Процесс сканирования образца.
После того, как оператор закрепил объект контроля на рабочем столе устройства сканирующего и первоначально выбрал высоту расположения контролируемого сечения, весь процесс сбора измерительных данных, реконструкции томограммы, визуализации проекций и томограммы осуществляется автоматически под управлением вычислительного комплекса, поддерживаемого специализированным программным обеспечением томографа.
В процессе сканирования ОК перемещается возвратно-поступательно и циклически поворачивается в пространстве между рентгеновским источником и блоком детекторов. При этом на экран монитора непрерывно выводится служебная информация о работе томографа, и визуализируются откорректированные и отфильтрованные высокочастотным фильтром проекции p(m ∆r, n ∆φ), измеренные и накопленные на текущий момент сканирования.
Процесс сканирования завершается после поворота ОК на 180 или 360о визуализацией изображения реконструированной томограммы µт(mx∆l, mY∆l) исследуемого сечения ОК, после чего оператор приступает к интерактивной расшифровке результатов томографического контроля, их архивированию и документированию.
С целью расширения исследовательских возможностей в томографе предусмотрен режим цифровой рентгенографии, когда в процессе сканирования объект не поворачивается, а для выбранного оператором фиксированного угла просвечивания формируется двумерная проекция p(m∆r, n∆z), аналогичная традиционному рентгеновскому снимку. Этот режим позволяет получать цифровые рентгенограммы объекта контроля, а также детально планировать дальнейшее томографическое исследование, так как координаты Z режимов рентгенографии и томографии сопряжены с необходимой точностью.
Размеры рабочих полей рентгенограмм томографа ВТ-600ХА, полученные при напряжении до 450кВ или при энергии ускорителя до 5МэВ, по выбору оператора могут изменяться от 100х100мм до 600х800мм.
Комплекс специализированного программного обеспечения томографа ВТ-600ХА состоит из управляющей программы и нескольких десятков крупных программных модулей:
• Подготовка констант и формирование вспомогательных массивов.
• Сбор проекционных данных. Программный модуль включает: управление рентгеновскими источниками; управление устройством сканирующим, стойкой сменных излучателей, первичным и вторичными коллиматорами; управление чувствительностью блока детекторов; формирование калибровочных сигналов; сбор измерительной и диагностической информации в процессе сканирования.
• Оценка и коррекция систематических погрешностей измерительных каналов, логарифмирование, коррекция немоноэнергетичности и другие виды предварительной обработки проекционных данных.
• Сканирование и формирование цифровых рентгенограмм.
• Сканирование и формирование локальных томограмм в выбранных оператором зонах обзорной томограммы.
• Сканирование и реконструкция серии многослойных томограмм.
• Реконструкция двумерных томограмм по наборам разноракурсных проекций (в темпе сканирования и апостериорно).
• Дополнительная обработка двумерных цифровых томограмм, их визуализация (монохромная и в псевдоцвете) и интерактивная обработка.
• Реконструкция трехмерных томограмм по серии многослойных двумерных томограмм с построением продольных и наклонных томограмм.
• Архивирование и документирование результатов томографического контроля.
• Дистанционное управление всеми подсистемами томографа (автоматически и интерактивно с участием оператора).
• Диагностика различных подсистем томографа, его юстировка и настройка в процессе пуско-наладки и эксплуатации, а также ряд других программных модулей.
Экраны мониторов томографа являются основным источником восприятия томографической информации о внутренней структуре объекта контроля. По указаниям оператора, формируемым с помощью нескольких клавиш универсальной клавиатуры или мыши, вычислительный комплекс томографа выполняет много видов преобразований двумерных томограмм, такие как:
• изменение центра и ширины "окна" визуализируемых значений цифровой томограммы в пределах 16 бит;
• изменение градационного закона и цветовой шкалы визуализации;
• вывод на экран значений томограммы и координат указанного оператором элемента изображения;
• измерение линейных размеров, углов и площади структурных элементов, указанных оператором;
• определения статистических характеристик томограммы в пределах выбранной оператором зоны интереса;
• вывод и количественный анализ графика изменений значений томограммы вдоль указанного оператором отрезка прямой или окружности;
• распечатку на бумаге оцифрованного графика или изображения при указанных оператором параметрах и с необходимыми сопроводительными надписями;
• расчет гистограммы в пределах указанной области томограммы и в выбранном диапазоне значений;
• совместную обработку нескольких указанных оператором томограмм путем сравнения их изображений на экране, сложения или вычитания томограмм и т.п.;
• реконструкцию трехмерной томограммы с разрезами и количественным анализом продольных и поперечных сечений по всему объему объекта контроля;
• увеличение изображения указанного оператором фрагмента томограммы;
• дополнительную цифровую обработку томограммы (масштабирование ее значений, пространственную фильтрацию по указанному оператором алгоритму, повторную реконструкцию томограммы по ранее измеренным проекционным данным при выбранных оператором параметрах реконструкции, поворот томограммы и т.п.);
• архивирование томограмм и результатов ее обработки;
• поиск ранее полученной томограммы в архиве и ее интерактивное изучение;
• автоматическую визуализацию указанной последовательности томограмм и т.п.
Подготовка томографического комплекса к работе.
В зависимости от размеров и плотности контролируемого объекта выбирается источник рентгеновского излучения: для эквивалентной толщины стали до 50мм - рентгеновский аппарат с трубкой при напряжении до 450кВ, а для эквивалентной толщины стали от 50 до 150мм - импульсный томобетатрон. Установка источника в рабочее положение будет произведена автоматически перед процессом сканирования в зависимости от типа фокуса,
С помощью оптического изображения ОК с цветной линией-указателем контролируемого сечения проверьте и выберите окончательно положение контролируемого слоя по высоте ОК.
В зависимости от размера поперечного сечения объекта контроля устанавливается необходимый диаметр рабочего поля. Для начальной обзорной томограммы он должен превосходить фактический габарит поперечного сечения установленного ОК. Номер режима сканирования (1 ... 6), соответствующий выбранному размеру рабочего поля, будет автоматически указан в верхней строке диалогового окна.
В процессе сканирования на экране монитора отображаются минимальное и максимальное значения сигналов рентгеновских детекторов. Эти значения обычно должны находиться в пределах 2000 - 25000 (32000). Если этого не происходит, следует прервать процесс сканирования клавишей "ESC" и откорректировать код чувствительности детектора.
После завершения процесса сканирования выбранного сечения ОК рентгеновское излучение автоматически выключается, на экране монитора появляется реконструированная томограмма контролируемого сечения, а рабочий стол с ОК возвращается в исходное положение. Массив данных последней полученной томограммы автоматически сохраняется на жестком диске в файле под служебным именем "L", а последние проекции - под именем "ppl".
По окончании процесса сканирования проводится расшифровка полученной томограммы.
Ниже представлены некоторые результаты исследований образцов КМ, проведенных с применением программного комплекса томографа ВТ-600ХА для обработки информации и принятия решения о степени дефектности исследуемого изделия.
Сканирование представленных на рис. 3.1 – 3.6 образцов из КМ, выполненных по базовой серийной технологии показывает довольно значительный разброс механических характеристик материала по отдельным зонам внутри КМ. Были рассмотрены и оценены возможности сканирования и обработки информации, выдаваемой томографом на мониторы компьютера. Прежде всего, в данном разделе рассмотрены вопросы оценки состояния материала (по проникающей способности рентгеновского излучения) по отдельным локальным зонам. Одной из особенностей является автоматическое определение размеров выделенных для исследования зон. На рис. 3.1 выделена для исследования локальная зона вблизи радиусного перехода от одной толщины к другой. Результаты исследования материала этой локальной зоны позволяют сделать следующие выводы. Поскольку точки, ограничивающие зону, проставлены на рис.3.1 именно таким образом, это отразилось и на гистограмме, которая имеет 3 четко выраженных участка:
1. Зона 1 – зона подхода луча к поверхности образца. Отражается прохождение луча по воздушной среде.
2. Зона 2 – зона прохождения луча сквозь сечение материала. Отражается поглощающей способностью материала образца.
3. Зона 3 – зона выхода луча из материала. Отражается поглощающая способность прилегающей воздушной среды.
Обработка данных дает величину СКО = 60,5%, что, естественно является большой величиной, но замер имел место быть на базе 12,8 мм по результатам автоматического замера указанной зоны, и, кроме того, это зона большой неравноплотности , поскольку захватывает значительную часть просто воздуха (выходная точка замера находится вне материала).
Следующая гистограмма (рис.3.2) отражает распределение свойств КМ внутри образца – здесь для исследования выбрана кольцевая зона непосредственно расположенная внутри материала. Здесь картина распределения поглощающей способности КМ иная: При минимальном поглощении 11575 единиц, максимуме 16481, имеем среднее 13790 единиц и среднее квадратическое отклонение СКО = 5,91%. Это говорит о более стабильных характеристиках указанной зоны, с более равномерным распределением механических свойств (и также – дефектов) материала по площади рассмотренной локальной зоны. Дефекты, находящиеся внутри указанной зоны, также могут быть детально исследованы посредством гистограммы данной зоны, либо нескольких гистограмм, построенных в сечении под разными углами. Основываясь на виде томограммы, представленной на рис. 3.2, наблюдаются значительные неравноплотности вдоль волокон КМ, откуда можно сделать предварительный вывод о наличии расслоений в материале. На рис. 3.3 аналогичным образом исследована другая зона образца. При этом СКО = 4% при значениях параметра поглощения min = 14562, max = 18227, среднее = 16237. Эта зона более гомогенна по сравнению с предшествующей, однако в томограмме просматриваются некоторые дефекты структуры в виде, вероятно, некоторых расслоений, вид и геометрию которых можно установить более глубоким томографическим исследованием.
Следующая томограмма (рис.3.4) иллюстрирует процесс измерения геометрических параметров образца. В данном случае замеряется толщина образца в зоне захвата. Внутренняя структура материала в этом сечении весьма неравномерна, и качество технологии изготовления подлежит более детальному исследованию.
К возможностям метода относится также возможность замеров по углу (рис.3.5), и возможность построения детальной статистики (рис.3.6), в результате которой имеем распределение исследуемой случайной величины внутри указанной нами геометрической области. Это дополняет визуальную картину томографии образца расчетными статистическими данными и позволяет делать обоснованные выводы о состоянии исследуемого материала, прогнозировать его поведение при дальнейшей эксплуатации изделия.
После проведения комплекса исследований результаты оформляются в виде отчета (рис.3.7) с указанием режимов сканирования, локальных сечений зон материала, приводятся томограммы образцов (сечений образцов) и необходимые гистограммы, применявшиеся при анализе томограмм для обоснования выводов по исследуемым критериям.
Помимо проведенных экспериментов по сканированию конструкций из ПКМ выполнено исследование многострингерной панели с дефектом, вызванным ударным воздействием (рис.3.8). Для выявления зоны распространения указанного дефекта целесообразно создать серию томограмм с минимальным шагом. На основе этого в дальнейшем выполняется компоновка трехмерной 3D – модели выбранной на основе результатов сканирования области, в которой находится непосредственно место удара. При этом контроль состояния материала образца в зоне дефекта ведется (при необходимости) в объеме. Этапы сканирования зоны расположения дефекта от ударного воздействия представлены на рис. 3.9.
Результаты послойного сканирования всей зоны композиционного материала позволяют наглядно представить направления и интенсивность распространения дефектов в виде расслоений материала по исследуемой толщине. В качестве примера на рис. 3.10 показано несколько сечений, по каждому из которых представлены гистограммы, свидетельствующие о характере и величинах дефектов в них.
Рис. 3.8. Анализ выбранной области в разных плоскостях и определение зоны воздействия удара.
Рис.3.9. Послойное сканирование образца КМ в зоне ударного воздействия.