слоев зоны контроля;

• использование фильтра, согласованного с формой изображения дефекта размером 200 мкм на томограмме;

• объединение всех процедур фильтрации в одну, включая дискретную производную и фильтр Рамачандрана (с пересчетом в плоскость результирующей томограммы).

• подсчет суммарной яркости обнаруженного дефекта в зоне, размер которой согласован с размером дефекта, использование калибровочной зависимости для преобразования яркости дефекта в его размер;

• оптимизация вычислений при программной реализации алгоритмов реконструкции и обработки.

Глава 4. Реализация, испытания и метрологическая аттестация опытного образца системы

4.1 Создание томографа для контроля ТВЭЛ

Проведенные исследования послужили теоретической и экспериментальной базой для создания рентгеновской станции томографического контроля сварных швов ТВЭЛов, используемых в реакторах ВВЭР-1000. Томографическая станция разрабатывалась в рамках выполнения хозяйственных договоров между КТИ НП СО РАН и ОАО «НЗХК» (г. Новосибирск). Автор непосредственно участвовал в создании структуры томографа, принимал участие в разработке, настройке и экспериментальной проверке ответственных электронных и механических узлов, включая коллиматоры, сцинтилляторы, детектор и сканирующую систему, а также отдельных модулей программного обеспечения. На всех этапах работы по договорам автор являлся либо ответственным исполнителем, либо руководителем работ.

В 2000 г. заводу передан экспериментальный образец томографа, который установлен в цехе №10 в качестве автономного поста. Назначение экспериментального образца - подтвердить правильность теоретических исследований, продемонстрировать работоспособность принципа томографии при обнаружении дефектов сварных швов ТВЭЛов. В экспериментальном образце томографа сведены к минимуму аппаратные средства как стандартные, так и вновь разработанные. Источником рентгеновского излучения служил- имевшийся на заводе рентгеновский аппарат Siefert с напряжением до 160 кВ.

Испытания экспериментального образца томографа показали хорошее соответствие с результатами моделирования, подтвердили правильность основных технических решений. В ходе испытаний томографа накоплен банк проекционных данных, реконструированных сечений и панорам более чем на 100 дефектных изделий. Реконструированные изображения внутренней структуры ТВЭЛов использовались для сравнения с результатами контроля, который выполнялся другими методами (рентгенография, ультразвуковой контроль, металлография).

Проведенные на томографе экспериментальные исследования позволили уточнить параметры моделей, разработанных автором. В частности, на томографе была собрана статистика по расположению и форме типичных дефектов, которая в дальнейшем была использована для оптимизации алгоритмов реконструкции, обнаружения и измерения дефектов. Уточнено значение коэффициента линейного ослабления циркония, уточнено значение оптимальной энергии рентгеновских квантов, подтверждена необходимость приобретения рентгеновского аппарата с более высоким рабочим напряжением.

В 2004 году было принято решение о проведении ОКР и создании опытного образца томографа. Основные требования к томографу: автоматическое обнаружение и измерение дефектов, защита персонала от рассеянного излучения, позволяющая работать в технологической линии, утверждение и сертификация средства измерений, наличие метрологического обеспечения.

При разработке опытного образца использовались результаты настоящего исследования и решения, хорошо зарекомендовавшие себя в экспериментальном образце. В результате ОКР создан и передан в архив полный комплект конструкторской и эксплуатационной документации. По документации был изготовлен один опытный образец томографа. В 2005 проведены государственные испытания для целей утверждения типа единичного экземпляра средств измерений (СИ). Томограф успешно прошел испытания и внесен в государственный реестр СИ как «Станция контроля сварных швов ТВЭЛ ВВЭР-1000 томографическая. "Чулым-03"», о чем сделана запись в реестре СИ №30097-05 от 30.10.2005 года, получен сертификат RU.E.27.007.A № 21866.

В 2006 году томограф был передан в опытную эксплуатацию ОАО «НЗХК» и представлен приборной комиссии завода для включения в строящуюся технологическую линию по производству ТВЭЛов.

4.2 Устройство Томографа

Томограф содержит рентгеновский аппарат, источник рентгеновского излучения (рентгеновскую трубку), защитную камеру, в которой размещены элементы канала регистрации проекционных данных (сканирующее устройство с микропроцессорным управлением, рентгеновский детектор и система коллиматоров), а также стойку управления. В стойке управления находится пульт рентгеновского аппарата, а также персональный компьютер с платой сопряжения (видеоадаптером) и с программным обеспечением. Внешний вид томографа представлен на рисунке 4.1.

Рис. 4.1. Внешний вид томографа: 1 - рентгеновский аппарат, 2 - рентгеновская трубка, 3 - защитная камера, 4 - стойка управления

В качестве источника излучения в томографе используется рентгеновский аппарат YXLON-226 с рентгеновской трубкой Comet MXR-225/22. Трубка работает в режиме малого фокуса (1,0 мм) при токе анода 3 мА.

Подача ТВЭЛ в защитную камеру производится через боковую стенку камеры с транспортного стола конвейера (на рис. 4.1 не показан).

Управление узлами томографа и реконструкцию сечений осуществляет персональный компьютер Athlon-1700. Оперативная память имеет емкость 256 Мбайт. Емкость жесткого диска составляет 80 Гбайт. На диске формируется и поддерживается база данных формата MS Access на изделия, прошедшие контроль. На диске можно хранить проекции и изображения более 5000 ТВЭЛ. Для архивирования результатов контроля всех изделий в систему включен дисковод на DVD дисках (DVD ROM).

4.3 Сканирующая система

Подача изделия в зону контроля, его зажим и вращение выполняется прецизионным сканирующим устройством с микропроцессорным управлением. При сканировании ТВЭЛ зажимается цангой с пневматическим приводом. Высокая точность углового положения и минимальная величина мертвого хода обеспечиваются червячным редуктором с передаточным числом 50. Привод червяка осуществляется от программно управляемого шагового электродвигателя ДШИ-200-1 через упругую двухмембранную муфту. Сканирующее устройство имеет центратор - подшипник скольжения, выполненный из пластмассы, который фиксирует заглушку, обеспечивая минимальные биения ТВЭЛа при вращении.

Система сканирования имеет два режима работы - старт-стопный и непрерывный. В первом режиме поворот изделия и регистрация проекций происходят попеременно, чем достигается высокая точность позиционирования объекта контроля, уменьшаются ошибки в проекционных данных. Во втором -вращение (сканирование) изделия происходит непрерывно в процессе регистрации, обеспечивая тем самым более эффективное использование времени, отведенного на контроль.

Функции управления сканирующим устройством и транспортным столом возложены на электронный блок - контроллер. Кроме выполнения внутренних функций томографа контроллер обеспечивает его связь с технологической линией завода. Контроллер построен на основе микроконтроллера ATMEGA-128, работающего на частоте 20 МГц, для которого среднее время выполнения команды равно 1 мкс.

Технические характеристики блока сканирования: Габариты 460x260x150 мм разрешающая способность по углу поворота шпинделя 0,01% погрешность позиционирования шпинделя по углу 0,03% быстродействие системы позиционирования по углу 1000 шагов/с

Проведена проверка угловой погрешности сканирующей системы с использованием углового датчика ROD-800 фирмы Heidenhain. Узел вращения имеет максимальную угловую погрешность установки шпинделя не более -2

4х Ю т.е. ±2,5 угловых минуты.

Сканирующая система имеет малые габариты, автономное питание и управляется от ЭВМ через последовательный интерфейс RS-232 (USB-1,0).

4.4 Рентгеновский детектор

С целью получения максимальной экспозиционной дозы в пределах времени, отведенного на контроль, в томографе применен многоэлементный детектор, позволяющий при любых ракурсах наблюдать зону контроля целиком и регистрировать двумерные проекции. Оптическая схема детектора приведена на рисунке 4.2.

Для преобразования рентгеновского излучения, прошедшего через объект контроля, в видимый свет используется сцинтиллятор. В комплекте томографа имеется набор сцинтилляторов из монокристаллического CsJ(Tl) различной толщины (от 0,5 до 3,0 мм). Размеры кристалла - 5x15 мм. Сцинтиллятор приклеен к стеклянной подложке (К-10). Зеркало используется для того, чтобы избежать попадания рентгеновских квантов на фотоприемник. Полученное на сцинтилляторе видимое изображение переносится на фотокатод усилителя яркости объективом «Вега-20». В качестве усилителя яркости используется микроканальный ЭОП типа ЭПМ-44Г.

В детекторе установлен серийный ЭОП с настройками, выполненными в соответствии с ТУ. В частности, автоматическая регулировка усиления (АРУ) не отключена, порог срабатывания АРУ настроен на освещенность фотокатода 10" лк. Размер изображения на фотокатоде ЭОП диаметром 18 мм составляет 5x15 мм. Изображение проекции с экрана ЭОП переносятся на видеокамеру объективом А13444 фирмы WPI с фокусным расстоянием 8 мм. При переносе размер изображения уменьшается в 2,3 раза. Регистрация осуществляется высокочувствительной цифровой видеокамерой фирмы "Видеоскан" с 1/2" ПЗС-матрицей ICX-249. Матрица содержит 752x582 элементов размерами 8,6*8,3 мкм. Для согласования разрешения видеокамеры с размером передаточной функции томографа осуществляется программный биннинг (объединение соседних пикселей) 4x4. Размер объединенного пикселя, пересчитанный в плоскость теневого рентгеновского изображения равен

-40x40 мкм. Камера подключена к видеоадаптеру VS2001, установленному в PCI слот компьютера. С помощью поворотного зеркала ЭОП и видеокамера выведены из-под прямого рентгеновского излучения и, кроме того, эти элементы закрыты свинцовыми экранами. Время накопления изображения проекций может изменяться от 0,1 мс до 50 с. В рабочем режиме томографа время накопления каждой проекции составляет 100 мс. Оцифровка сигнала изображения с видеокамеры осуществляется встроенным в видеоадаптер 12-разрядным АЦП.

АРУ усилителя яркости автоматически согласует динамический диапазон входного сигнала с динамическим диапазоном видеокамеры, что позволяет избежать подстроек при замене сцинтиллятора, объекта контроля или при изменении режимов трубки. Уровень усиления, устанавливаемый АРУ, определяется интегральной яркостью катода и существенно зависит от биений ТВЭЛа при сканировании. Чтобы сохранить неизменное усиление для всех проекций одного изделия, в канал регистрации введены латунные компенсаторы, которые имеют форму щеток электродвигателя и прижимаются к ТВЭЛу пружинами. Компенсаторы снижают уровень излучения на краях ТВЭЛ и поглощают излучение, проходящее мимо объекта, в результате чего усиление ЭОП определяется, главным образом, уровнем сигнала на оси изделия. Таким образом, снижаются колебания среднего уровня и динамический диапазон сигнала проекций на фотокатоде ЭОП.

Рентгеновская трубка и другие элементы, отвечающие за формирование и регистрацию рентгеновских проекций, установлены внутри небольшой защитной камеры, обеспечивающей снижение мощности дозы вблизи томографа до уровня менее 2 мкЗв/ч, что позволяет применять томограф вне специальных помещений. Формирование и юстировка конусного рентгеновского пучка осуществляется коллиматором, каждая из 4-х шторок которого может независимо перемещаться с помощью микровинтов. Под объектом контроля, на входе детектора установлен еще один коллиматор, представляющий собой пластину из вольфрамоникелевого сплава, в центре которой имеется щель размерами 3*11 мм. Именно такого размера теневое изображение получается на сцинтилляторе.

Видеокамера, ЭОП и объективы детектора установлены на подвижную платформу, перемещение которой возможно без открывания защитной камеры. Такое решение позволяет выполнять некоторые юстировки и фокусировку детектора непосредственно под рентгеновским излучением с помощью специального тест-объекта, устанавливаемого в сканирующую систему вместо тепловыделяющего элемента.

4.5 Программно-алгоритмическое обеспечение

Программное обеспечение работает под управлением операционной системы Windows-2000. Оно создано с применением технологии объектно-ориентированного программирования [141] и состоит из исследовательской и рабочей программ. Рабочая программа томографа содержит минимальный набор алгоритмов, необходимых для функционирования аппаратных средств томографа. Кроме этого в нее встроены функции, реализующие алгоритм реконструкции многослойных (5 слоев) панорамных изображений и созданный автором алгоритм обнаружения и измерения дефектов типа пор в двумерном панорамном изображении сварного шва. На рисунке 4.3 представлен фрагмент окна рабочей программы с изображением дефекта и его параметрами.

6-12-ZOOS 13 S3 46.Uf.tni* ^JaJjill

J * * и [ В il|-m- * » ^ г; +

1

Сдой: 23 Мах: 701.408 Min:74.31G 8 Aver: 217.013 Disp: 56.2989

I ^

Рис. 4.3. Панорамное изображение шва с дефектом и профилем сигнала.

Рабочая программа имеет минимальный интерфейс и выполняет операции, указанные в файле настроек. В рабочем режиме она тестирует все узлы томографа, управляет процессом сбора и ввода в ЭВМ проекционных данных, реконструирует панорамное изображение, обнаруживает и измеряет дефекты, отображает полученное изображение на экране и записывает в файл на диске, а также формирует сигналы управления процессом отбраковки ТВЭЛ в соответствии с результатами измерений дефектов.

Исследовательская программа Tomofull [137,138] создана на этапе разработки томографа. Программа представляет собой комплекс средств, предназначенных для моделирования и оптимизации различных решений, связанных с применением реконструктивной томографии. Программа позволяет создавать и исследовать модели объекта контроля и канала регистрации проекционных данных томографа, выбрать оптимальные параметры детектора и режим регистрации, оптимизировать параметры алгоритмов реконструкции и измерения.

Интерфейс пользователя представляет собой многодокументное приложение [142]. Вид интерфейса показан на рисунке 4.4.

Объекты загрузки, сохранения и представления данных (шаблоны документов) загружаются из внешних библиотек (DLL). Подключение библиотек и взаимодействие с ними осуществляет менеджер объектов. Библиотеки не имеют собственного интерфейса. Вместо этого каждая из библиотек предоставляет менеджеру объектов список и описание своих параметров. На основании представленного списка интерфейс программы строит соответствующее окно, позволяющее устанавливать и редактировать параметры.

К программе подключена библиотека моделирования. При выполнении прямого преобразования Радона исследователь может заказать количество и размер проекций, диапазон углов и расстояния между объектами сцены.

Рис. 4.4. Окно программы Tomofull

Важной особенностью программного комплекса является возможность сохранения последовательности операций, выполняемых исследователем, так называемые «авторежимы». Эта опция позволяет, один раз выбрав порядок и параметры процедур обработки, применять их к различным исходным данным, например, ко всем файлам какой-либо директории.

На рисунках 4.5 и 4.6 приведены меню, демонстрирующие некоторые возможности комплекса программ. - - конструкция Моделирован*; Обработка Анализ ид Ш • Реконструкция взвешенной панорамы Реконстоукиия взвешенной толстой панорам ы ■ ,

Реконструкция интерполированной панорамь >1

Реконструкция сечеюя~- ■ 3D Реконструкция по сеченияи Алгебраическая реконструкция ■ rcKOrlL 1 руКЦНИ 1 lanCvorib) о гиппЧВСЛггл J Iy4aj Веерная реконструкция v Выборка "лопастей" Реконструкция иетодои обращения Фурье Шфр

7. , 3D Реконструкция методом обращения Фурье . Реконструкция панорамы методом обращения Фурье

Рис. 4.5. Опции меню «Реконструкция»

Обработка Анализ Алгебра ТВЭЛ hefc Сканирование

Цилиндрическое сечение объёма Вьр-мтание средней проекции Вьтотание тренда

Фильтрация

Инвертирование отн. МАХ Яркостмое масштабирование Деление яркости на максимум Логарифмирование Поляризация/деполяризация Преобразование матрицы RealComplex Изменение разиерое изобажения Сжатие

Клотрование "размножение" изображения

Фильтр

1 - Сглаживаюцда

2 - Вычитание трзнда З-Хорна

4 - Шепла-Погана

5 -Рамачандрана

6 - Cos+Sin

7 - Sine 2D 8- Sine ID U-5irKl+Sinc2

Рис. 4.6. Процедуры обработки и фильтрации

Еще одной особенностью комплекса является унификация интерфейса.

Все интерфейсные функции возложены на библиотеку Views.dll, подключаемую к каркасу (ядру) приложения. На этапе подключения к ядру какого-либо модуля библиотека Views.dll получает от него список параметров и их названий. При необходимости параметры могут быть предоставлены оператору для контроля и редактирования в типовом окне. Результаты редактирования возвращаются в модуль, представивший параметр.

Исследовательский комплекс программ «Tomofull» позволил оценить влияние характеристик излучения на качество проекций, исследовать на моделях объект контроля и канал регистрации проекционных данных, выбрать оптимальные параметры детектора и режим регистрации. Значительная часть представленных в работе результатов моделирования была получена с помощью созданного комплекса программ. Возможности комплекса позволяют применять его для решения других задач в области томографии, поэтому он может иметь самостоятельное значение. В частности, при заводском контроле, после того, как ТВЭЛ оказывается забракованным, начинается анализ причин брака. В ходе анализа востребованы различные алгоритмы реконструкции и обработки, предоставляемые комплексом программ.

4.6 Результаты экспериментов

При экспериментальной проверке созданных моделей и результатов их исследования использовались изготовленные из циркония фантомы, имитаторы ТВЭЛов, или стандартные образцы, как аттестованные, так и неаттестованные. При обосновании необходимости применения более высоковольтного рентгеновского аппарата в дополнение к теоретическим исследованиям была сделана экспериментальная проверка оптимальной энергии излучения. Полученная зависимость отношения сигнал/шум от напряжения на рентгеновской трубке

Уровень сигнала измерялся в двух точках проекции ТВЭЛ - под осью, где толщина циркония равна 4,5 мм, и по касательной к внутреннему отверстию заглушки, там, где толщина 120 160 200 U, кВ циркония максимальна и составляет 7,9

Рис. 4.7. Зависимость отношения мм. Как видно из графика, при повы-сигнал/шум от напряжения шении напряжения выше 220 кВ, отношение сигнал/шум не увеличивается. Это связано со снижением эффективности сцинтиллятора на высоких энергиях (толщина сцинтиллятора определялась требуемым разрешением).

Более точная оценка оптимальной энергии сделана для случая, когда в качестве критерия оптимальности режима служила яркость дефектов, имеющих размер близкий к границе, разделяющей годные изделия и брак.

На графике (рисунок 4.8) представлена зависимость относительной яркости дефектов разного размера на реконструированном изображении от величины напряжения. представлена на рисунке 4.7.

-•—4,5 мм -о—7,9 мм

Как видно из рисунка, повышение относительной яркости дефектов наблюдается при изменении напряжения от 120 до 190 кВ. Выше 200 кВ наблюдается резкий спад относительной яркости. Изображения были получены при контроле реальных имитаторов ТВЭЛ с известными размерами пор. На многослойном панорамном изображении относительная яркость {S/N = BZ /<тш) определялась с помощью разработанного алгоритма измерений [137,138]. Таким образом, оптимальное напряжение рентгеновского аппарата с точки зрения разбраковки изделий оказывается немного ниже теоретического и составляет 190-195 кВ.

На рис. 4.9 представлены экспериментально полученные зависимости отношения сигнал/шум от размера фильтра L (L = 1/ /тах) для дефектов разного размера. Наилучшие результаты по точности измерения дефектов размером -200 мкм получены при размере фильтра, равном 340 мкм, при этом фильтрация не ухудшала отношения сигнал шум для более мелких дефектов (до 120-150 мкм).

Результаты томографического контроля ТВЭЛов сравнивались с результатами рентгенографии, металлографии и ультразвукового контроля.

На рисунке 4.10 представлен набор сечений реального изделия, забракованного при заводском контроле. В таблице 4.1 приведены сравнительные результаты заводского и томографического контроля.

Рис. 4.8. Зависимость яркости дефектов от напряжения на трубке

0 200 400 600 L, мкм

Рис. 4,9 Сигнал/шум от размера фильтра

Рис. 4.10. Последовательные сечения образца 416323

Заключение

1. Разработаны математические модели объекта контроля и процессов в рентгеновском томографе, позволяющие моделировать проекции при различных характеристиках источника излучения и произвольном взаимном расположением источника, детектора и объекта контроля.

2. Получено аналитическое выражение для оценки чувствительности рентгеновского томографа, которое позволило оптимизировать разрешение и точность измерений при ограничении энергии излучения и времени контроля.

3. Разработаны новые быстродействующие приближенные алгоритмы панорамной реконструкции, оптимальные для контроля приповерхностной зоны цилиндрических объектов, содержащих мелкие дефекты с высокой контрастностью.

4. Предложена, программно реализована и сертифицирована методика автоматического поиска и измерения всех значимых дефектов по одному синтезированному панорамному изображению. Методика обеспечена средствами поверки и гарантирует измерения пор в диапазоне от 150 мкм до 350 мкм с погрешностью не более 15%.

5. Показаны и экспериментально подтверждены преимущества панорамной томографии для высокопроизводительного автоматического контроля сварных соединений трубчатых и осесимметричных промышленных изделий.

6. Экспериментально определена функция рассеяния томографа и уточнены параметры оптимального фильтра, что позволило в 1,5 раза повысить отношение сигнал-шум, уменьшить объем надежно обнаруживаемых мелких дефектов и повысить точность определения их размеров.

7. По результатам моделирования определены технические и программно-алгоритмические решения, позволившие создать высокопроизводительный автоматический томограф для контроля ТВЭЛов. Томограф прошел государственные испытания и внесен в реестр средств измерений РФ.

125

1. Наттерер Ф. Математические аспекты компьютерной томографии. — М.: Мир, 1990. -288 с.

2. Хермен Г. Восстановление изображений по проекциям. Основы реконструктивной томографии. Пер. с англ. М.: Мир, 1983. — 352 с.

3. Троицкий И. Н. Статистическая теория томографии. — М.: Радио и связь, 1989.-239 с.

4. Как А.С., Slaney М. Principles of computerized tomographic imaging. N. Y.: IEEE Press, 1988. -329 p.

5. Левин Г.Г., Вишняков Т.Н. Оптическая томография. М.: Радио и Связь, 1989.-224 с.

6. Реконструктивная вычислительная томография: Тематический вып. // ТИИЭР.-М: Мир, 1983.-Т. 71, №3.-176 с.

7. Рентгенотехника. Справочник под редакцией Клюева В.В.: В 2 кн. -М.: Машиностроение, 1992.

8. Скаддер Г.Дж. Введение в машинную томографию. Пер. с англ. // ТИИЭР, 1978, Т. 66, № 6. - С. 5 - 16.

9. Габуния Р.И., Колесникова Е.К. Основы компьютерной томографии. -М.: Медицина, 1985.

10. Хофер М. Компьютерная томография. Базовое руководство. М.: Медицинская литература, 2006. -208 с.

11. Терновой К.С., Синьков М.В., Закидальский А.И. и др. Введение в современную томографию (Методы, средства, клинические исследования). Киев: Наукова Думка, 1983. -232 с.

12. Календ ер В. Компьютерная томография: Основы, техника, качество изображений и области клинического использования. М.: Техносфера, 2006. -344 с.

13. Терещенко С.А. Методы вычислительной томографии / Терещенко С.А., Издание осуществлено при поддержке РФФИ по проекту 04-01-14026д.- М.: Физматлит, 2004. -320 с.

14. Тихонов A.II, Арсенин В .Я., Тимонов А. А. Математические задачи компьютерной томографии. -М.: Наука, 1987.

15. Radon J. Uber die Bestimmung von Funktionen durch ihre Integralwerte langs gewisser Mannigfaltigkeiten // Berichte Sachsische Akademie der Wissenschaften. Leipzig: Math.-Phis. Kl., 1917. -V. 69. - p. 262-277.

16. Хелгасон С. Преобразование Радона. Пер. с англ. М.: Мир, 1983.152 с.

17. Cormak A.M. Representation of a function by its line integrals, with some radiological applications // J. Appl. Phis. 1963. - V. 34, № 9. - p. 2722-2727.

18. Хорн Б. Восстановление внутренней структуры объектов с помощью различных схем многолучевого просвечивания // ТИИЭР. 1978. - Т. 66, №5.- С. 27-40.

19. Реконструкция изображений. Пер с англ. / Под ред. Г. Старка. М.: Мир, 1992.-636 с.

20. Мерсеро P.M., Оппенхем А.В. Цифровое восстановление многомерных сигналов по их проекциям. // ТИИЭР. 1974. - Т. 67, №10. - С. 29-51.

21. Блохин М.А. Физика рентгеновских лучей. -М.: ГИТТЛ, 1957.518с.

22. Павлинский Г.В. Основы физики рентгеновского излучения. Учеб. пособие. Иркутск, 1999. - 165 с.

23. Блинов Н.Н. Методы компьютерной томографии в медицине // Здравоохранение и медицинская техника. 2005. - №3 (17). — С. 10-11.

24. Fujii М. Application of computer tomography for industrial use // Journal of the Institute of Television Engineers of Japan. 1987. - October. - p. 915-919.

25. Cesareo R. Using a computed tomography scanner for nonmedical applications // Nuclear Instruments & Methods in Physics Research. 1987. - February.

26. Davis J.R., Morgan M.J., Wells P., Shadbolt P., Suendermann B. X-ray computed tomography. I. A non-medical perspective // Australian Physicist. 1986. - November. - P. 245-247.

27. Вайнберг Э.И., Клюев B.B., Курозаев В.П. Промышленная рентгеновская вычислительная томография // Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: Справочник. М.: Машиностроение, 1986. - Кн. 1.-С. 399-472.

28. Клюев В.В., Вайнберг Э.И., Казак И.А. и др. Вычислительная томография новый радиационный метод неразрушающего контроля // Дефектоскопия. - 1980. - № 3. - С. 42-60.

29. Мэнсфилд П. Быстрая магнитно-резонансная томография. Пер. с англ. // Успехи физических наук. 2005. - Т. 175, № 10. - С. 1044-1052.

30. Хорнак Дж. П. Основы МРТ. Пер. с англ. (1996—1999)

31. Люткевич А. М., Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г. Промышленная ультразвуковая томография на базе фазированных антенных решеток // Тез. докладов научно-технической конференции "Томография". -М.: 2005.

32. Труфанов Г.Е. Совмещенная позитронно-эмиссионная и компьютерная томография (ПЭТ-КТ) в онкологии: От морфологии к функции: Монография. СПб: Изд-во: ЭЛБИ-СПб, 2005. -124 с.

33. Пикалов В.В. Мельникова Т.С. Томография плазмы // Низкотемпературная плазма т. 13. Новосибирск: Наука, 1995. -229 с.

34. В.А. Горшков. Реконструктивная томография на обратнорассеянном излучении. -М.: МАДИ, 1996. -73 с.

35. Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн.4. Контроль излучениями: Практ. пособие / Епифанцев Б.Н., Гусев Е.А., Матвеев В.И., Соснин Ф.Р.; Под ред. Сухорукова В.В. -М.: Высш. шк., 1992. -321 с.

36. И.С. Грузман, B.C. Киричук и др. Цифровая обработка изображений в информационных системах: Учеб. пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002.-352 с.

37. Вайнберг Э.И., Файнгойз М.Л., Казак И.А., Цыганов С.Г. Опыт разработки и применения рентгеновских вычислительных томографов для дефектоскопии // Приборы и системы управления. 1987. - № 9. - С. 20-22.

38. Клюев В.В., Вайнберг Э.И., Ведьмин В.Е., Казак И.А. Плоткина Г.З., Цыганов С.Г. . Новое поколение рентгеновских вычислительных томографов для промышленной диагностики // Дефектоскопия. 1987. -№ 1. - С. 81-86.

39. Вайнберг Э.И., Вайнберг И.А. Опыт применения и актуальные проблемы промышленной компьютерной томографии // Тез. докладов научно-технической конференции "Томография". М.: 2005.

40. Charles D. Tomograph for industrial radiography // Journal of Scientific Instruments. 1960. - № 37, Issue 8 (August). - p. 257-258.

41. Gregory P.J., Hutchison D.J., Read D.B., Jenneson P.M., Gilboy W.B., Morton E.J. Non-invasive imaging of roots with high resolution X-ray micro-tomography // Plant and Soil. 2003. - V. 255, № 1, (August) - p. 351-359.

42. Brunetti A., Cesareo R., Golosio В., Luciano P., Ruggero A. Cork quality estimation by using Compton tomography // Nuclear Instruments and Methods in

43. Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2002. -V. 196, № 1-2, (November).-p. 161-168.

44. Masad E. X-ray computed tomography of aggregates and asphalt mixes // Materials Evaluation, 2004. V. 62, № 7, (July), - p. 775-783.

45. Davis J., Wells P. Computed tomography measurements on wood // Industrial Metrology. 1992. -V. 2, № 3.4, (May), - p. 195-218.

46. Васильева Э.Ю., Косарев Л.И., Кузелёв Н.Р. Радиационная компьютерная томография в атомной энергетике / Под ред. А.С. Штань. -М.: Энерго-атомиздат, 1998. 128 с.56. www.vniitfa.ru/

47. Жуков Ю.А., Карлов Ю.К., Косых В.П., Обидин Ю.В., Поташников А.К., Чащин С.Б. Компьютерная томография в задачах контроля сварных соединений ТВЭЛ // Автометрия. 1997. - № 4. - С. 43-50.

48. Клюев В.В., Филинов В.Н. Промышленная рентгеновская вычислительная томография. Современное состояние и проблемы развития // Приборы и системы управления. 1987, - № 2. - С. 15-23.

49. Вайнберг Э.И., Клюев В.В. Современное состояние и проблемы развития промышленной рентгеновской вычислительной томографии // V Всесоюзный симпозиум по вычислительной томографии: Тез. докладов. М.: НПО ВНИИФТРИ, 1991.-283 с.

50. Рентгенотехника. Справочник под редакцией Клюева В.В.: В 2 кн. -М.: Машиностроение, 1980.

51. Chu et al. An area X-ray detector system based on a commercially available CCD unit // Review of Scientific Instruments. 1990, - V. 61, №2. - p. 712. См. также Приборы для научных исследований, 1990. - № 2.

52. Jing Т., Goodman С.А., Drewery J. etc. Amorphous silicon pixel layers with Cesium Iodide converters for medical radiography // IEEE Trans. Nucl. Sci., -1994. V. 41, №.4, - p. 903-909.

53. Takahashi T. et al. Design of integrated radiation detectors with a-Si pho-todiodes on ceramic scintillators for use in X-ray computed tomography // IEEE Transactions on Nuclear Science, 1990. - V. 37, №.3. - p. 1478.

54. Rao D.V., Cesareo R., Brunetti A. Computed tomography with image in-tensifier: imaging and characterization of materials // Nuclear Instruments And Methods In Physics Research Section A, 1999.-V. 437 (1) 1999.-p. 141-151.

55. Пикалов B.B. Преображенский Н.Г. Реконструктивная томография в газодинамике и физике плазмы. Новосибирск: Наука, 1987. 232 с.

56. Касьянова С.Н., Трофимов О.Е. Формулы обращения для томографической реконструкции при использовании плоского детектора // Автометрия. 2000. - №3. - С. 32-44.

57. Пикалов В.В. Пакет прикладных программ, ориентированный на задачи вычислительной томографии // Вопросы реконструктивной томографии. 1985.-с. 132-135.

58. Вайнберг Э.И. Опыт применения рентгеновской компьютерной томографии в двигателестроении // Двигатель. 2005. - №3 (39).

59. Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Филинов В.Н. и др. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник. Под ред. Клюева В.В. М.: Машиностроение, 1995:-448 с.

60. Штань А.С. Автоматизированный контроль качества ТВЭЛов для АЭС // Приборы и системы управления. 1995. - № 11. - С. 12-13.

61. I Всесоюзный симпозиум по вычислительной томографии, Новосибирск, 19-23 декабря 1983 года. Тезисы докладов. Новосибирск, 1983. - 55 с.

62. II Всесоюзный симпозиум по вычислительной томографии, Куйбышев, 4-7 июля 1985. Тезисы докладов. Куйбышев, 1985. - 180 с.

63. III Всесоюзный симпозиум по вычислительной томографии, Киев, май, 1987. Тезисы докладов. Киев, 1987. - 204 с.

64. IV Всесоюзный симпозиум по вычислительной томографии, Ташкент, 10-12 окт. 1989 г. Тезисы докладов. Ч. 1. Новосибирск: ИМ, 1989. -253с.

65. V Всесоюзный симпозиум по вычислительной томографии Звенигород Московской области, 4-6 ноября 1991 г. Тезисы докладов. М.: НПО ВНИИФТРИ, 1991.-283 с.

66. International symposium on computerized tomography, Novosibirsk, Russia, august 10-14, 1993.

67. Научно-техническая конференция компьютерная томография. Снежинок, 30 марта 3 апреля 1998г. — Снежинск, 1998.

68. Левин Г.Г. Компьютерная томография / Учеб. пособие для студентов высших учебных заведений, (http://www.tomoscan.ru/).

69. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Пер. с англ. М.: Наука, 1984. - 831 с.

70. Shepp L.A., LoganB.F. The Fourier reconstruction of head section // IEEE Trans. Nuc. Sci. 1974. -V. 21. - p. 21-43.

71. Лаврентьев M.M., Зеркаль C.M., Трофимов O.E. Численное моделирование в томографии и условно-корректные задачи. Новосибирск: изд-во ИДМИНГУ, 1999.- 171 с.

72. Пикалов В.В., Непомнящий А. В. Итерационный алгоритм с вэйвлет-фильтрацией в задаче двумерной томографии / Вычислительные методы и программирование. 2003. - Т. 4.

73. Громов Ю.В., Горбатов Ю.В. Информационная способность теневого радиационного изображения при просвечивании стали толщиной до 300 мм // Дефектоскопия. 1989. - №9. - С. 23-28.

74. Завьялкин Ф.М., Осипов С.П. Оценка погрешности, обусловленной рассеянием и немонохроматичностью, в рентгеновской вычислительной томографии // Дефектоскопия. 1989. - № 11. - С. 8-12.

75. Васильев М.Б. Дозовые факторы накопления для точечного изотропного источника барьерной геометрии. // Дефектоскопия. 1989. - № 8. - С. 87-89.

76. Гусев Е.А., Новицкий Ф.Н., Потапов В.Н. Параметры рентгеновского изображения объектов с барьерной геометрией // Дефектоскопия. 1989. -№11.-С. 3-8.

77. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. — М.: Мир, 1967.-Т. 1.-468 с.

78. Прохоров Ю.В., Розанов Ю.А. Теория вероятностей. Основные понятия. Предельные теоремы. Случайные процессы. -М.: Статистика, 1973. -496 с.

79. Венецкий И.Г., Кильдишев Г.С. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. пособие. М.: Статистика, 1975. — 264 с.

80. Неразрушающий контроль. В 5 Кн. Кн.5 Интроскопия и автоматизация неразрушающего контроля: Практ. пособие / Сухоруков В.В., Вайнберг Э.И., Кажис Р.-Й.Ю., Абакумов А.А.; Под ред. Сухорукова В.В. М.: Высш. шк, 1993.-329 с.

81. Вайнберг Э.И., Казак И.А., Файнгойз M.JI. Рентгеновская вычислительная томография по методу обратного проецирования с фильтрацией двойным дифференцированием // Дефектоскопия. 1985. - № 2.

82. Прэтт У.К. Цифровая обработка изображений. Пер. с англ. / Под ред. Лебедева Д.С. М.: Мир, 1982. - 790 с.

83. Ярославский Л.П. Введение в цифровую обработку изображений. -М.: Сов. Радио, 1979.

84. Очин Е.Ф. Вычислительные системы обработки изображений. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1989. - 136 с.

85. Feldkamp L.A., Davis L.C., Kress J.W. Practical cone-beem algorithm // J. Opt. Soc. Am. (A.). 1984. - V. 1, №6. - p. 612-619.

86. Clack R., Defrise M Cone-beem reconstruction by use of Radon transform intermediate functions // J. Opt. Soc. Am. (A.). 1984. -V. 1, №6. - p. 580-585.

87. Minerbo G. MENT: A maximum entropy algorithm for reconstructing a source from projection data // Computer graphic and image processing. 1979. -№10.-p. 48-68.

88. Muller M., Arce G.R. Generalized fan beem reconstruction algorithm and its applications // J. Opt. Soc. Am. (A.). 1994. - V. 11, - №9. - p. 2410-2428.

89. Gullberg G. The reconstruction of fan-beam data by filtering the back projection // Computer graphic and image processing. 1979. - №10. - p. 30-47.

90. Smith B.D. Image reconstruction from cone-beam projections: necessary and sufficient conditions and reconstruction methods // IEEE Trans. On Med. Imag. 1985. - p. 14-25.

91. Ramachandran G., Leith D., Todd L. Extraction of spartial aerosol distributions from multispectral light extinction measurements with computed tomography // J. Opt. Soc. Am. (A.). 1994. - V. 11, №1. - p. 144-154.

92. Сухов Е.Г. Технология сечений в параллельной компьютерной томографии // Автоматика и Телемеханика. 1994. - №3. - С. 163-167.

93. СБИС для распознавания образов и обработки изображений.: Пер. с англ./Под ред. К. Фу. М.: Мир, 1988. - 248 с.

94. Ulrici; Johannes, Schulze-Ganzlin; Ulrich. Method for the creation of panoramic tomographic images USPatent20070280411, April 5, 2007.

95. Борисенков С.С., Козлов С.И., Кузнецов Н.С., Поташников А.К., Пухаев В.И. Вычислительный томограф. Патент РФ № 2071725, 1997.

96. Kosykh V.P. On a simple method of a priori data incorporation in tomographic reconstruction // Pattern recognition and image analysis. 1998. - V. 8, № 3. - p. 424-425.

97. Зеркаль C.M. Решение на ЭВМ одного класса задач дефектоскопии // Докл. АН СССР. 1990. - Т. 314, №1. - С. 180-182.

98. Зеркаль С.М. Локальная томографическая реконструкция огибающей тонкого дефекта с использованием эталонного образца // Сибирский журнал индустриальной математики, январь-июнь 2000. Т. 3, №1(5). - С. 110115.

99. Курозаев В.П., Власов В.И. О восстановлении изображений в вычислительной томографии по неполному набору проекций // I Всесоюзный симпозиум по вычислительной томографии Новосибирск, 19-23 декабря 1983 года. Тез. докладов. Новосибирск, 1983. - 55 с.

100. Карпенко В.В. Применение для неразрушающего контроля методов вычислительной томографии в условиях недостаточности данных // Дефектоскопия. 1985. - С. 24-28.

101. Филонин О. В., Явцев В. Ф. Методы малоракурсной вычислительной томографии в диагностике сварных соединений. // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 1989. - №2. - с. 34-42.

102. Филонин О. В. Малоракурсная оптическая 3D томография для исследования процессов воспламенения и горения // Прикладная физика. М.: 2007. -№3.- С. 90-102.

103. Bracewell R.N., Wernecke S.J. Image reconstruction over a finite field of view // J. Opt. Soc. Am. (A.). 1975. - V. 65, №11. - p. 1342-1346.

104. Davis, J.R., Morgan, M.J., Wells P., Shadbolt P., Suendermann B. X-ray computed tomography. II. Implementation and examples // Australian Physicist. -1986. December, - p. 273-276.

105. Симонов E.H. Рентгеновская компьютерная томография. — Сне-жинск: Издательство РФЯЦ ВНИИТФ, 2003. - 364 с.

106. Kosykh V.P., Obidin Yu.V., Potashnikov А.К. Panoramic tomography under the inspection of cylindrical article welding joints // Proc. of 6-th ISMQC

107. EKO Symposium "Metrology for Quality Control in Production". Vienna, Austria. Sept.8-10, 1998.-p. 365-372.

108. Воробьев В.В., Карлов Ю.К., Обидин Ю.В., Поташников А.К., Сысоев Е.В., Чапаев И.Г. Рентгеновская томографическая станция контроля сварных соединений ТВЭЛов // Датчики и системы. 1999. - № 2. - С. 6-9.

109. Аниконов Д.С., Ковтанюк A.E., Кольев H.B.2, и др. База данных радиационных характеристик веществ, представляющих интерес в рентгенодиагностике. sxray.iam.dvo.ru

110. Гущин В.А., Коган М.Р., Шухурт Г.А. Экспериментальное, определение интегрального эффективного коэффициента поглощения рентгеновского излучения при рентгенометрическом контроле градиента плотности // Дефектоскопия. 1988. - № 1 - С. 67-70.

111. Вайнберг Э.И., Казак И.А., Курозаев В.П. Точность воспроизведения пространственной структуры контролируемого объекта в рентгеновской вычислительной томографии // Дефектоскопия. 1980. - № 10. - С. 5-8.

112. Вайнберг Э.И., Гончаров В.И., Казак И.А., Курозаев В.П. Чувствительность рентгеновской вычислительной томографии при контроле промышленных изделий с локальными дефектами // Дефектоскопия. 1980. - № 10. — С. 14-20.

113. Кузелев Н.Р., Тутубалин В.Н., Салакатова JI.C. Точностные характеристики радиационной компьютерной томографии при контроле стержневых твэлов // Дефектоскопия. 1986. - №7. - С. 50-57.

114. Зорьян Л.Б. Оценка детальной чувствительности и выбор режима контроля радиационного дефектоскопа // Дефектоскопия. 1987. - с. 3-8.

115. Завьялкин Ф.М., Удод В.А. Оценка разрешающей способности радиометрических систем // Дефектоскопия. 1987. - №9. - С. 36-39.

116. Соснин Ф.Р. Оценка параметров радиационных изображений дефектов // Дефектоскопия. 1988. - № 4. - С. 40-44.

117. Шпагин А.П. Расчет углового распределения светового излучения монокристаллического экрана и его яркости // Дефектоскопия. 1980. - С. 5155.

118. Панов В.А., Андреев Л.Н. Оптика микроскопов. Расчет и проектирование. Л.: Машиностроение. - 1976. - 432 с.

119. Kosykh V.P., Obidin Yu.V., Potashnikov A.K. Comparative analysis of reconstruction algorithm for the fuel element tomographic control station // Pattern Recognition and Image Processing. 1999. -V. 9, № 1. - p. 145-147.

120. Обидин Ю.В., Поташников А.К., Тяжев И.В. Определение размеров дефектов сварного шва по томограммам // Автометрия. 2001. - № 5. - С. 3743.

121. Ю.А. Жуков, Ю.К. Карлов, Ю.В. Обидин, К.В. Петухов, А.К. Поташников, В.Ю. Сартаков, С.Б. Чащин. Компьютерная панорамная томография промышленного применения // Дефектоскопия. 2008. - №9. - С. 27-37.

122. Мюррей Д.Д., Райпер У.В. Энциклопедия форматов графических файлов. Киев: BHV, 1997. 672 с.

123. Брейсуэлл Р. Преобразование Хартли. Пер. с англ. М.: Мир, 1990.

124. Буч Г. Объектно-ориентированное программирование. Киев: Диалектика, 1992.

125. Мюррей У., Паппас К. Visual С++. Руководство для профессионалов. СПб: BHV, 1996.

126. Голубев И.В., Сысоев Е.В., Чугуй Ю.В. Измерение поверхностных дефектов на основе низкокогерентной интерферометрии // Датчики и системы. 1999.-№6.-С. 25-29.