автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.10, диссертация на тему:Разработка радиационного метода и создание аппаратуры толщинометрии изделий с динамически меняющейся геометрией и переменным химическим составом

На правах рукописи

--

Артемьев Борис Викторович

РАЗРАБОТКА РАДИАЦИОННОГО МЕТОДА И СОЗДАНИЕ АППАРАТУРЫ ТОЛЩИНОМЕТРИИ ИЗДЕЛИЙ С ДИНАМИЧЕСКИ МЕНЯЮЩЕЙСЯ ГЕОМЕТРИЕЙ И ПЕРЕМЕННЫМ ХИМИЧЕСКИМ

СОСТАВОМ.

Специальность: 05.11.10 Приборы и методы контроля для измерения ионизирующих излучений и рентгеновские приборы.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2003

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте Интроскопии МНПО «Спектр»

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор Соснин Ф.Р.

доктор технических наук профессор Золотых Б.Н.

доктор технических наук профессор Коннов В.В.

Ведущая организация: ОАО «Черметавтоматика»

Защита диссертации состоится « 28 » мая 2003 г., в 10.00 часов на заседании диссертационного Совета Д.520.010.01 в Научно-исследовательском институте Интроскопии МНПО «Спектр» по адресу: 119048, г. Москва, ул. Усачева, 35.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке «ЗАО НИИИН МНПО «СПЕКТР»

Автореферат разослан ^ Н 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного

Совета, к.т.н. >/, / Туробов Б.В.

^С&Ь -Ч

Ъ^ЛЮ з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В работе систематизированы результаты теоретических исследований в области радиационного метода толщинометрии и практических разработок универсальных рентгеновских контрольно-измерительных комплексов (КИК), проведенных автором в период с 1987 г. по настоящее время, а также сделаны научно-практические выводы в области радиационной толщинометрии объектов с динамически меняющейся геометрией и переменным химическим составом

Актуальность работы В практике неразрушающего контроля (НК) промышленной продукции одно из ведущих мест занимает радиационный метод Среди многообразия средств и методов радиационного НК особое место занимают рентгеновские толщиномеры (РТ), нашедшие применение для решения задач НК прокатной продукции переменной толщины непосредственно на заводах металлургической промышленности Анализ состояния рентгеновской толщинометрии показывает, что с 1990 г на отечественный рынок поступает ограниченное число приборов простых и надежных в эксплуатации, хотя спрос на них в последние годы заметно повышается В тоже время отсутствие обобщенных данных в литературе об особенностях взаимодействия рентгеновского излучения с объектом контроля с меняющейся геометрией и переменным химическим составом приводит к необходимости поиска новых способов и технических решений, реализующих задачу измерения толщины проката сложного профиля Для этого необходимо найти оптимальное аналитическое решение по разработке математической модели, обеспечивающей создание нового типа рентгеновского толщиномера, способного измерять толщины проката сложной геометрии в различных профилях, в условиях переменного химического состава, для максимально возможного динамического диапазона толщин.

В последнее десятилетие потребители ставят перед разработчиками средств рентгеновской толщинометрии задачу создания новых, универсальных, простых и безвредных в эксплуатации средств рентгеновского НК, эффективно объединяющих достоинства радиометрического метода по чувствительности контроля и

радиоскопического метода по удобству представления информации о, ...

I РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

|С.11егсрбург РК

толщине контролируемого объекта Реализация поставленной потребителями задачи, неразрывно связана с поиском не применявшихся ранее в радиационном методе НК методов формирования и преобразования рентгеновского изображения контролируемого объекта, а также совершенствовании известных методов и средств получения и обработки информации Поэтому на лицо необходимость разработки теории оптимизации параметров рентгеновских толщиномеров и построение на ее базе математической модели позволяющей производить инженерные разработки высоко производительных средств контроля толщины материалов с наперед заданными характеристиками Необходимо создать методику расчета отдельных узлов и их параметров, обеспечивающих требуемые метрологические характеристики Данные работы следует проводить вырабатывая методы повышения информативной способности преобразователей зондирующего объект ионизирующего излучения и оценки предельных возможностей применения рентгеновской толщинометрии Решение вышеуказанных научных задач позволит создать научную и методическую базы для выпуска КИК, обеспечить промышленность КИК рентгеновской толщинометрии, обладающими повышенными показателями по чувствительности, быстродействию, производительности и надежности, а также обучение и сертификацию специалистов НК

Цель работы. Цель настоящей работы - развитие теории радиационного метода измерения толщины изделий сложного профиля с переменной толщиной стенки, изменяющейся геометрией и переменным химическим составом, разработка методики оптимизации параметров рентгеновских толщиномеров, исследование их характеристик, разработка, создание и внедрение КИК для радиационного НК толщины изделий в промышленность.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи- развить теорию формирования радиационных изображений изделий переменной толщины ионизирующим излучением со сплошным спектром, учитывая вклад рассеянного излучения и изменения химического состава контролируемого материала,

создать математическую модель позволяющую исследовать особенности преобразования радиационного изображения существенно

неоднородных по толщине объектов и выявление основных закономерностей повышения точности измерения толщины, в том числе за счет спектрального согласования всех элементов цепочки «источник -объект контроля - детектор»,

- разработать технические решения в части создания универсального высокопроизводительного КИК радиационного измерителя толщины,

- разработать общие принципы построения структурных схем узлов и блоков радиационных толщиномеров для контроля изделий переменной толщины и изменяющего химического состава, путем исследования функциональных связей сигналов РТ с параметрами существенно неоднородных поглотителей ионизирующего излучения,

- создать универсальные КИК и внедрить их в промышленность

Методы исследования Теоретические исследования базировались на основе теории прохождения ионизирующих излучений сквозь вещество с использованием метода Монте-Карло и математической статистики При экспериментальных исследованиях использовались теория ошибок и методы экстремальной селекции информационных сигналов Научная новизна

1 На основании новых запатентованных способов измерения толщины при помощи рентгеновского излучения (пат 2179706, 2159408, ), новых устройств для измерения толщины (пат 2189008, 2172930), высоко стабильных детекторов рентгеновского излучения с расширенным динамическим диапазоном (пат 2194332, 2194333) и источников рентгеновского излучения повышенной стабильности (пат 2190282, 2167468) была разработана методология разработки высокоэффективных рентгеновских толщиномеров (РТ), на основе которой получила дальнейшее развитие теория рентгеновской толщинометрии (кн Рентгеновская толщинометрия металлов)

2 На предложенной автором теории, создана математическая модель системы «источник - объект контроля - детектор» на базе которой разработана методика для расчета РТ под конкретные технические требования и задачи контроля

3 Определены аналитические зависимости для расчета параметров узлов и блоков РТ, необходимых для получения оптимального

отношения сигнал/шум, позволившие разработать единые критерии оценки точности измерений толщины

4 По результатам моделирования был создан лабораторный макет контрольно измерительного комплекса РТ, посредством которого определены новые закономерности изменения сигналов и предложены новые способы измерения толщины (з 2002127427, 2002127428, 20021124755, 2002111275, 2002106446, 2002131953, 2002130541,пат 2184934).

5 Проведен экспериментальный анализ созданной системы и разработан новый способ метрологического обеспечения рентгеновского аппарата (з. 2002101874).

Практическая ценность и научная значимость В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований, разработана методика расчета параметров и характеристик блоков и узлов, режимов их работы, разрабатываемых рентгеновских КИК На основе патентов и оригинальных разработок создан и внедрен в промышленность ряд РТ, в который вошли РИТ-10 1, РИТ-10 2, РИТ-10 3 и РИТ-10 4, и РИТ-10 5 обеспечивающие достоверный и стабильный контроль цветного и черного металлического проката переменной толщины сложного профиля любого химического состава Использование данных толщиномеров на заводах в основном технологическом цикле привело к повышению качества выпускаемого проката и повышению до 99% выхода годной продукции Все системы рентгеновских КИК в максимальной степени унифицированы под промышленное производство Использование разработанных КИК позволило получить объективную информацию о толщине и динамике ее изменения важных изделий трудоемкого и дорогого производства

Личный вклад автора заключается в обобщении научно-прикладных работ по рентгеновской толщинометрии и разработке теории радиационного метода измерения толщины металлов, создании научно-обоснованной методики расчета и реализации базирующихся на ее основе технических разработок КИК рентгеновской толщинометрии для контроля прокатных изделий переменного химического состава в динамике

Внедрение результатов работы. Научно-практические результаты работы нашли применение на Челябинском трубопрокатном комбинате,

Кировском заводе по обработке цветных металлов, Магнитогорском металлургическом комбинате

Апробация работы Основные результаты настоящей работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях по НК' 3-й Международной научно-технической конференции «Диагностика трубопроводов», Москва 2001 г.; V международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» Сочи 2002г; 3-й Международной конференции «Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле и диагностике» Москва 2002 г, Всероссийской конференции с международным участием «Сварка на рубеже веков» Москва 2003 г, Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» Москва 2003 г; 8-мой «Международной конференции N01» Китай, Сачжоу 2003 г, и публиковались в научных журналах «Дефектоскопия» и «Контроль Диагностика»

Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 печатных работ, в том числе 22 патента РФ и положительных решения ФИПС на изобретения, две монографии Три работы сданы в печать На защиту выносятся следующие положения

1 Теоретическое исследование переноса ионизирующего излучения со сплошным спектром через объекты сложной геометрической формы с переменными' толщиной и химическим составом

2 Разработка методов преобразования реально неоднородного радиационного поля и способов коррекции результатов измерения с учетом изменяющегося химического состава объекта контроля

3 Новый способ измерения толщины с помощью рентгеновского излучения

4 Новые технические решения по построению узлов и блоков универсальных рентгеновских толщиномеров с повышенной чувствительностью и производительностью контроля

5 Практическое применение разработанной методики в плане создания и широкого внедрения в металлургическую промышленность КИК для рентгеновской толщинометрии металлов

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, заключения, списка литературы из 149 наименований, 51 график, 39 рисунков, 27 таблиц и приложения Объем работы составляет 177 страниц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и практическая значимость работы, формулируются положения, выносимые на защиту

В первой главе проведен анализ развития методов и средств радиационного НК Приведены сравнительные характеристики основных методов радиационного НК, рассмотрены преимущества и недостатки каждого из них Показано, что основными достоинствами метода рентгеновской толщинометрии являются высокие производительность и быстродействие в сравнение с другими радиационными методами, позволяющие проводить контроль 100% выпускаемой продукции, а так же относительно небольшая стоимость аппаратуры и технологии контроля

Наибольший вклад в развитие теории радиационного метода НК и средств рентгеновской толщинометрии внесли отечественные ученые В А Цукерман, И Н Сливков, В А Соколов, Ф Р Соснин, Е А Гусев, С В Румянцев и другие, а также зарубежные исследователи В Дайк, Ф Флинн, Г Томер Обзор методов и средств радиационной толщинометрии показал, что данный метод постоянно совершенствуется и развивается В рентгеновской толщинометрии широко используются достижения смежных отраслей науки, в частности, рентгеновской астрономии, аэрокосмической и рентгеновской медицинской техники В то же время показано, что большинству методов и средств радиационного НК присущи недостатки и ограничения, сужающие область их применения для диагностики изделий переменной толщины, сложной геометрической формы и переменного химического состава, как в статике, так и динамике Определена основная проблема повышения метрологических характеристик РТ, производительности контроля и безопасности дозы излучаемой рентгеновским излучателем для окружающей среды и обслуживающего персонала Проведен сравнительный анализ схем построения и параметров рентгеновских толщиномеров выпускаемых наиболее известными фирмами Показана необходимость применения радиационного метода как наиболее подходящего для контроля толщины изделий сложной геометрии горячего и холодного проката в связи, с чем формулируются цели диссертации и задачи, которые необходимо решить проката

Во второй главе решается обобщенная задача прохождения излучения через среды переменной толщины, при этом весь спектр существующих на настоящее время задач толщинометрии был приведен к наиболее актуальным ситуациям возникающим при использовании РТ в промышленности

контролируемый материал - медь (Си 99 99%) с диапазоном толщин от 20 мкм до 1500 мкм и от 100 мкм до 7500 мкм, Контролируемый материал - железо (Ре 99%) с диапазонами толщин 0 3 - 1 0 мм, 2 - 5 мм, 10 - 30 мм;

контролируемый материал - золото (Аи 100%) с диапазоном толщин 0,01 - 0,3 мкм на кремневой подложке

В данной главе, исходя из специфики НК объектов с переменной толщиной стенки и изменяющейся геометрией, на основании достижений теории переноса излучения через вещество, решается обобщенная задача прохождения излучения через среды переменной толщины При этом в качестве основного инструмента расчетов используется метод Монте-Карло Для анализа отношения сигнал/шум (ко), как основной точностной характеристики РТ использовались следующие обобщенные схемы, отражающие геометрические параметры экспериментов рис1 а , рис 1 б

Рис.1а Схема эксперимента «прямой пучок».

Рис. 16. Схема

X5

3 Свинцовым экоон

4 Подложка

5 Нолылеммоя пленка

1 Источник

2 Детектор

эксперимента «обратное рассеяние».

7

д.

4-

Рассмотрим статистическую погрешность в условиях геометрии узкого пучка Число фотонов, прошедших объект контроля (ОК) толщиной х (м) и попавших в детектор, будет определяться уравнением

где - массовый коэффициент ослабления излучения материалом (м2/кг)

Из N поступающих на детектор фотонов он фиксирует только МЭф= СЬМ эффективно воздействующих на него статистически независимых фотонов, определяющих уровни сигнала, и статистических флуктуации сигнала в приборе, Ыэф= = 00 N0 ехр[-ут рх]

где (Зо - обобщенный квантовый выход детектора, р - плотность (кг/м3) ОК Варьируя параметр рх, это уравнение можно представить в

дифференциальной форме ^эф = рт Д(рх) Это уравнение, показывает, что

N

относительное изменение числа эффективно воздействующих на детектор фотонов, обусловленное небольшим изменением произведения рх, пропорционально значению этого изменения Д(рх) с коэффициентом пропорциональности цт Следовательно, для повышения чувствительности нужно увеличивать значение Однако при этом, экспоненциально уменьшается число фотонов, проходящих через ОК, а это устанавливает предел для значений рт

На рис 2 представлены графики зависимости массовых коэффициентов ослабления рентгеновского излучения некоторых материалов как функции энергии фотонов По экспериментальным данным при регистрации фотонного излучения средняя статистическая погрешность

подсчета событий N равна М|/2и, следовательно,

N = Моехр[-рт рх]

(1)

Д/Уэ</< у[Ызф

= ^Д(рх)7= (2)

иэф ы*!*

Погрешность в оценке Д(рх), определяемую статистикой подсчета событий Мэф, можно выразить как функцию энергии фотонов из уравнений (1), (2)

Рис 2 Графики зависимости массовых коэффициентов ослабления рт рентгеновского излучения некоторых материалов от энергии Е фотонов (МэВ)

, 1 ехр[ ц™(Е)рх/2] Д(рх) =--пг \ /V 1

/|»(Е) ТО^НЕ) '

Здесь показана зависимость величин рт(Е), С!о(Е) и No(E) от энергии Е (кэВ) фотонов Оптимальная энергия фотонов при измерении рх, это энергия, при которой значение Д(рх) будет минимально, а это выполняется при условии

ГрхПф.--ёЕ--№Н() = 0 {4)

^ 2 \ь») й.Е 2СМЕ)Мо(Е)

где

— с!/с1Е- знак производной

Если бы значение произведения <ЭаМ0 было независимо от энергии, то сМЕ (0ам0)=0 и оптимальной энергией фотонов при контроле была бы такая энергия, при которой рт= 2/(рх) В действительности N0 очень сильно возрастает при увеличении энергии фотонов у таких источников, как рентгеновские аппараты В общем случае (За у большинства детекторов слабо уменьшается с увеличением энергии взаимодействующих с ними ионизирующих частиц Это является следствием того, что высокоэнергетические фотоны неэффективно взаимодействуют с чувствительными объемами детекторов Следовательно, при использовании радиационных измерительных приборов в практически важных случаях с)Л1Е

(ОаМо^О и необходима уточненная оценка оптимальной энергии, при которой статистическая ошибка погрешности измерения минимальна Вероятность обнаружения изменения толщины объекта контроля при одностороннем поле допуска, когда за изменение принимается либо утолщение, либо утончение, при условии Гауссовского распределения флуктуации определяется следующим образом

1 I

-= [ехр{--к])ёк„ -¡2п 2

/(*„) = !--^- (5)

В случае симметричного допуска когда за изменение толщины принимаются как утолщение, так и утончение вероятность обнаружения изменения падает

/'(*)= '}ех (6)

л/2 л _'„ 2

Суммарная относительную погрешность измерения с^ит можно представить в виде суммы вносящих наибольший вклад погрешностей

2 2 2 2 2 2 2 2 а5ит —( Опер + Фмакл не пин )+(С7флкв +СТцестаб пит )

где

Опер2 - перемещение контролируемого изделия относительно плоскости проката вверх - вниз по нормали, рис 1 а или перемещение передней кромки изделия относительно плоскости контроля рис 1 б

Онакл2 ~ наклон нормали плоскости контролируемого изделия относительно оси пучка излучения р (стнакл = (1-созр)/соБр), Оэт2- погрешности изготовления эталонных образцов, Стдреиф2 - температурный и временной дрейф параметров измерительной системы

Стив пи«2 - нелинейность аналоговых преобразователей Офлкв2 - флуктуации числа квантов пришедших в детектор в единицу времени и энергии отданной квантом рабочему объему детектора за

однократное взаимодействие

Сиеста« ш2 - не стабильность источников излучения

Случайная составляющая относительной погрешности имеет нормальное распределение, а систематические погрешности смещают положение центра в ту или иную сторону от истинного по этому для получения более точного приближения их влияние на точность измерения будет рассматриваться отдельно Среди систематических погрешностей наиболее трудно компенсируемой является погрешность эталонных образцов Некоторые погрешности связанные с преобразованием аналоговых сигналов в цифровые и обратно (а„в пим) легко учитываются и компенсируются изменением схем прибора Например для получения точности преобразования 0,01% при ОСШ равном трем - требуется преобразователь 15 двоичных разрядов и нелинейностью ниже ±0,5 единицы младшего разряд, если измерения проводятся в одной точке. Для перекрытия динамического диапазона изменения сигнала в 100 раз, достаточно увеличить число разрядов преобразователя. Важно понимать разницу мехеду динамическим диапазоном измеряемых толщин и динамическим диапазоном сигналов получаемых с первичного преобразователя (в данном случае детектора), так как изменяя напряжение источника и его спектр можно варьировать динамический диапазон измеряемых толщин при постоянстве параметров вторичного (преобразованного) сигнала и приводить его к виду удобному для преобразования

Наиболее просты в понимании и описании их влияния систематические погрешности стЛвР и а„акл При наклоне нормали плоскости проката от оси пучка зондирующего излучения, происходит изменение показаний толщиномера на величину пропорциональную косинусу угла образуемого нормалью плоскости проката и осью пучка Наклон нормали плоскости проката на три градуса приводит к увеличению относительной систематической погрешности на 0,11% в сторону увеличения толщины Несколько сложнее влияние перемещения контролируемого объекта по оси пучка, тк зависит от толщины объекта и его материала (рис 1а) Для геометрии системы рис 1а при толщине контролируемого проката 10 мм стали перемещение от уровня плоскости проката в сторону источника на 50

и

мм приведет к завышению показаний толщины на 2,5%, но при этом ОСШ увеличится на 0,7%

Погрешность изготовления эталонных образцов принципиально не »

устранима и всегда вносит свой вклад в суммарную погрешность измерения В связи с этим для калибровки приборов нужно применять только сертифицированные эталонные образцы

При использовании рентгеновских аппаратов в качестве источников излучения главная составляющая аппаратурной погрешности определяется стабильностью анодного напряжения и тока рентгеновской трубки Случайные изменения напряжения резко изменяют число фотонов в рабочих пучках Кроме того, изменение анодного напряжения оказывает значительное влияние на прохождение генерируемого излучения через вещество Оценку погрешности, вызванной вариациями анодного напряжения и и тока рентгеновской трубки проведем при следующих предположениях

- количество N0 фотонов в рабочем пучке излучения за время Т измерения, прямо пропорционально анодному току трубки и анодному напряжению в третьей степени, т е N0« 11а3,

- массовый коэффициент ослабления рабочего пучка материалом объекта обратно пропорционален анодному напряжению трубки в третьей степени, Мо=кШ3 Проведя замену в выражении (1) и варьируя это уравнение по параметрам I), I и рх, можно записать относительную погрешность в оценке рх, вызванную вариациями величин I) и I в виде

А(рО=3М1 + ^) + _ЬДЬ/ (7)

рх и ^ ц™рх) ц™рх ' 1

Из этой оценки можно сделать вывод, что относительная аппаратурная погрешность измерения величины рх уменьшается с ростом ртрх и при больших значениях этого произведения она стремится к трехкратной погрешности в определении анодного напряжения Наилучшая стабильность напряжения и тока у современной рентгеновской аппаратуры составляет 0,1 % В радиометрической аппаратуре с рентгеновскими источниками излучения точность измерения определяется стабильностью анодного напряжения и тока рентгеновской трубки, поскольку рентгеновские

аппараты могут создавать высокие уровни плотности потока фотонов в районе ОК, при которых статистическая составляющая погрешности очень незначительна Быстродействие системы в толщинометрии определяется временем проведения одного замера толщины Для того что бы считать режим работы толщиномера в условиях квазинулевой пространственной частоты необходимо, чтобы скорость реакции толщиномера превосходила скорость исполнительной системы в 3 - 5 раз Постоянная времени самых быстрых гидроусилителей использующихся в качестве нажимных устройств на прокатных станах составляет 0,1- 0,3 секунды, следовательно период измерений толщиномера не должен превышать 0,02 секунды Дальнейшее повышение быстродействия не приведет к улучшению работы прокатного стана в целом.

Температурный и временной дрейф измерительной системы уменьшается за счет термостабилизации аналоговых цепей и полностью устраняется при калибровке системы Шум входных каскадов и первичных преобразователей является случайной составляющей погрешности измерения и не может быть устранен при калибровке. Порог допустимого значения шума не должен превышать 1/3-1/5 уровня сигнала.

Рис 3 Зависимость ОСШ для толщин медных фильтров (от 3,5мм до 7,5) от анодного напряжения трубки Рг=500мм

Рис 4 Зависимость ОСШ для толщин медных фильтров (от 20мкм до 1,5мм) от анодного напряжения трубки й^500им

На графиках (рисЗ и 4) видно, отсутствие ярких максимумом, что не позволяет однозначно определить оптимальное анодное напряжение К тому же отношение ц1=2 не учитывает эффективность детектора и технологические ограничения На графиках (рис 6 и 5) показана функция распределения поглощенной энергии рентгеновского излучения в ионизационной камере (заполненной ксеноном при давлении 1 атмосфера) Кривая отображена из условия нормирования определяемого следующим выражением

--»- См 20мми, и,*М*в

Си 20мм и —— Си 20мм и(»120«В

Рис 5 Распределения поглощенной энергии Рис 6 Распределения поглощенной энергии е ионизационной камере за фильтром 3 5мм в ионизационной камере за фильтром 20 мкм

Резкий пик в районе 30 кЭВ, граница фотоэлектрического поглощения ксенона, ярко выраженный на толщине 10 мкм полностью сглаживается уже при толщине

---- 1

- I г

Рис 7 Зависимость квантовой отдачи трубки от питающего напряжения

Рис 8 зависимость ко от

анодного напряжения для различных

величин технологических фильтров

объекта 1 мм, что обусловлено фильтрацией низкоэнергетической составляющей спектра излучения в материале объекта На рисунке 6 представлены функции поглощения энергии в зависимости от анодного напряжения для различных толщин технологических фильтров (Н(Си)=20мкм, толщина фильтра- 1- Ьре=0; 2- ИРв=01мм, 3- ЬРв=0 2мм) в сравнении с идеализированной кривой (толщина технологического фильтра нулевая), хорошо видно, как сильно влияют параметры технологических фильтров на значение оптимального анодного напряжения В то время как традиционный подход не позволяет адекватно оценить вклад конструкторско технологических решений и если руководстваться им, то при выборе оптимума, значение анадного напряжения получится значительно заниженным Возвращаясь к графику представленному на рисЗ необходимо отметить отсутствие ярко выраженных максимумов, что требует дополнительного анализа ситуации На участке от 100 кВ до 200кВ для всех толщин медного проката отношение сигнал-шум постоянно Следующим параметром, анализ которого может способствовать выбору оптимального анадного напряжения и тока рентгеновской трубки может служить велечина энергии О необходимая для проведения одного измерения

200

200

*

Рис 9 Зависимость энергии необходимой для проведения одного измерения от анодного напряжения для различных толщин фильтра (^бООмм

Рис 10 Зависимость энергии необходимой для проведения одного измерения от анодного

напряжения Я,=500мм

На графике рис 7 показана зависимость квантовой отдачи рентгеновской трубки от напряжения на аноде Данная зависимость учитывалась при проведении всех расчетов С учетом лучевой отдачи трубок на графиках рис 8, рис 9, рис 10 для

различных толщин медного проката показана зависимость выделяемой на аноде трубок энергии, необходимой на проведение однократного измерения, от напряжения на аноде при постоянстве к0 Стрелками показаны значения * оптимального анодного напряжения для различных толщин Учитывая малые ресурсы рентгеновских трубок и их снижение при увеличении тока трубки, уменьшение тока можно считать важным достижением, позволяющим существенно повысить долговечность и надежность проектируемых РТ Методика выбора оптимального приемника излучения и геометрических параметров системы проведем на примере РТ, расчитанного на работу с толщинами от 0 3 до 30 мм по стали (Ре 99%), так как в этом диапазоне, необходимом для черной металургии, очень хорошо видно как использование детекторов различного типа приводит к существенному изменению точности результатов измерения При имерении толщины черного проката возникают все те же проблемы, что и с цветными металлами (Си) На графиках зависимости ОСШ(ко) от анодного напряжения рентгеновской трубки (рис 12, 11) построенных для различных толщин контролируемого объекта прослеживается отсутствие ярко выраженных максимумов, на тонких объектах и их еще большее размытие при увеличении толщины контролируемого изделия Для уточнения значения оптимума анодного напряжения проанализируем график на рис 13 Где показаны зависимость минимально необходимой для одного измерения энергии от напряжения трубки для различных толщин стали при использовании двух типов детекторов иониационой камеры, с окном 60x90 мм заполненной криптоном при далении 1 атм и сцинтиляционного кристала С\Л/0 (кадмий вольфрамат) + фотодиод Лучшие результаты можно получить используя фотодиод согласованный по спектру с линией 540 мм Но в этом случае из-за собственной оптической плотности кристала (непрозрачности) приходится ограничить площадь детектора величиной 400-500 мм2 , т к дальнейшее увеличение кристала не приводит к росту сигнала На графике рис 13 отображена . зависимость минимальной энергии одиночного измерения от анодного напряжения для реально существующих детекторе и камере отличающихся на порядок по геометрическим размерам При толщинах объекта свыше 20 мм, где при энергии 100 кВ значения О уравниваются, а при дальнейшем увеличении анодного напряжения использование детектора на базе С\Л/0 приводит к снижению необходимой энергии О, даже при стационарной геометрии

эксперимента Зависимость минимально необходимой энергии для проведения одного измерения от анодного напряжения Н 10-30 мм

1Ю МО 300 400 МО

300 «0 600

Рис 11 Зависимость к0 от 11а

Рис 12 Зависимость Ко от 11а

Зависимость минимально необходимой энергии для проведения одного измерения от анодного напряжения Н 2 - 5 мм зависимость отношения сигнал/шум (эпг) и величины минимально необходимой энергии для проведения однократного измерения от расстояния мехеду анодом трубки и фильтром Зависимость минимально необходимой энергии для проведения одного измерения от анодного напряжения Н 0 2 - 1 0 мм. Рассмотрим влияние геометрических параметров системы на результаты измерений. На графике 14. отображена зависимость отношения сигнал/шум (эпг) и величины минимально необходимой энергии для проведения однократного измерения от расстояния между анодом трубки и фильтром (толщина которого контролируется) при постоянном расстоянии анод-детектор Хорошо видно как влияет изменение положения контролируемого изделия на значение отношения ОСШ и величину минимальной энергии, причем при увеличении толщины изделия данное влияние усиливается Так удаление фильтра от анода на расстояние до 100 -150 мм не приводит к резкому увеличению необходимой мощности источника и ухудшению качества сигнала при толщинах до 30 мм по стали Дальнейшее перемещение фильтра не желательно, т к даже при толщине фильтра 20 мм приводит почти к двукратному росту значения минимально необходимой на одно измерение энергии и одновременно с этим ухудшается ОСШ на 20-30%

Рис 13 Зависимость энергии одного измерения Рис 14 Зависимость отношения сигнал/шум От толщины материала и типа детектора (зпг) и величины энергии единичного изм

В промышленности широко применяются технологические процессы напыления различных покрытий, как правило тонких металлических (Аи, Р1 и др ) пленок на массивную и неоднородную по внутренней структуре чаще всего керамическую (в!, С, А1 и др) основу (подложку) Например при изготовлении микросхем, катализаторов, кварцевых резонаторов. Процесс напыления плохо поддается количественному контролю со стороны источника напыления, поэтому для управления им необходимо проводить замеры толщины напыления Мною смоделирован диапазон от 0,01 мкм до 0,3 мкм

Рис 15 Зависимость отношения сигнал/шум ко от анодного напряжения рентгеновской трубки

О (0 ГО к « 50 М 70

и..*

Для решения этой задачи невозможно применить традиционный способ измерения по прямому методу рис 1а , тк погрешность вносимая в измерение неоднородностью подложки намного превышает сигнал приращения толщины напыляемой пленки, поэтому была использована принципиально другая технология измерения - измерение толщины по обратному рассеянию

Геометрия эксперимента приведена на рис 16 На рис 15 показана зависимость отношения сигнал/шум ко от анодного напряжения рентгеновской трубки (1)а) для различных толщин покрытия Хорошо видно, что для всех толщин в диапазоне от 0,1 до 0,3 мкм оптимальным является диапазон анодных напряжений 25 - 40 кВ

Рис 16 Зависимость энергии единичного

измерения О от анодного напряжения источника излучения

Рис 17 Зависимость отношения сигнал/шум ко от анодного напряжения источника излучения

Для уточнения значения анодного напряжения и оптимизации ресурсов рентгеновского источника желательно минимизировать энергию единичного измерения (О).

На рис 16 показана зависимость изменения минимальной энергии единичного измерения О от анодного напряжения источника излучения Исходя из анализа обоих зависимостей можно говорить, что для данных толщин оптимальным анодным напряжением будет значение иа 25 - 35 кВ, растущее от 25 кВ для минимальных толщин до 35 кВ для максимальных толщин диапазона

На рис 17, 18 аналогичные зависимости приведены для покрытий в диапазоне толщин от 0,01 мкм до 0,1 мкм Оценка тока рентгеновской трубки необходимого для проведения измерений на толщине 0,01 мкм по золоту

показала, что при времени экспозиции 1 секунду необходим ток порядка 20 мА при

10000 - '

напряжении 35кВ, т к 0=650 Дж.

4

а '«о -

Рис 18 Зависимость энергии единичного измерения О (Дж) от анодного напряжения (кВ)

10 0

О 10 20 30 40 М 60 70

1а = О/иаХм (мА)

Где 11а - анодное напряжение (В), и*, - время измерения, О - мощность выделяемая на аноде рентгеновской трубки

При увеличении толщины пленки до 0,1 мкм значение необходимого анодного тока падает до долей миллиампер Следовательно при помощи рентгеновского излучения измерение толщин ниже 0,02 мкм нерационально Для решения подобных задач эффективнее применение другого типа излучения например р.

/ I

{_!. „Ш!/

.........

Рис 19 Схема рентгеновского сканера (вид сбоку), коллиматор детектора а 1 - контролируемое изделие, 2 - объемный дефект, 3 - коллиматор изделия 4 -коллиматоры детекторов, 1Д—7Д - реперные детекторы. Э - источник излучения, угол рабочего пучка излучения 9т =22", расстояние источник - детектор I. =6 м, II - воздушная полость, б 1 - коллиматор детектора 2 - сцинтилляционный кристалл

Способ выбора параметров источника излучения рассмотрен на примере контроля изделия из углерода цилиндрической формы диаметром 1500 мм и толщиной стенки 500мм За прототип рентгеновского сканера взята классическая схема (рис 19) Пучок тормозного излучения конической формы источника Б охватывает весь контролируемый объект За объектом на дуге окружности, центром которой является мишень источника излучения, расположены коллимированные детекторы 1Д - 7Д Оси систем коллиматор-детектор направлены на источник излучения. Реальные рентгеновские толщиномеры содержат один детектор, однако при расчете поля излучения рассматривалось семь выделенных (реперных) детекторов, расположенных в

центрах семи угловых зонах (рис 19), что необходимо для оценки влияния смещения трубы на погрешности измерений Положение детектора в такой системе однозначно определяется расстоянием L и угловой координатой Ö В качестве характеристики коллиматора детектора выбирался параметр rjK, равный отношению длины коллиматора к его ширине, то есть ti„ = Ыа (рис 19) Рассматривались щелевой и прямоугольный коллиматоры расположенные перед детектором У коллиматоров первого типа щели располагались вдоль веера излучения Если сигнал в зависимости от толщины х оценивать по изменению только не рассеянного излучения, а квантовые флуктуации - по пуассоновскому распределению, то величину ОСШ при условии, что статистические погрешности превышают аппаратурные, можно определить по формуле

I ,-

= ' (8)

где - величина отношения сигнал/шум обусловленная квантовыми флуктуациями (без учета аппаратурного шума);

Dum - поглощенная доза на метре от источника за импульс (Гр), Уд - объем дефекта (м3), геометрические параметры сканера, определенные на рис 19-L - расстояние источник детектор (м), R - расстояние источник дефект (м), S - площадь окна коллиматора а*а (м2), а ко- зависящая от энергии составляющая К® (м"1Гр"°5)

h

к =._ü_

BME)¡e-mQm\-e-^)P(E)dE

О)

Здесь ц и ц<) (м1) - линейные коэффициенты ослабления в материале изделия и кристалле детектора длиной (м), Q(3) - функция описывающая угловое распределения источника, Р(Е) - функция описывающая энергетическое распределения источника, ф (Е) - поглощенная доза излучения на расстоянии 1 м от источника в пересчете на единицу поверхности входного окна коллиматора детектора (Гр мм2), Вп - численный коэффициент накопления,

х - радиационная толщина (м) объекта контроля вдоль луча источник-детектор (зависит от угловой переменной 9 см рис 19), плотности и эффективного атомного номера объекта контроля

Выражения (8) и (10) записаны в предположении, что проекция дефекта меньше площади окна коллиматора, а детектор определяет число однократных взаимодействий фотонов со сцинтилляционным кристаллом Если аппаратурная погрешность превышает статистическую, то

К аап о К °сп

где стал—абсолютная среднеквадратичная аппаратурная погрешность, Ошот - поглощенная доза на метре от источника за импульс (Гр), V, - объем дефекта (м3); геометрические параметры сканера, определенные на рис 2 5 1 I - расстояние источник детектор (м) Р - расстояние источник дефект (м), Э - площадь окна коллиматора а*а (м2), где к1 - зависящая от энергии составляющая кап (м 1Гр"1)

В общем случае, когда указанные погрешности соизмеримы, величина ОСШ определяется по формуле'

Выражения (9)и(10) являются обобщениями известных формул, определяющих ОСШ, на случай не монохроматичности и учета эффективности регистрации фотонов детектором Выбор энергии источника должен осуществляться по положению максимума энергетической зависимости к„ или кап Из формул (9) и (10) видно, что от энергии зависят только к0 и кч, остальные величины учитывают либо геометрические факторы, либо мощность источника излучения На рис 20 и 21 приведены зависимости к0 и кч от энергии источника для первых шести реперных детекторов Для всех детекторов, кроме шестого, кривые зависимостей ко и кч имеют максимумы Стрелками указано положение этих максимумов, ниже всех расположены кривые зависимостей ко и к, для пятого, а не четвертого детектора, как предполагалось ранее Это объясняется влиянием углового распределения тормозного излучения на величину ОСШ для

детекторов, не расположенных на оси пучка Величина ОСШ в большей степени зависит от эффективности регистрации излучения детектором На рис 20 показана (заштрихованная) область изменение величины к1 для второго реперного детектора (рис 2 5 1) при увеличении длины сцинтилляционного кристалла детектора отЗО - до 150 мм

Рис 20 Энергетическая зависимость к1 для детекторов 1Д - 6Д (рис.2 5 1), при ^ • изменении энергии источника от 0 до 25

/ ^^ МэВ

Рис 21 Энергетическая зависимость ко для детекторов 1Д - 6Д (рис 2.5 1), при изменении энергии источника от 0 до 25 МэВ.

Энергетические зависимости ко и ki для первых шести детекторов (кривые 1—6) представлены на рис 20 и 21. Стрелками указано положение максимумов (к - с учетом рассеянного излучения) Область значений ki (заштрихована) относительное изменение величины ki для второго детектора при увеличении длины кристалла Nal с 30 до 150 мм

Рис 22 Зависимость величины К, определяющей радиационный контраста, от энергии источника для коллиматоров двух видов 1-5Д,2-2Д,3-1Д,4-7Д;

_щелевой коллиматор;

-----прямоугольный т1„ = 2,5

На рис 22 приведена зависимость радиационного контраста от энергии источника для различных детекторов При Е<0,3-0,4 МэВ радиационный контраст резко падает из-за влияния рассеянного излучения, поэтому данная величина может служить граничным значением энергии источника Снижение энергии источника должно сопровождаться увеличением мощности излучения до уровня, обеспечивающего требуемую чувствительность метода контроля которая определяется минимально выявляемым объемом дефекта Уд

При радиометрических измерениях детекторы могут работать в двух режимах' токовом или счетном При работе в счетном режиме погрешности измерений обусловлены квантовыми флуктуациями числа фотонов, взаимодействующих с активным веществом детектора, и аппаратурно-статистическими погрешностями, связанными с наличием «мертвого» времени детектора В токовом режиме погрешности измерения складываются из статистических и аппаратурных Статистические погрешности обусловлены флуктуациями поглощенной энергии в объеме детектора, а аппаратурные случайными изменениями параметров схемы регистрации Например, при использовании фотодиодных преобразователей возникает систематическая аппаратурная погрешность за счет темнового тока фотодиода при обратном смещении, которая должна быть учтена при измерениях Однако из-за шумов различной природы полной компенсации систематической аппаратурной погрешности измерения достичь нельзя Аппаратурная погрешность характеризуется величиной среднеквадратического отклонения п3„, которая является априорной информацией при определении величины ОСШ (см формулу (10)) Измеряемая величина при таком режиме работы (например напряжение на интеграторе) пропорциональна поглощенной в объеме детектора энергии, поэтому и статистические погрешности оцениваются флуктуациями поглощенной энергии, которые обусловлены, как флуктуациями числа взаимодействующих фотонов, так и флуктуациями энергии, передаваемой фотонами при каждом акте взаимодействия. Однако, как показали результаты расчетов, величина ОСШ, определяемая по флуктуациям числа взаимодействий и по поглощенной энергии, отличается не более 5%, поэтому оценку ОСШ можно осуществлять по флуктуациям числа взаимодействий В этом случае формула (9) будет справедлива для обоих режимов работы детекторов, а для того чтобы воспользоваться формулой (10) при токовом режиме, величина стап должна оцениваться по эквивалентному воздействию числа фотонов на активное

вещество детектора В проведенных расчетах а«, выбиралась равной 1, 3 и 5 поглощенным в детекторе квантов за импульс источника, что соответствует реальным значениям аппаратурной погрешности при таких измерениях Чем выше мощность источника излучения, тем вероятнее, что статистическими погрешностями можно пренебречь по сравнению с аппаратурными Среднеквадратическая погрешность, как правило, постоянна (0ал=соп51), в то время как статистическая <х„ ~ -/л^, где N0 - число зарегистрированных

фотонов за время экспозиции. Поэтому, если мощность источника меньше некоторого порогового значения, то статистические погрешности будут преобладать над аппаратурными (ага >>аап) Важно также отметить, что если экспозиция определяется за N импульсов источника, то величина ОСШ возрастает в 4~Ы раз без изменения соотношения между аппаратурной и статистическими погрешностями

л и) ¿мЩ

<} 1 а

накопления Во от положения детектора для различных энергий источника 1 - Е=2; 2—3, 3—4, 4—5; 5—8 МэВ; коллиматор детектора щелевой (---) и прямоугольный

дозового

Рис

23 Зависимость коэффициента Вс) от положения

дозового

накопления от параметра

коллиматора 4-го детектора (--

— ) щелевой коллиматор,(—) прямоугольный, 1, 1' -Е0=2, 2, 2' - 3, 3, 3' - 5, 4, 4' - 8 МэВ.

Рис

24 Зависимость коэффициента

На рис 23 приведены зависимости Ва - от угловой координаты детектора для щелевого и прямоугольного коллиматоров с параметром г|к=2,5 и различных энергий источника В области положения четвертого реперного детектора коэффициент накопления принимает наибольшее значение Это объясняется натеканием рассеянного излучения из области II в I (см рис 19) Как и следовало ожидать, прямоугольный коллиматор более эффективен, так как щелевой коллиматор собирает рассеянное излучение со всей поверхности контролируемого изделия вдоль веера пучка излучения и поэтому эффективность отсечки рассеянного излучения практически не зависит от параметра г|к (сплошные кривые рис 24), в то время как у прямоугольного коллиматора эта зависимость ярко выражена

Приведенные на рис 24 данные относятся к четвертому реперному детектору, который находится в области наибольшего влияния рассеянного излучения Как видно из рисунка, для прямоугольного коллиматора оптимальным является значение параметра г), =5 Коллиматоры с большим значением п« практически не увеличивают эффективность отсечки рассеянного излучения, но при этом значительно усложняют конструкцию

В третьей главе дано обоснование предлагаемого метода модификации передаточной функции и анализ влияния изменений химического состава примесей в контролируемых изделиях на работу рентгеновского толщиномера Представлены некоторые количественные зависимости использовавшиеся для корректировки его показаний

В качестве материалов контролируемых изделий рассматривались медь марки М1, латунь Л63 и Л68, бронза БрОЦ4-3, никель НМц5 Во всех расчетах основной «эталонной» средой являлся образец из меди марки М1, по отношению к которому оценивалось изменение показаний детектора для изделий с другими химическими составами Выбор в качестве эталонного материала меди марки М1 обусловлен тем, что при практическом изготовлении эталонных образцов, используемых для калибровке толщиномера, достигается высокая повторяемость результатов, т к данный сплав имеет минимальный количественный разброс и состав примесей не дорог и широко распространен

В рассматриваемой модели использовался метод зависимых испытаний, который позволяет осуществлять оценку определяемых

функционалов (например, показаний детектора) по одним и тем же траекториям в основной «эталонной» среде (медный лист марки М1), а возникающие при этом смещения в среде с примесями компенсировать с помощью специальных весовых множителей Такой подход исключает влияние статистических погрешностей на разностные показания детекторов в двух средах с различным химическим составом примесей, т к моделирование траекторий частиц в этих средах происходит по одним и тем же случайным числам Анодное напряжение источника рентгеновского излучения выбиралось в диапазоне значений от 70кВ до 140 кВ

Если рентгеновский толщиномер откалиброван на определенную марку сплава (например, медь М1), то при изменении материала проката будет возникать систематическая погрешность определяемой толщины Zd которую необходимо компенсировать Одной из задач, которую можно решать с помощью математической модели рентгеновского толщиномера была оценка величины вводимой поправки Zd и её зависимости от материала контролируемого изделия, толщины исследуемого образца Z и используемого анодного напряжения рентгеновской трубки Ua (кВ)

Некоторые результаты моделирования представлены на рис 25, где изображены зависимости

- Id, показаний сигналов детекторов (в том числе и разностных Ald) от толщины образца Z из меди и анализируемого сплава, в относительных единицах,

- величины дополнительного слоя Z<j (мкм) (поправка толщины на изменение химического состава сплава), которую необходимо добавлять к значению толщины определяемой прибором откалиброванным по меди,

- Zd/Z (%) относительной поправки для контролируемого сплава от его толщины

Эти данные приведены для диапазона толщин от 20 до 5000 мкм и значений анодного напряжения рентгеновской трубки 70 и 140кВ В дальнейшем поправку на измеряемую толщину при изменении химического состава контролируемого сплава Zd для краткости буду называть поправкой на химический состав (х с) На приведенных графиках хорошо видно, что зависимость Д^ не линейна от толщины контролируемого материала Это означает, что поправка на определяемую толщину объекта не может быть компенсирована простым способом, а именно заданием значения только

одного корректирующего множителя На рис 25а приведены данные для бронзы при анодном напряжении 70кВ На толщине 5000мкм относительная поправка на х с (2612 %) имеет минимальное значение С уменьшением толщины значение поправки возрастает и становится максимальным при толщине 300 - 400 мкм При дальнейшем уменьшении толщины значение поправки на х с начинает падать При увеличении анодного напряжения до 140 кВ (рис 276) характер изменения значение поправки меняется Рост значения поправки имеет место до 3000 мкм после чего его значение убывает На рис25в и рис25г показана зависимость изменения поправки для латуни Л63 при анодном напряжении 70кВ и 140кВ для толщин от 5000 до 10 мкм Здесь следует особо отметить, что знак поправки для этих сплавов противоположный,

и,=70кУ

2. мкм

Рис 25а Зависимость значения поправки на изменение химического состава от толщины контролируемого материала для бронзы БрОЦс при анодном напряжении 70кВ.

и.=140кУ

г, мш

Рис 256 Зависимость значения поправки на изменение химического состава от толщины контролируемого материала для бронзы БрОЦс при анодном напряжении 140кВ. и.»7(*у

2. мш

Рис 25в Зависимость значения поправки на изменение химического состава от толщины контролируемого материала для латуни Л63 при анодном напряжении 70кВ

и.=140кУ

£ мт

Рис 25г Зависимость значения поправки на изменение химического состава от толщины контролируемого материала для латуни Л63 при анодном напряжении 140кВ Согласно экспериментальным данным изменение химического состава

обрабатываемого материала в процессе прокатки рулона от разлива

металла до его проката до толщины 20 мкм (отжиг, прокат, очистка

поверхностных пленок) не превышает (согласно данным полученным по

технологическому процессу Кировского завода по обработки цветных

металлов) 0,17% в рентгеновском эквиваленте, что ниже допусков

отклонения толщины готовой продукции, определяемых ГОСТ 495-92, ГОСТ

2208-91, ГОСТ5017-74 Следует отметить, что чем больше толщина

материала, тем меньше это изменение При этом в каждой следующей

отливке изменения химического состава материала, даже при строгом

соблюдении технологии и химического состава сплава, велики и могут

достигать 1,2% в рентгеновском эквиваленте, а при нарушении технологии

плавки и более (зафиксировано до 9,2%), что дает косвенную информацию

технологам о нарушении химического состава В таблицах приведены

граничные значения изменения содержания отдельных компонентов в

сплавах согласно ГОСТ Из этих данных следует, что рассчитать с

требуемой точностью, для конкретного слитка поправку на химический

состав не возможно пользуясь лишь данными ГОСТа, а проводить количественный химический анализ в заводских лабораториях долго и дорого Поэтому, для того чтобы привязаться по значениям с поправками для конкретного контролируемого сплава, поступим следующим образом В одной точке подката нужно измерить толщину металла в рулоне при помощи высокоточного контактного микрометра, а затем рентгеновским толщиномером калиброванным по эталонным образцам сплава М1 Замер надо проводить на выходе горячего стана после нормализации металла При точности контрольного замера ±10 мкм (±1 мкм обеспечивается недорогими ручными контактными микрометрами) и минимальной выходной толщине 7500 мкм погрешность вычисления поправки составит 0,03% Однако с каходым последующим проходом (обжатием изменяющим толщину материала) значение поправки на химический состав будет изменяться Тем не менее постоянно корректировать значение поправки на х с при использовании реверсивных станов (наиболее распространенный в цветной металлургии тип прокатных станов) нерационально, т к для получения заданной толщины используется большое количество, например при прокатки фольги из материала М1 от слитка весом 6 тонн до толщины 30 мкм - более 70 проходов выполняемых непрерывно один за другим В этом случае весь выигрыш в увеличении скорости проката от применения рентгеновских толщиномеров будет утерян Если не изменять значение поправки, то с каждым проходом будет расти значение систематической составляющей погрешности измерения толщины Использование полученных при помощи математической модели, зависимостей от толщины контролируемого изделия поправок на х с позволяет уменьшить систематическую погрешность измерения толщины до значений на порядок ниже допустимых ГОСТом Для этого в алгоритм обработки сигналов толщиномера необходимо внести информацию, полученную предварительно с помощью математической модели Таким образом, такая предварительная информация, полученная расчетным способом для кахедой марки сплава, «привязывается» к конкретному контролируемому образцу путем калибровки в одной точке (по образцу только одной толщины)

Приведены значения толщины проката из бронзы (марки БрОЦс) полученные при помощи оптиметра и рентгеновских толщиномеров РИТ10 с учетом изменения поправки на х с Значение толщины полученной для

контактного метода вычислялось, как среднее по 32 измерениям оптиметра, равномерно распределенным в круге диаметром 20мм, для уменьшения случайной составляющей погрешности измерения и влияния шероховатости поверхности проката, которая всегда дает заниженное значение при измерениях с помощью рентгеновского метода Контактные измерения проводились в лаборатории при температуре 22°С

Погрешности измерений рентгеновских толщиномеров оценивались по величине дисперсии при измерении за одну секунду и их значения приведены в таблице 1 для контролируемых объектов различной толщины Самым трудно учитываемым параметром влияющим на разницу показаний между контактными и рентгеновскими толщиномерами является изменение плотности материала (нагартовка)

Таблица 1

Оптиметр ИКГв лаборатор ных условиях мкм 24,1 68,4 207 396, 7 467, 5 708, 2 1042 1244 ,7 1785 3218 4995

РИТ10 2 (70кВ) мкм 24 ±0,1 69 ±0,3 208 ±0,6 397 ±0,7 469 ±0,9

РИТ10 4 (140кВ) мкм 206 ±0,4 396 ±0,5 468 ±0,7 707 ±0,9 7 1040 ±1,2 1245 ±1,4 1788 ±2,5 3220 ±5,7 5000 ±6,1

По экспериментальным данным значение толщины после нормализации структуры материала меняется не более 0 2% при контактном методе измерения (сплав М1 8,7 -8,9 г/см3) и остается постоянным для рентгеновского метода контроля Компенсация данной составляющей систематической погрешности измерений оказалось возможной при помощи внесения соответствующих поправок, значения которых были получены экспериментально при изучении технологического цикла

В четвертой главе описан алгоритм работы и состав РТ Дан детальный анализ наиболее интересных узлов и не стандартных решений примененных автором при разработке На рис 29 показана обобщенная блок-схема рентгеновского толщиномера, а на рис 30 представлен алгоритм

работы

Толщиномер состоит из следующих узлов и блоков - источник рентгеновского излучения с блоком питания управляемым от компьютера через обще приборный интерфейс Я5485 ЭВМ используя канал ввода-вывода задает значение анодного напряжения (ЦАП1) и тока (ЦАП2) рентгеновской трубки источника излучения, и управляет заслонкой биозащиты В выключенном состоянии заслонка всегда закрыта, что предотвращает облучение персонала в момент включения прибора и в процессе эксплуатации Сгенерированное рентгеновской трубкой излучение формируется коллиматором установленным непосредственно на аноде трубки, после чего проходит сквозь двухсекционную рентгенопрозрачную реперную камеру 1 Устройство подачи образцов служит для проведения калибровки толщиномера по встроенному набору стандартных образцов сразу по включению и периодически не реже одного раза каждые восемь часов, что необходимо для сохранения метрологических характеристик прибора на заданном уровне Для привязки текущего положения образцов к началу отсчета служит датчик начального положения Пучок рентгеновского излучения пройдя сквозь контролируемый объект попадает на камеру 2 Выходные сигналы (токи) камер считываются и преобразуются в цифровой код интегрирующими 20 разрядными АЦП1 и АЦП2 с временем преобразования 1 - 10 мс и возможностью масштабирования входного сигнала Для согласования величины сигналов и чувствительность АЦП масштабируется по командам ЭВМ, что позволяет шире использовать динамический диапазон ионизационных камер Все ионизационные камеры питаются от единого стабилизированного источника питания и работают в режиме насыщения, что позволяет получить линейную зависимость выходного тока от интенсивности падающего потока излучения После оцифровки значений входного тока управляющая программа рассчитывает значение текущей толщины контролируемого объекта, используя для этого калибровочные данные в реперных точках, характеристику изменения величины поправки на химический состав материала, начальное значение поправки на химический состав материала и аппроксимирующую функцию Соотнося полученное значение текущей толщины с заданным номиналом вычисляет отклонение толщины от номинала В графическом и цифровом виде отображает полученные значения на экране монитора Одновременно с

регистрацией сигнала толщины записывается и сигнал скорости движения полосы, что позволяет строить график толщины (отклонения толщины от номинала) для рулона в метрическом масштабе Данный подход позволяет легко находить участки с отклонением толщины выходящим за границы допусков, изымать их из готовой продукции, считать в метрах и процентах общую длину рулона и длину участков рулона толщина которых выходит за границы допуска, как в плюс так и минус Для выдачи сигналов отклонения толщины на стрелочный индикатор, установленный в непосредственной близости от оператора стана, и в САРТ стана используются ЦАПЗ и ЦАП4 Для согласования работы толщиномера и прокатного стана служат датчики рабочего положения, исходного положения измерительного преобразователя При включении источника излучения зажигается лампа рентген включен При использовании толщиномера на агрегатах резки подключается датчик наличия изделия в рабочем зазоре преобразователя, управляющий дополнительной заслонкой, что необходимо для уменьшения времени выхода измерителя на режим измерения При установки толщиномера на прокатные станы оборудованные цифровой системой автоматического регулирования толщины в нее выдаются сигналы толщины проката, поправка на химический состав и марка металла В толщиномере предусмотрено три режима работы

1 калибровка

2 измерение

3 анализ результатов и выдача отчетов

Режим калибровки служит для получения необходимых метрологических характеристик прибора во всем диапазоне измеряемых толщин Калибровка проводится перед началом работы и повторяется каждые 8 часов Калибровка толщиномера по толщине происходит следующим образом По команде "калибровка по толщине" управляющая программа проверяет наличие связи всех узлов и центрального процессора, после чего начинает проводить измерения потока рентгеновского излучения попадающего на детектор В зависимости от конкретной модели толщиномера число замеров различно от 8 РИТ10 2 до 380 РИТ10 6М По каждому образцу проводится по 16 измерений и вычисление среднего значения для уменьшения погрешности измерения и влияния на процесс калибровки случайных флуктуаций сигнала, коэффициента пропорциональности,

Блок-схема толщиномера РИТ-10

т>

X

о го о>

О!

о

п> 3 ш •о л>

ф X

о ш о

о —1 о

-I

0 ^

Е %

1

о

2 л>

"О

о»

Аналоговый сигнал

Алгоритм работы толщиномера РИТ 10.

(^^включиГ^)

Поотор

Нэмерете,

расчет тек, толщины,

я отклонения от задетого -1

номинала. Передача оператору

и ■ САРТ толщ, м отклонения

от отржгора, или силены радиационной защит

Рис 27 Алгоритм работы рентгеновского толщиномера РИТ10

коэффициента поглощения и первой производной коэффициента поглощения Полученные данные запоминаются и отображаются на экране для анализа Данная информация необходима для вычисления текущей толщины контролируемого объекта

Пример отображения результатов калибровки представлен на рисунке В первом столбце отображены значения эталонных образцов в масштабе 0,1 мкм, во втором столбце приведены значения измеренного сигнала, в третьем столбце отображен вес единицы младшего разряда кода в точке измерения выраженный в толщине приращения объекта (максимальная дефектоскопическая чувствительность системы в точке) в четвертом столбце дано значение среднеквадратичного отклонения сигнала за время калибровки по каждой эталонной толщине в масштабе 0,1 мкм Из анализа данных хорошо видно как с увеличением толщины контролируемого объекта уменьшается абсолютное значение дефектоскопической чувствительности В зависимости от требуемого диапазона рабочих толщин компьютер задает оптимальное значение напряжения и тока источника излучения

После завершения калибровки толщиномер переходит в режим измерения Оператор задает номинальное значение толщины проката и поправку на химический состав, открывает радиационную защиту В рабочий поток измерителя вводится контролируемая полоса Сигнал на выходе усилителя обратно пропорционально зависит от толщины Получив сигналы с детекторов и преобразовав их в цифровой код программа вычисляет значение толщины контролируемого материала отклонение от номинала и выдает сигнал отклонение через ЦАПы в САРТ При необходимости каждое проведенное измерение записывается в память компьютера По окончанию режима измерения массив данных закрывается и записывается в виде бинарного файла на диск для хранения и дальнейшего анализа и формирования паспорта рулона В процессе измерения на стрелочный индикатор, установленный на пульте управления станом, выдается сигнал отклонения толщины от номинала Масштаб представления задается оператором в зависимости от толщины проката Шкала прибора может изменяться от ±10 мкм до ±100 мкм На экране компьютера можно по желанию оператора отображать толщину проката или отклонение толщины от номинала в цифровом и графическом виде Если конкретный стан

оборудован цифровой системой автоматического регулирования толщины (САРТ) то при каждой смене номинала по цифровому интерфейсу, в контроллер САРТ передается новое значение номинала проката, тип сплава, величина поправки на химический состав В каждом цикле измерения в САРТ передается отклонение толщины от номинала в виде аналогового сигнала для САРТ аналогового типа и в аналоговом и цифровом виде для САРТ цифрового типа Причем крутизна нарастания сигнала регулируется независимо для каждого канала, что бы создать комфортные условия для восприятия информации оператору стана и уменьшить временные задержки сигнала поступающего в САРТ В работе рассмотрены функциональные блоки и системы рентгеновского толщиномеров и результаты экспериментальных исследований

В пятой главе описываются КИК ряда РИТ10, и их метрологическое обеспечение Организационные основы, правила и нормы необходимые для обеспечения единства измерений Все разработанные КИК ряда РИТ10 обеспечены средствами и методиками измерения основных параметров согласно требованиям ГОСТ8 375-80 ГСИ Даны описания применяемых для выполнения проверок эталонов чувствительности соответствующих ГОСТ4 177-85 Освещены вопросы биологической защиты выпускаемых рентгеновских толщиномеров Рис 28 Челябинский трубопрокатный завод

РИТ101

Рис 29 Кировский завод по обработке цветных металлов

РИТ10.2

РИЛ 0 4

РИТ10.5

Рис 30 Вспомогательное оборудование

Анализатор профилей проката Переносной диагностический стенд

Наименование показателя Толщиномеры холодного проката Толщиномер горячего проката Рит 10 3

Рит 10 1 РИТ 10.5 Рит 10 2 РитЮ 4 РИТ-6

1 Контролируемый материал Сталь Медь Медь Медь Медь Сталь

2 Диапазон, мм 3,4±20% 0,1-3,5 0,02-1,0 0,2-7,5 0,1-12,0 6,0-16,0

3 Систематическая составляющая погрешности % ±0,5 ±0,1 ±0,2 ±0,1 ±0,1 ±2,0

4 Среднеквадратичное отклонение % 0,2 0,1 0,1 0,1 0,3 0,3

5 Быстродействие, с 0,001 0,01 0,02 0,1 0,02 0,1

6 Нелинейность выходного сигнала в отклонении от номинала, % ±0,3 ±0,02 ±0,02 ±0,01 ±0,01 0,3

7 Время перестройки на новый номинал, с. - 0 0 0 0 30

В приложении представлены акты внедрения результатов работы Основные выводы и результаты диссертационной работы

1 Создана математическая модель РТ и дано теоретическое обоснование перечня анализируемых параметров, необходимых для проведения расчетов по оптимизации его метрологических характеристик

2 Посредством моделирования прохождения излучения со сплошным спектром через объекты со сложными границами предложенным методом указывает на то, что в местах перехода от утолщений к более тонким частям наблюдается снижение чувствительности контроля При этом для объектов с явно выраженной разнотолщинностью, максимальное уменьшение радиационного контраста не соответствует пику толщины, а смещено к прилегающим выступам изделия Показательно, что изменение формы окна коллиматора, при сохранении постоянной площади засветки детектора с окружности на квадратное приводит, в случае контроля толщины стенок трубы, к уменьшению систематической погрешности на 0,8%, при сохранении величины случайной составляющей на прежнем уровне

3 Для плоскопараллельной пластины, толщина которой равна пику утолщения стенки цилиндра, в точке детектирования под пиком толщины, увеличение вклада рассеянного излучения ведет к уменьшению случайной

составляющей погрешности измерения при постоянстве систематической погрешности Например для стального проката толщиной 20 мм снижение доли рассеянного излучения (коллимирование пучка) на 30 - 40% приведет к ухудшению отношения сигнал шум на 5%

4 Получены аналитические зависимости для определения энергии, тока и геометрических параметров РТ для квазинулевой пространственной частоты, изменения толщины контролируемого объекта используются для инженерных расчетов рентгеновских толщиномеров с заданными метрологическими характеристиками

5 Максимум коэффициента накопления В тах в точке, соответствующей пику толщины изделия с переменной толщиной, значительно превышает коэффициент накопления за плоскопараллельным поглотителем той же толщины В случае измерения толщины стенок трубы оптимальным является прямоугольный коллиматор с параметров г)к=5

6 Предложен метод модификации передаточной функции «блока источник-объект-детектор», сущность которого заключается в том чтобы скомпенсировать нелинейность ослабления рентгеновского излучения в контролируемом объекте за счет управления энергией и потоком зондирующего излучения, передаточной характеристикой детектора

7 Установлено, что управляя спектральным распределением энергии квантов первичного пучка рентгеновского источника, можно расширить диапазон контролируемых толщин на 70%, без снижения точности измерений

8 Созданы одно диапазонные рентгеновские толщиномеры для диапазонов толщин от 20 до 1000 мкм, от 100 до 3000 мкм, от 200 до 7500 мкм, в процессе работы которых нет необходимости в операциях перенастройки, что особенно важно, так как позволяет не прерывать технологический цикл производства;

9 Снижена систематическая суммарная погрешность измерения толщины до 0,05%, за счет полного отказа в схеме толщиномера от электромеханических следящих систем, что соответствует уровню точности изготовления эталонных образцов,

10 Повышено быстродействие толщиномеров, достигнуто время одного цикла измерения 10мс( 1 медля РИТ10 1)

11 На базе экспериментальных исследований и предложенного метода

оптимизации созданы рентгеновские толщиномеры с метрологическими показателями на уровне лучших зарубежных образцов фирм Daystrom и Toshiba, по стоимости в 2 - 3 раза дешевле их

12 Разработан и внедрен новый способ коррекции передаточной функции рентгеновского толщиномера, позволяющий значительно упростить схему блока обработки сигнала и исключить время перенастройки рентгеновского толщиномера при переходе на иную толщину измерения или материал иного химического состава

13 Из проведенного анализа возможностей создания рентгеновских толщиномеров на основе комптоновского эффекта, установлено что для измерения толщины напыления менее 0,02 мкм использование рентгеновского излучения не эффективно

14 Разработана методика расчета оптимальных значений для низко- и высокочастотных изменений толщины, а также спектральной плотности продольной и поперечной разнотолщинности

15 Принципиально улучшена конструкция рентгеновского толщиномера за счет учета и компенсирования погрешностей от не стабильности ускоряющего напряжения и дрейфа параметров детектора

16 Проведен анализ различных методов спектрального согласования, осуществляемый подбором или проектированием детекторов и использования источников излучения с оптимальными значениями энергии

17 Предложена и защищена 15 патентами РФ на изобретения универсальная аппаратура радиационного НК объектов с переменной толщиной стенки и изменяющейся геометрией, в которой реализованы изложенные во 2-й - 4-й главах теоретические проработки и экспериментальные исследования

18 На основе патентов и оригинальных разработок создан ряд рентгеновских измерителей толщины, внедренный на Челябинском трубопрокатном комбинате, Кировском заводе по обработке цветных металлов, Магнитогорском металлургическом комбинате

Список основных работ автора по теме диссертации.

1 Артемьев Б В , Шейкин Ю В Исследование и разработка средств рентгенотелевизионного контроля крупногабаритных и толстостенных изделий Кн «Современные физические методы и средства неразрушающего контроля» М - 1988- С-128-135

2 Артемьев Б В , Шейкин Ю В Разработка сканирующей системы детектирования ионизирующего излучения для высокоэнергетического вычислительного томографа Кн «Современные физические методы и средства неразрушающего контроля» М -1988 - С 147-152

3 Артемьев Б В , Гусев Е А , Потапов В Н О выборе параметров источника тормозного излучения о роли рассеянного при томографическом контроле Дефектоскопия -1991 - N9 С 36-44

4 Артемьев Б В , Гусев Е А , Мельникова Л А , Потапов В Н Некоторые вопросы контроля изделий с помощью рассеянного фотонного излучения//Дефектоскопия -1991-N4 С 18-20

5 Артемьев Б В Маслов А И Гусев Е А, Запускалов В Г Малогабаритный рентгеновский импульсный аппарат для контроля объектов в нестационарных условиях Контроль Диагностика ,N 7 2000 г с 21-22

6 Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г и др Рентгенговский измеритель толщины стенки труб для магистральных трубопроводов / 3-я Мехедународная конференция «Диагностика трубопроводов» Кн доклады М. 2001,-с 122-123

7 Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г и др Теоретическое исследование взаимодействия рентгеновского излучения с поглотителем сложной геометрической формы в динамике II Контроль Диагностика -20001 -N3 С 17-20

8 Артемьев Б В, Маслов А И , Запускалов В Г и др Выбор параметров рентгеновского излучения при контроле магистральных труб переменной толщины и геометрии 3-я Международная конференция «Диагностика трубопроводов» Кн доклады М 2001 - с 120-121

9 Артемьев Б В , Маслов А И , Самокрутов А А Определение геометрии обнаруженных УЗК (ультрозвуковым контролем) дефектов при помощи ортогональных проекций, полученных на основе "Memori flat" рентгеновским методом Кн. 3-я Международная конференция

"Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле и диагностике" Москва 2002 г, с 137-138.

10 Артемьев Б В, Теоретическое исследование влияния анодного напряжения и размеров фокусного пятна на разрешающую способность при радиографическом контроле труб большого диаметра/ В кн «Научные труды V-й международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и права», Приборостроение, М - 2002 - С 213-224

11 Артемьев Б В , Исследование возможности компенсации влияния изменения химического состава на точность работы рентгеновских толщиномеров / В кн «Научные труды V-й международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и права», Приборостроение, М - 2002 -С 224-236

12 Артемьев Б В, «Рентгеновская толщинометрия металлов» Машиностроение, Москва 2002 г, 104 с

13 Артемьев Б В Использование сканирующих измерителей толщины для определения качества сварных швов роликовой и точечной сварки в массовом производстве Кн Всероссийская конференция с международным участием "Сварка на рубеже веков" Москва 2003 г с 67-74

14 Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г, Новые технологии в рентгеновской толщинометрии , Машиностроение, Москва 2003 г, 120 с

15 Артемьев БВ, Бояринцев ДС, Волчков ЮЕ и др Влияние размера фокусного пятна и анодного напряжения рентгеновской трубки на разрешающую способность при радиографическом контроле сварных швов труб импульсным рентгеновским аппаратом Кн Всероссийская конференция с международным участием "Сварка на рубеже веков" Москва 2003 г, с 7589

16 Artemiev В V, Possibilities of X-ray thickness gauges on monitoring thickness of rolling of non-ferrous metals and their alloys International Symposium on NDT, the 8-th Conference on NTD of ChSNDT 2003, p 149-162

17 Артемьев Б В, Ведерников МБ, Гусев BE, Маслов А И Предельные возможности радиографического контроля протяженных объектов в не стационарных условиях при использовании импульсных

рентгеновских аппаратов Сарма / Кн Международная конференция Промышленный неразрушающий контроль Москва 2003г, с 85-86

18 Artemiev В V, Influence of the size of a focal stain and anodi voltage of a x-ray tube on resolution at the radiographic control and examples of typical defects of welded connections of extended objects revealed at the control in not stationary conditions / International Symposium on NDT, the 8-th Conference on NTD of ChSNDT 2003, p 271-280

19 Артемьев Б.В Анализ возможностей использования рентгеновских толщиномеров на реверсивных станах для измерения толщины проката цветных металлов / Международная конференция Промышленный неразрушающий контроль Москва 2003г

20 Артемьев Б В , Маслов А И , Волчков Ю Е и др Типичные дефекты сварных соединений протяженных объектов выявляемые при контроле в нестационарных условиях /Кн Всероссийская конференция с международным участием "Сварка на рубеже веков" Москва 2003г с 87-102

21 Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г Будадин О Н Колганов В И Автоматизированный многоканальный неразрушающий контроль крупногабаритных изделий из полимерных композиционных материалов В кн «Проблемы производства ракетно-космических систем» РАКЦ, М - 2003 г , с 64-71

22 Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г , Будадин О Н Троицкий-Марков Т Е Тепловой неразрушающий контроль теплофизических характеристик материалов В кн «Проблемы производства ракетно-космических систем» РАКЦ, М - 2003 г, с 72-83

23 Артемьев Б В Анализ возможности измерения толщины напыления металла на массивной основе Контроль Диагностика №5 2003 г, с

24 Артемьев Б В Стабилизация спектра и потока источника зондирующего излучения для рентгеновской толщинометрии Контроль Диагностика №5 2003 г , с

25 Патент РФ N 2172930 Рентгеновский толщиномер Оп 27 08 2001 Бюл N24 Артемьев Б В , Егоров И В , Ролик В А и др

26 Патент РФ N 2159408 Рентгеновский измеритель толщины Оп 20 11 2000 Бюл N32 Артемьев Б В , Ведерников Б Г, Егоров И В , Ролик В А идр

27 Патент РФ N 2167468 Рентгеновский импульсный излучатель Оп 20 05 2001 Бюл №14 Артемьев Б В , Егоров И В , Ролик В А и др

28 Патент РФ N2172268 Устройство для контроля рельефа поверхности износа головки рельса Оп 20 08 2001 - N45 Артемьев Б В , Запускалов В Г , Маслов А И , и др

29 Патент РФ N 2194332 Рентгенопрозрачная ионизационная камера Оп 10 12 2002 Бюл №34, Артемьев Б В , Владимиров Л В , Маслов А И , и др

30 Патент РФ N2180695, Мобильный комплекс для контроля параметров верхнего строения пути Опубл 20 03 2002 Бюл №7 Артемьев Б В , Маслов А И , ЗапускаловВ Г, и др

31 Патент РФ N 2189031, Радиационный интроскоп Опубл 10 09 2002 Бюл №25 Артемьев Б В , Маслов А И , Лукьяненко Э А , и др

32 Патент РФ N 2179706, Рентгеновский измеритель толщины Опубл 20 02 2002 Бюп №5 Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г , и др

33 Патент РФ N 2190282, Рентгеновский излучатель Опубл 27 09 2002 Бюл №27 Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г , и др

34 Патент РФ N 2189008, Рентгеновский толщиномер Опубл 10 09 2002 Бюл №25 Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г , и др

35 Патент РФ N 2184934 Устройство для измерения толщины Опубл 10 07 2002 Бюл №19 Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г , и др

36 Патент РФ N 2194333 Ионизационная камера Опубл 10 12 2002 Бюл №34 Артемьев Б В , Владимиров Л В , Маслов А И , и др

37 Рентгеновский измеритель параметров проката // Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г , и др положительное решение ФИПС по заявке №2002130541

38 Рентгеновский способ измерения толщины листовых изделий // Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г, и др положительное решение ФИПС по заявке №2002127427

39 Устройство для рентгеновского контроля толщины листовых изделий // Артемьев Б В, Маслов А И, Запускалов В Г, и др положительное решение ФИПС по заявке №2002127428

40 Рентгеновский измеритель толщины // Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г и др положительное решение ФИПС по заявке №2001124755

41 Рентгеновский толщиномер II Артемьев Б В, Маслов А И Запускалов В Г, и др положительное решение ФИПС по заявке №2001132220

42 Способ метрологического обеспечения рентгеновских аппаратов II Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г , и др положительное решение ФИПС по заявке №2002101874

43 Стенд для проверки рентгеновских толщиномеров // Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г , и др положительное решение ФИПС по заявке №2002100144.

44 Рентгеновский измеритель толщины // Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г, и др положительное решение ФИПС по заявке №2002106446

45 Рентгеновский способ измерения толщины стенки соединительных элементов трубопроводов II Артемьев Б В , Маслов А И , Запускалов В Г , и др положительное решение ФИПС по заявке №2002111275

46 Переносное устройство автоматизированной диагностики рентгеновских толщиномеров // Артемьев Б В , Маслов А И Запускалов В Г , и др положительное решение ФИПС по заявке №2002131952

РНБ Русский фонд

2006-4 33820

i г m ДО*

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ В НЕРАЗРУШАЮШЕМ КОНТРОЛЕ ИЗДЕЛИЙ

МАШИНОСТРОЕНИЯ

1.1. Методы радиационного НК

1.1.1. Вычислительная томография (ВТ)

1.1.2. Радиометрический метод (РМ) нк

1.1.3. Радиографический метод нк

1.1.4. Радиоскопия

1.2. Средства радиационного hepазрушающего контроля 1 о

1.2.1. Источники ионизирующего излучения

1.2.2. Формирование полей проникающего излучения для целей радиационного НК

1.2.3.приемники рентгеновского излучения

1.3. Рентгеновская толщинометрия 20 Выводы

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕНТГЕНОВСКИХ ТОЩИНОМЕРОВ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ПЕРЕМЕННОГО ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ГЕОМЕТРИИ

2.1. Исследование основных погрешностей метода и оценка их влияния на метрологические характеристики рентгеновского толщиномера

2.2. Анализ характеристик рт и выбор оптимальных параметров источника излучения

2.3. Анализ параметров РТ и выбор рационального приемника излучения

2.4. Анализ возможностей использования обратнорассеянного излучения в задачах измерения толщины

2.5. Расчет параметров рентгеновского сканера и роль рассеянного излучения при рентгеновском контроле выводы

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА РЕНТГЕНОВСКОГО СКАНИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА С МОДИФИЦИРУЮЩЕЙСЯ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИЕЙ И СОЗДАНИЕ РЕНТГЕНОВСКИХ ТОЛЩИНОМЕРОВ НА ЕГО ОСНОВЕШ

3.1. Разработка и обоснование предлагаемого метода модификации передаточной функции

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ ТОЛЩИНЫ РИТ

4.1 .Состав и алгоритм работы рентгеновского толщиномера РИТ10.

4.2. Функциональные блоки РИТ10.5 и их выходные параметры

4.2.1. Система автоматической коррекции нестабильности спектра и потока источника зондирующего излучения

4.2.2. Система термостабилизации аналого-цифрового преобразователя и блоков предварительного усилителя

4.2.3. Система автоматической калибровки 134 4.3.Экспериментальное исследование возможностей РИТ10.6М

4.3.1. Время выхода на показание

4.3.2. Долговременная нестабильность толщиномера и величина случайной составляющей погрешности

4.3.3. Чувствительность системы 140 Выводы

ГЛАВА 5. УНИВЕРСАЛЬНАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ РАДИАЦИОННОГО НК ОБЪЕКТОВ С ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ И ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ГЕОМЕТРИЕЙ

5.1. КИК типа РИТ10 для динамического радиационного НК

5.2. Метрологическое обеспечение разработанных КИК типа РИТ10 для радиационного нк объектов с переменной толщиной стенки и изменяющейся геометрией и химическим составом

5.3. радиационная безопасность

5.4. Патентная чистота и защита технических реализаций

5.5. Дополнительное оборудование для рентгеновских толщиномеров 161 Выводы

Системы и комплексы машин, оборудования и приборов самого разнообразного технико-экономического уровня являются основой, которая должна внести коренные изменения в технологию и организацию производства, поднять производительность труда, снизить материалоемкость и энергоемкость продукции и улучшить ее качество, кардинальным образом снизить вероятность техногенных катастроф.

Весьма привлекательным в радиационных методах НК является удобство анализа внутренней структуры объекта контроля, предъявляемой в виде реального визуально воспринимаемого изображения. Указанное обстоятельство объясняет высокие темпы роста и значительные материальные ресурсы, вкладываемые в данную отрасль отечественного приборостроения.

За последние 30-35 лет сформировалось несколько направлений радиационной диагностики. Одной из таких задач является проблема контроля цилиндрических объектов с переменной толщиной стенки и изменяющейся геометрией в нестационарных производственных условиях.

С точки зрения предмета исследования методами радиационной дефектоскопии типичными объектами, кроме цилиндрических изделий с переменной толщиной стенки, являются листовые материалы из цветных и черных металлов и их сплавов, а также изделия из бериллия, пластмасс, углеродистых и борных нитевидных кристаллов, которые можно интерпретировать как стационарные объекты и соответственно нестационарные объекты; это струи многофазных дисперсных сред, топливовоздушные смеси, деформации металла в условиях импульсных нагрузок, разнообразные взрывные и баллистические процессы и т.п. Термин "стационарные объекты" употребляется в общепринятом смысле и означает, что в процессе экспонирования объекта ионизирующим излучением радиационное изображение не претерпевает трансформаций, обусловленных взаимным перемещением источника и собственно объекта. Для стационарных объектов получение визуально воспринимаемой картины изображения происходит во временном интервале, допускающем сравнительно длительное экспонирование без нарушения цикла технологического процесса. Например, радиационный НК литья осуществляется в конце технологической цепочки изготовления на этапе так называемого выходного контроля готовой продукции.

Совсем другие требования предъявляются к НК в тех случаях, когда исследуемый объект не только скрыт от визуального наблюдения, но и находится в движении. Здесь изображение контролируемого объекта может быть получено только посредством одиночного очень короткого импульса проникающего излучения или короткой выборкой показаний детектора, принимающего непрерывный аналоговый сигнал. Именно такую ситуацию будем называть обобщенным термином «динамический радиационный НК». Динамический радиационный НК отличается от широко известного стробоскопического метода радиационной дефектоскопии, когда управляемый источник ионизирующего излучения генерирует серию импульсов, синхронизированных с циклическим или периодическим движением. Отличительная специфика нестационарных объектов состоит в том, что характер проявления процессов трудно предсказуем. Повторение конкретного эксперимента, допустим деформации металла под воздействием валков прокатного стана, не приведет к желаемому результату, т.к. развитие отдельных фрагментов процесса каждый раз проявляется по-новому [68]. Для нестационарных объектов как раз знание закономерностей протекания отдельных фаз того или иного динамического процесса представляет наибольший интерес.

Независимо от физического состояния контролируемого объекта их объединяет общность задач формирования и визуализации радиационного изображения. Если интерпретировать объект с переменной толщиной стенки как ступенчатый клин, то, как это показано на рис.0.1, в пределах динамического диапазона радиационного преобразователя (РП) при заданных параметрах рабочего пучка ионизирующего излучения контраст элементов I-IV теневого изображения отличается друг от друга. Явно выраженная разнотолщинность определяет отличительные признаки реализации радиационного метода НК. Действительно, даже если в идеальном бездефектном изделии с переменной толщиной стенки рабочий пучок ионизирующего излучения поглощается по-разному, то визуализация неоднородного радиационного изображения представляет достаточно сложную задачу. В то же время для НК нестационарных объектов использование компенсаторов, как это принято при контроле литья, невыполнимо. Здесь требуется создание новых методов и аппаратуры НК, посредством которой достигается коррекция неравномерности толщины.

Рис.0.1. Формирование светотеневого изображения ступенчатого клина

1 - зондирующее излучение,

2 - ступенчатый клин; 3 - РП

На рис. 0.2 показаны продольный и поперечный профили полосы проката.

40,00 20,05 0,00 -20,00 -10,00

Рис. 0.2. Продольный и поперечный профили полосы проката

Таким образом, аппаратуру радиационного НК изделий с переменной толщиной стенки и изменяющейся геометрией объединяет общность задачи проектирования, заключающаяся в создании технических средств, работающих в широком динамическом диапазоне (до 105) и компенсирующих изменение спектра излучения, приходящего на детектор, обусловленное собственной существенной разнотолщинностью объекта. Отличительные признаки НК вышеупомянутого класса объектов контроля требуют дополнительных исследований : а) исследования переноса излучения со сплошным спектром через барьеры * переменной толщины для изучения закономерностей натекания рассеянного излучения в точку детектирования;

6) определения влияния особенностей взаимодействия ионизирующего излучения с чувствительным элементом приемника излучения применительно к выработке рациональных методик и аппаратурных решений, повышающих надежность, производительность и чувствительность НК изделий сложной формы.

Целью исследований является развитие теории радиационного метода НК цилиндрических изделий с переменной толщиной стенки и изменяющейся геометрией и разработка универсального приборного комплекса рентгеновской толщинометрии, перекрывающего полный технологический цикл прокатных заводов по толщине, сортаменту металлов и их сплавов.

Создание универсальных рентгеновских толщиномеров позволит расширить функциональные возможности радиационных методов при отработке новых технологий промышленного производства широкого ассортимента изделий машиностроения и их диагностики.

В диссертации рассматриваются и выносятся на защиту следующие основные положения:

1. Теоретическое исследование переноса ионизирующего излучения со сплошным спектром через объекты сложной геометрической формы с переменными толщиной и химическим составом.

2. Разработка методов преобразования реально неоднородного радиационного поля и способов коррекции результатов измерения с учетом изменяющегося химического состава объекта контроля.

3. Новый способ измерения толщины с помощью рентгеновского излучения.

4. Новые технические решения по построению узлов и блоков универсальных рентгеновских толщиномеров с повышенной чувствительностью и производительностью контроля.

5. Практическое применение разработанной методики в плане создания и широкого внедрения в металлургическую промышленность КИК для рентгеновской толщинометрии металлов.

По теме диссертации опубликовано 36 печатных работ, в том числе 22 патента РФ и положительных решения ФИПС на изобретения, две монографии. Три работы сданы в печать.

Основные результаты и выводы

Создана методика расчета средств рентгеновского контроля толщины проката переменного химического состава и геометрии, позволившая разработать, создать и внедрить в металлургическую промышленность новые типы рентгеновских КИК для измерения толщины стенки труб и листового проката.

Разработаны новые типы высокостабильных рентгеновских источников с анодным напряжением до 180 кВ и оптимизированных для данных энергий детекторов.

Созданы гетерогенные ионизационные камеры с различным Z эмиссионных покрытий и комбинированные камеры, обладающие высоким энергетическим разрешением.

Впервые в России и СНГ разработан и внедрен в промышленность ряд принципиально новых рентгеновских толщиномеров серии РИЛ 0.1 - РИЛ 0.5, с суммарной погрешностью измерения 0,1 %, достигнутой только в лучших моделях рентгеновских толщиномеров "Tosgage 5521я - "Toshiba" (Япония), "DS5041" - "Daystrom" (Англия).

Разработан и внедрен способ модификации передаточной функции всего тракта источник - контролируемое изделие - детектор, позволяющий значительно упростить схему блока обработки сигнала и исключить необходимость перенастройки рентгеновского толщиномера при смене марки проката (изменении химического состава контролируемого объекта).

Систематизированы факторы, влияющие на быстродействие рентгеновских толщиномеров, работающих в системах автоматического управления.

Разработана методика расчета оптимальных значений для низко- и высокочастотных изменений толщины, а также спектральной плотности продольной и поперечной разнотолщинности.

Разработана методика расчета оптимальных значений погрешностей рентгеновских толщиномеров для однолучевых схем. Проведенный теоретический и экспериментальный анализ выбора схем построения рентгеновских толщиномеров показал, что для правильного выбора необходимо иметь априорную информацию как о параметрах контролируемого объекта, так и о параметрах рентгеновского толщиномера.

Проведен анализ различных методов спектрального согласования чувствительности, осуществляемых за счет выбора или проектирования детекторов.

Проведены сравнительные теоретические и экспериментальные исследования гомогенных плоскопараллельных камер с заполнением измерительного объема ксеноном и аргоном и гетерогенных камер с различным эмиссионным покрытием.

Такой тип толщиномеров отвечает всем требованиям прокатного производства и заменит ныне существующие во всех отраслях металлургии.

1. На основании новых запатентованных способов измерения толщины при помощи рентгеновского излучения (пат. 2179706, 2159408), новых устройств для измерения толщины (пат. 2189008, 2172930), высокостабильных детекторов рентгеновского излучения с расширенным динамическим диапазоном (пат. 2194332, 2194333) и источников рентгеновского излучения повышенной стабильности (пат. 2190282, 2167468) была разработана методология разработки высокоэффективных рентгеновских толщиномеров (РТ), на основе которой получила дальнейшее развитие теория рентгеновской толщинометрии (кн. "Рентгеновская толщинометрия металлов").

2. На предложенной автором теории создана математическая модель системы источник - объект контроля - детектор, на базе которой разработана методика для расчета РТ под конкретные технические требования и задачи контроля.

3. Определены аналитические зависимости для расчета параметров узлов и блоков РТ, необходимых для получения оптимального отношения сигнал/шум, позволившие разработать единые критерии оценки точности измерений толщины.

4. По результатам моделирования был создан лабораторный макет контрольно-измерительного комплекса РТ, посредством которого определены новые закономерности изменения сигналов и предложены новые способы измерения толщины (решения о выдаче патентов по заявкам 2002127427, 2002127428, 20021124755, 2002111275, 2002106446, 2002131953, 2002130541, пат. 2184934).

5. Проведен экспериментальный анализ созданной системы и разработан новый способ метрологического обеспечения рентгеновского аппарата (решения о выдаче патентов по заявке 2002101874).

1. Артемьев Б.В., Шейкин Ю.В. Исследование и разработка средств рентгенотелевизионного контроля крупногабаритных и толстостенных изделий. Современные физические методы и средства неразрушающего контроля. М., 1988. С. 128-135.

2. Артемьев Б.В., Шейкин Ю.В. Разработка сканирующей системы детектирования ионизирующего излучения для высокоэнергетического вычислительного томографа. Современные физические методы и средства неразрушающего контроля. М., 1988. С. 147-152.

3. Артемьев Б.В., Гусев Е.А., Потапов В.Н. О выборе параметров источника тормозного излучения и роли рассеянного излучения при томографическом контроле//Дефектоскопия. 1991. № 9. С.36-44.

4. Артемьев Б.В., Гусев Е.А., Мельникова Л.А., Потапов В.Н. Некоторые вопросы контроля изделий с помощью рассеянного фотонного излучения//Дефектоскопия. 1991. №4. С. 18-20.

5. Артемьев Б.В., Маслов А.И., Гусев Е.А., Запускалов В.Г. Малогабаритный рентгеновский импульсный аппарат для контроля объектов в нестационарных условиях.// Контроль. Диагностика., № 7, 2000 г., С. 21-22.

6. Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г. и др. Рентгеновский измеритель толщины стенки труб для магистральных трубопроводов// 3-я Международная конференция «Диагностика трубопроводов». Доклады. М., 2001 г., С. 122-123.

7. Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г. и др. Теоретическое исследование взаимодействия рентгеновского излучения с поглотителем сложной геометрической формы в динамике// Контроль. Диагностика. -20001.-№3, С. 17-20.

8. Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г. и др. Выбор параметров рентгеновского излучения при контроле магистральных труб переменной толщины и геометрии// 3-я Международная конференция «Диагностика трубопроводов». Кн. доклады. М., 2001 г., С.120-121.

9. Артемьев Б.В., Рентгеновская толщинометрия металлов, М., Машиностроение, 2002 г., 104 с.

10. Артемьев Б.В. Использование сканирующих измерителей толщины для определения качества сварных швов роликовой и точечной сварки в массовом производстве. Всероссийская конференция с международным участием "Сварка на рубеже веков" М., 2003 г., С. 67-74.

11. Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., Новые технологии в рентгеновской толщинометрии, М., Машиностроение, 2003 г., 120 с.

12. Artemiev B.V., Possibilities of X-ray thickness gauges on monitoring thickness of rolling of non-ferrous metals and their alloys// International Symposium on NDT, the 8-th Conference on NTD of ChSNDT, 2003, P.149-162.

13. Артемьев Б. В. Анализ возможностей использования рентгеновских толщиномеров на реверсивных станах для измерения толщины проката цветных металлов.// Международная конференция. Промышленный неразрушающий контроль. М.,2003г.

14. Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., Будадин О.Н., Троицкий-Марков Т.Е. Тепловой неразрушающий контроль теплофизических характеристик материалов.//Проблемы производства ракетно-космических систем РАКЦ, М., 2003 г., С.72-83.

15. Артемьев Б.В. Анализ возможности измерения толщины напыления металла на массивной основе. Контроль. Диагностика. №5, 2003 г., С.24-25.

16. Артемьев Б.В. Стабилизация спектра и потока источника зондирующего излучения для рентгеновской толщинометрии. Контроль. Диагностика. №5 2003 г., с.27-29.

17. Патент РФ N 2172930. Рентгеновский толщиномер. 0л.27.08.2001 Бюл. N24. Артемьев Б.В., Егоров И.В., Ролик В.А. и др.

18. Патент РФ N 2159408. Рентгеновский измеритель толщины. Оп.20.11.2000 Бюл. N32. Артемьев Б.В., Ведерников Б.Г., Егоров И.В., Ролик В.А. и др.

19. Патент РФ N 2167468 Рентгеновский импульсный излучатель. Оп.2005.2001 Бюл.№14. Артемьев Б.В., Егоров И.В., Ролик В.А. и др.

20. Патент РФ N2172268. Устройство для контроля рельефа поверхности износа головки рельса. Оп. 20.08.2001.- N45. Артемьев Б.В., Запускалов В.Г., Маслов А.И., и др.

21. Патент РФ N 2194332. Рентгенопрозрачная ионизационная камера. Оп.10.12.2002 Бюл.№34, Артемьев Б.В., Владимиров Л.В., Маслов А.И., и др.

22. Патент РФ N2180695, Мобильный комплекс для контроля параметров верхнего строения пути. Опубл. 20.03.2002 Бюл.№7. Артемьев Б.В., Маслов А.И., ЗапускаловВ.П, и др.

23. Патент РФ N 2189031, Радиационный интроскоп. Опубл. 10.09.2002 Бюл. №25. Артемьев Б.В., Маслов А.И., Лукьяненко Э.А., и др.

24. Патент РФ N 2179706, Рентгеновский измеритель толщины. Опубл.2002.2002 Бюл.№5. Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., и др.

25. Патент РФ N 2190282, Рентгеновский излучатель. Опубл. 27.09.2002 Бюл. №27. Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., и др.

26. Патент РФ N 2189008, Рентгеновский толщиномер. Опубл. 10.09.2002 Бюл. №25. Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., и др.

27. Патент РФ N 2184934 Устройство для измерения толщины. Опубл. 10.07.2002 Бюл. №19. Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., и др.

28. Патент РФ N 2194333 Ионизационная камера. Опубл. 10.12.2002 Бюл. №34. Артемьев Б.В., Владимиров Л.В., Маслов А.И., и др.

29. Рентгеновский измеритель параметров проката. // Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., и др. положительное решение ФИПС по заявке №2002130541.

30. Рентгеновский способ измерения толщины листовых изделий. // Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., и др. положительное решение ФИПС по заявке №2002127427.

31. Устройство для рентгеновского контроля толщины листовых изделий. // Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., и др. положительное решение ФИПС по заявке №2002127428.

32. Рентгеновский измеритель толщины. // Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., и др. положительное решение ФИПС по заявке №2001124755.

33. Рентгеновский толщиномер. //Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., и др. положительное решение ФИПС по заявке №2001132220.

34. Способ метрологического обеспечения рентгеновских аппаратов. // Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., и др. положительное решение ФИПС по заявке №2002101874.

35. Стенд для проверки рентгеновских толщиномеров. // Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., и др. положительное решение ФИПС по заявке №2002100144.

36. Рентгеновский измеритель толщины. // Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., и др. положительное решение ФИПС по заявке №2002106446.

37. Рентгеновский способ измерения толщины стенки соединительных элементов трубопроводов. //Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., и др. положительное решение ФИПС по заявке №2002111275.

38. Переносное устройство автоматизированной диагностики рентгеновских толщиномеров. // Артемьев Б.В., Маслов А.И., Запускалов В.Г., и др. положительное решение ФИПС по заявке №2002131952.

39. Биченков Е.И., Полюдов В.В., Рабинович Р.Л. Импульсный аппарат жесткого рентгеновского излучения. ПТЭ, 1974, N 3, с.208-210.

40. Вавилов С.П., Горбунов В.И. Импульсное рентгеновское излучение в дефектоскопии. М.: Энергоатомиздат, 1985, 80 с.

41. Вайнберг Э.И., Казак И.А., Гончаров В.И., Курозаев В.П. Чувствительность рентгеновской вычислительной томографии при контроле промышленных изделий с локальными дефектами.//Дефектоскопия, 1980, N 10, с. 14-20.

42. Владимиров Л.В. Комплексные исследования по выбору экспозиционных доз в рентгенографии и физические принципы проектирования приборов автоматического экспонирования. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. Москва, 1983 год.

43. Верещагин И.К. Электролюминесценция кристаллов. М.:Наука, 1974,280 с.

44. Вольдсет Р. Прикладная спектрометрия рентгеновского излучения. М. Атомиздат, 1977 г., 190с.

45. Вторичное излучение электронов. Ковалев В.П. М.: Атомиздат, 1979,198 с.

46. Гусев Е.А., Лукьяненко Э.А., Мелехин В.Н. Микротроны в дефектоскопии. сб. научи, тр. Научно-исследовательский и конструкторский инт испытательных машин, приборов и средств измерения масс. - М.: НИКИМП, 1974, вып. 6, с. 115-119.

47. Гусев Е.А. Разработка методов и создание универсальной аппаратуры радиационного нерзрушающего контроля объектов с переменной толщиной стенки и изменяющейся геометрией. Дисс-я на соискание уч. степени д.т.н.-М.,1986.

48. Горбунов В.И. Разработка бетатронов промышленного и научного использования. Всесоюзное научно-техническое совещание по использованию ускорителей в народном хозяйстве и медицине.Л., ШИЭФА, 1971, с. 1-13.

49. Диденко А.Н., Григорьев В.П., Усов Ю.П. Мощные электронные пучки и их применение. М.: Атомиздат, 1977, 350 с.

50. Добромыслов В.А., Румянцев С.В. Радиационная интроскопия. М.: Атомиздат, 1972, 352 с.

51. Завьялкин Ф.М. Радиометрический метод гамма-дефектоскопии с использованием заполнителей. диссертация на ученую степень канд.техн.наук. -Томск. 1969, 150 с.

52. Завьялкин Ф.М., Осипов С.П. Влияние нестабильности параметров пучка тормозного излучения на точность радиометрических измерений.-Дефектоскопия, 1089.-N2, с.36-40.

53. Зелинский К.Ф., Трошкин И.А., Цукерман В.А. Переносные установки с импульсным трансформатором дяя получения коротких рентгеновских вспышек. ПТЭ, 1963, N 2, с. 140.

54. Капица С.П., Мелехин В.Н., Микротрон. М.: Наука, 1969,212 с.

55. Клюев В.В., Вайнберг Э.И., Казак И.А., Курозаев В.П. Вычислительная томография новый рентгеновский метод неразрушающего контроля, -Дефектоскопия, 1980, N 3, с.43-60.

56. Клюев В.В., Шифрин А.М., Кривобородов В.А. Оборудование для механизации тяжелых и трудоемких работ в черной металлургии. №21-75-3/7. М.НИИИНФОРМТЯШМАШ, 1975г. 50с.

57. Кольчужкин А.М., Учайкин В. В. Введение в теорию прохождения частиц через вещество.-М.: Атомиздат. 1978.-256 с.

58. Комяк Н.И., Пеликс Е.А. Новые импульсные рентгеновские аппараты типа ИРА-1 и ИРА-1 Д. Дефектоскопия, 1967, N 5, с.91-94.

59. Ландау Л.Д., Лифшиц Б.М. Квантовал механика. М., ФИЗГЛАТГИЗ, 1963., 704 с.

60. Лаппа А.В., Бурмистров Д.С. Метод расчета квантовых флуктуаций и выявляемое™ дефектов в радиографических и интроскопических системах. -Дефектоскопия. 1989,- N11, с.29-38.

61. Леонов Б.И., Соснин Ф.Р. Методы и средства радиационной дефектоскопии. М.: Знание, 1984, 54 с.

62. МаделунгО. Физика твердого тела. М., Наука, 1985, 184 с.

63. Маслов А.И. Рентгеновская толщинометрия проката в поточном производстве. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. -М., 1997.

64. Месяц Г.А., Иванов С.И., Комяк Н.И., Мощные нано-секундные импульсы рентгеновского излучения. М.: Энергоатомиздат, 1983, с.3-165.

65. Неразрушающий контроль и диагностика. Под редакцией Клюева В.В., М. Машиностроение 1995 г., 488с.

66. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). Минздрав России 1999,115 с.

67. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99). Минздрав России 2000, 99 с.

68. Основы метрологии и теории точности измерительных устройств. Короткое В.П., Тайц Б.А.,М. Издательство стандартов., 1998 г., 352 с.

69. Оптоэлектроника. Носов Ю.Р. М. Сов.Радио.,1987 г.,232 с.

70. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник в 2-х кн./Под ред. В.В.Клюева.- М., Машиностроение.-"!986.-кн.1, 488 е.; кн.2, 352 с.

71. Приборы неразрушающего контроля толщины в машиностроении. Гусев Е.А., Королев М.В., и др., М., Машиностроение, 1993 г. 144с.

72. Применение цифровой обработки сигналов. Под ред.Оппенгейма Э. Пер. с англ. М., Мир, 1980, 540 с.

73. Промышленная радиационная интроскопия.,Клюев В.В., Леонов Б.И., Соснин Ф.Р., Гусев Е.А., Кронгауз АН.,- М., Энергоатомиздат, 1985. 136 с.

74. Прохождение излучений через неоднородности в защите. Под ред. О.И.Лейпунского., В.Н.Машковича. М., Атомиздат, 1968, 150 с.

75. Погрешности измерений. Рабинович С.Г. М.,Энергия 1978 г. 262с.

76. Рентгенотехника, справочник. В 2-х кн. Под ред. В.В.Клюева. М., Машиностроение, 1980. Кн.1 -431 с.

77. Румянцев С.В. Радиационная дефектоскопия. 2-е изд., М., Атомиздат, 1974, 512 с.

78. Румянцев С.В., Добромыслов В.А., Борисов О.А. Типовые методики радиационной дефектоскопии и защиты., М., Атомиздат, 1979, 200 с.

79. Румянцев С.В., Штань А.С., Попов Ю.Ф. Справочник рентгено- и гамма-дефектоскопии. М., Атомиздат, 1969, 276 с.

80. Румянцев с.В., Штанъ А.С., Гольцев В.А. Справочник по радиационным методам неразрушающего контроля. Под ред. С.В.Румянцева, М., Энергоиздат, 1982, 240 с.

81. Соколов В.А. Исследование, разработка и внедрение рентгеновских толщиномеров холодного и горячего проката на непрерывных станах. Дис. На соискание степени к.т.н. М., 1983г.

82. Соснин Ф.Р. Теоретические и прикладные исследования по оптимизации систем радиационной интроскопии. Дис. докг. техн. наук. - М., ДСП, 1982, 354 с.

83. Таблицы физических величин. Под ред. Кикоина И.К. М., Атомиздат, 1976 г., 1008 с.

84. Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок. М., Мир, 1985г.

85. Толченое Ю.М., Чепек А.В. Режим работы управляемой импульсной рентгеновской трубки с холодным катодом. ПТЭ, 1973, N 3,с.218-219.

86. Томмер Г. В кн.: Физика быстропротекающих процессов. Пер. с англ. Под ред. Н.А. Златина. М., Мир, 1971, т.1, с.336-381.

87. Фано У., Спенсер Л., Бергер М. Перенос гамма-излучения. Пер. с англ. Под ред. Г.И.Марчука. М.: Госатомиздат, 1963, 284 с.

88. Хараджа Ф.Н. Общий курс рентгенотехники. М., Госэнергоиздат, 1956,564 с.

89. Цукерман В.А, Манакова М.А. Источники коротковолновых рентгеновских вспышек для исследования быстропротекающих процессов. ЭТФ, 1957, т.27, вып.2, с.391-403.

90. Шифрин А.М., Иванов В.А., А.Б. Розенберг и др. Разработка средств и систем автоматизации прокатного производства.М., Сталь, 1985 г. № 3. , С. 4850.

91. Adolfs P., Muller P., Schulte Е. Simple flash X-ray tubes with a new type cathode. G.Phys.E: Sei.lnstrum., 1978, v.11., p.537-540.

92. Bichenkov E.I., Ovsiannikov V.L., Pal'chikov E.I. Doze and duration measurement of X-ray flash dependent on discharge circuit parameters. XI Intern.Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. Berlin, GDR, Sept. 24-28, 1984.

93. Burch S.P. Digital image processing in NDT. Res. Techn. NDT. Vol.7 London e.a. 1984, 1-35.

94. Chalmeton V. Chaine de radioscopie 400 kV avec intensificateur a galette de microcanaux. Acta Electronica 1977, 20, n.1,. p.53-64.

95. Coleman C.I., Boksenberg A. Image intensifies. Contemp. Phys., 1976, V.17, n.3, p.209-236.

96. Dainmann H. Model MTF for conventional X-ray imaging systems. Optica Acta, 1977, 24, n.4, p. 385-390.

97. Driad В., George G.P., Guyot L.F. ^intensification dAimage en radiologie medicale et industrielle. Rev.techn.Thomson - CSF, 1976, 8, n.4, P. 721-779.

98. Preytag G.P. Un generateur a ragons X eclairs. Rev. Techn. Thomson-CSP, 1976, v.6, n.3, p. 799-817.

99. Germer R. X-ray flash techniques. G. Phys. E: Sci.lnstrum., 1979, E12, n.5, P. 336-350.

100. Gilbert G. High energy flash radiography. British Journ. Of .2 NDT, 1979, v.21, n.5, p. 267-273.

101. Image Intensifies. Electronic Application News, 1978, 15, p. 3-13.

102. Internationale Konferenz uber Zerstorungsfreie Prufing inder Kerntechnik. -Lindau, 25-27 Mai, 1981, Berlin, 1981, 716 S.

103. Jamet P., Thomer G. Plash radiography. Scientific publishing company. Amsterdam Oxford New York, 1976, 192 p.

104. Kenney E.S., Jacobs A.M. dynamic radiography for nondestructive testing. Research Techniques in Nondestructive Testing. London, Acad. Press, 1977, p. 217243.

105. Lavender J.D. Non-destructive testing. Foundry Trade J., 1983 v. 154, n. 3261, p. 489-504.

106. Link R. , Nuding W. , Sauerwein K. Radioscopie als automatisierbares Verfahren der Durchstrahlurgsprufung. Atomwivt. - Atomtechn. 1983, 28, n. 11, 554558.

107. Mattsson A. A high intensity flash X-ray tube. Physica Scripta., 1972, v. 6, n. 2-3, p. 172-174.

108. More N. Application of novel techniques of medical imaging to the nondestructive analysis of carbon-carbon composite materials. Duel. Instrum. and Meth. Phys. Res., 1983, n. 2-3, 531-536.

109. Placious R. Radiographic variables and weld flaw analysis. -U.S. Dep. Commer. Nat. Bur. Stand. Spec. Publ., 1982, n. 621, p. 165-173.

110. Reinhard S. Grundprinzipien und Anwendungen optischer Pilterverfahren zur Bildverbesserung. Bild und Ton, 1982, 35, n.12,. s. 363-366, 384.

111. Pierce T.B., Huddleston J. The prillmmary investigation into on the potential use of tomographic techniques for the examination of mechanical components. J. Radional. Chem., 1983, 79. n. 2, p. 287-301.

112. Rose P., Heidt H. Verfahren der digitalen Bildverarbeitung zur Aufbereitung von Rontgenfilmen aus der Materialprufung. Intern Konf. Zerstorung-sfreil Prufung in der Kerntechnik. Lindau, 25-27 Mai 1981, S 173-182.

113. Tenbuseh Th., Werden B. Lagebericht zur zerstorungsfreien Prufung. -Qual. und Zuvelassing,. 1983, v. 28, n, 4, s. 101-104,111.

114. Vandraux X., Xusarek V., Batteux P. Application du traitemenet d*lmage numerique au controle non destructif des jantes d'automobiles en allige. leger par rayons X. Qualite. Rev. prat. Contr. ing. 1984, 23, n. 127, bis. 90,92,94,97.

115. Bridg В., Harirchian F., Imrie D.C., Mehrabi Y., Meragi A.R. Isometrik representation of data obtained using a Compton scaner.- NTS, 1988, 4, p. 1-10.

116. Bridg В., Harirchian F., Imria D.C., Mehrabi Y., Meragi A.R. Preliminary experiments with an automated thee-dimensional Compton Imaging System using a weak Barium-133 source.- Brit. J. N.T.D., 1989, N3, p. 134-139.

117. Koch H.W., Motz J.W. Bremsstrahlung Cross-Section formulas and Ralated Data.-Rev.Mod.Phys., 1959, 31, N4, p.920-955.

118. Barnea G., Dick С. E. Coupled electron/proton Monte-Karlo calculational of X-ray scttering with application to industrial radiographi.-NTD, International, 1987, 20, N2, p.111-115.

119. Набойщиков В.Д., Григорьева Т.О., Соколов В.А. и др. Рентгеновские толщиномеры холодного и горячего проката непрерывных станов. М., 1986. - 44 с. (ТС-7: Обзорн. информ./ИНФОРШРИБОР; Вып. I).

120. Пат. 58-3E32 Япония, МКИ G 01 В 15/02. Устройство для измерения толщины прокатных листовых изделий / Араи Томоя, Осида Сойти (Япония); Опубл. 06.07.83.

121. Пат. 58-31842 Япония, МКИ G 01 В 15/02. Устройство для измерения толщины с помощью гамма-лучей / Васими Тэпуо (Япония), Опубл. 08.07.83.

122. Weston Hacthay gages /Проспект фирмы Weston Controls a division of Pairchild. S.a 25p. CL1JA,.

123. Высокопрецизионный рентгеновский толщиномер для стального проката / ВИР. A-8I925. - М., 1985. - Пер. ст. из журн.: " Toshiba rab'. - 1983. - Т. 32, № 10. - С. 856-860.

124. Х-дучевой толщиномер фирмы Toshiba типа Tosgage 5511 / ВВД. -J6 Д-58404.-ГЛ., 2003.-2с.

125. Продукция Daystrom. http://www.xraygauge.com/Overview/Overview.htm

126. Продукция Toshiba http://www.tic.toshiba-Com.au/web/svstem/pmipro.htm

127. Измерение профиля в режиме "on-line" на прокатных линиях "Кэй-со" / ВЦП. К И-39238. - М., 1985. - С. 67-72.

128. Промышленные бесконтактные измерительные приборы для непрерывных листопрокатных процессов в металлургической промышленности. Daystrom Ltd. S. а, - 10 р. Великобритания.

129. Рентгеновский толщиномер типа DS-5010: Проспект Daystrom Ltd., 1999. 4р. - Великобритания.

130. Daystrom Ltd// Steel Times. 2002. - N 4. - P. 96.

131. And An X-Ray Sensor That's Alloy Insensitive // Metall Producing 1985. -N 8. - P. 147.

132. Rayinike by SEMS Inc.// Iron and Steel Engineer. 1985. - H 7. -P. 184.

133. Aluminium foil measurement. // Iron and Steel Engineer. 1995.N 8.- P. 91.

134. X-ray gages.//// Iron and Steel Engineer. 1999. -N 3. - P. 54-56.

135. Accu Ray Specialty Products Division // Iron and Steel Engineer. 2002. H 9. - P. 69.

136. Computer gagings system. // Metall Producing 2001. - N 11. - P. 124-126.

137. T Okino Technical Trend of X-Ray Thickness Gauge. // Fuchu Works, 1990, p. 69-72.

138. Storm E., Israel H. Photos cross sections from 0,001 to 100 MEV for elements 1 trough 100. Los Alamos 1967., 253 p.1. АКТ

139. Настоящий акт составлен представителями ШЛО "Спектр" и Магнитогорского металлургического комбината в том, что :

140. ШЛО "Спектр" в соответствии с договором № 5043Д/1920/23 ст 15.09.90г. "Изготовление и поставка шести рентгеновских толщиномеров РИТ-4 Г.Ш" изготовил шесть рентгеновских толщиномеров РИТ-4.

141. Пять толщиномеров находятся на ШК в ЛЩ-8, по обоюдной договоренности один оставлен в ШЛО "Спектр", как контрольный и буд^ отправлен на МЖ по первому- требованию заказчика-.

142. ММК полностью оплатило работы по договору №5043Д/1920/23от 15.06.1990 г. в соответствии с актами сдачи-приемки этапов.

143. Считать, что работы по договору №5043Д/1920/23 от 15.05.1990г. "Изготовление и поставка шести рентгеновских толщиномеров РИТ

144. ММК" полностью выполнеными.

145. От ШЛО "Спектр" : От'ММК :1. Начальник цеха КШпА1. ИСПОЛНИТЕЛЬ:

146. ЗАО МНПО «Спектр», ИНН 7704021320 Адрес: 119048, г. Москва, ул. Усачева, 35 «СБЕРБАНК РОССИИ» г. Москва ОСБ № 7812 Хамовническое г. Москва Р/сч. 4070281043100100783, К/сч. 30101810400000000225, БИК 0445252251. ЗАКАЗЧИК: ОАО «ЧТПЗ»

147. Адрес; 454129, г. Челябинск, ул. Машиностроителей, д. 271. АКТсдачи-приёмки научно-технической продукции согласно Договора 08/23 от 12.11.99 г.составлен

148. Наименование научно-технической продукции: «РАЗРАБОТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ ТОЛЩИ11Ы ХОЛОДНОГО ПРОКАТА»

149. Генеральный директор О «Спектр» В.В. Клюев 2001

150. От ЗАКАЗЧИКА: Главный инженер ОАОе1. ВЛЗ.чЙгнатьсвfM^v/. ? 2001

151. УТВЕРЖДАЮ" Технический директор Государственного унитарного предприятия Ангарскиий электролизный химический комбинат1. М.В. Сапожников2001г.

152. УТВЕРЖДАЮ" Зам. генерального директора JAO МНПО "Спектр"1. В.П. Прудовский2001г.внедрения научно1. АКТ-технических достижений

153. УТВЕРЖДАЮ" Технический директор Государственного унитарного предприятия Ангарскими электролизный химический комбинат1. М.В. Сапожников2001г.

154. УТВЕРЖДАЮ" Зам. генерального директора ЗАО МНПО "Спектр"Л1. В.П. Прудовский 2001г.1. АКТвнедрения научно технических достижений

155. Заведующий отделом л/а , .in А и- Маслов1. Оаеедующии сектором1. Б.В. Артемьев1. АКТвнедрения научно-технической продукции -рентгеновского толщиномера горячего проката на стане ДУО-850.

156. Годовой экономический эффект за 1998 год составил 168 тыс. рублей.от ЗАО МНПО "Спектр" Зав. НИ0-231. А. И. Масловот КзОЦМ Гл. метролог1. Б.Г. Ведерников