專利名稱：組合式射線無損檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種組合式射線無損檢測方法及系統(tǒng)，特別涉及一種采用g射線源和X射線源，以及線陣探測器和面陣探測器，能以多種射線源-探測器組合方式對工件進(jìn)行高精度DR/CT輻射成像檢測的組合式射線無損檢測方法及系統(tǒng)，屬于射線無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，可應(yīng)用于國防、航空航天、工業(yè)和科研等領(lǐng)域的精細(xì)無損檢測。
背景技術(shù)：
DR (Digital Radiography,數(shù)字福射成像)和 CT (Computed Tomography,計算機(jī) 斷層成像)技術(shù)是醫(yī)學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域常用的射線無損檢測技術(shù)。現(xiàn)有的射線無損檢測系統(tǒng)往往性能單一，主要針對某一類工件或缺陷進(jìn)行檢測，其性能指標(biāo)如反差靈敏度、空間分辨率、穿透能力和長期穩(wěn)定性等，多是單項突出而難于兼顧。根據(jù)所使用的射線源不同，射線無損檢測系統(tǒng)分為高能系統(tǒng)和中低能系統(tǒng)。高能系統(tǒng)通常采用X射線加速器作為射線源，中低能系統(tǒng)通常采用X光機(jī)或放射性同位素作為射線源。對于不同的射線源，由于射線能量不同，強(qiáng)度不同，靶點尺寸不同，輸出穩(wěn)定性不同，造成所適用的檢測工件厚度范圍、缺陷分辨能力等檢測指標(biāo)也不同。另一方面，用于輻射成像的探測器也有多種，其探測效率、探測靈敏度、像素尺寸、成像速度、抗輻照性和環(huán)境適應(yīng)性等各有不同。而且，探測性能跟入射射線能量也有很大關(guān)系，即使同一種探測器，對不同能量段的x/g射線，其信號響應(yīng)特性也存在顯著差別，對某一能量段的射線不適合，而對另一能量段則可能很理想。然而，現(xiàn)有技術(shù)中公開的射線無損檢測系統(tǒng)存在一個共同的特點，就是通常只使用一種射線源和一種探測器，即射線源只單獨(dú)使用X光機(jī)、X射線加速器或g射線源中的一種，探測器只使用面陣探測器和線陣探測器中的一種，多個能量段與高穩(wěn)定性難于同時獲得，不同類型探測器的優(yōu)勢難于充分發(fā)揮，缺陷分辨能力受限，難于獲得寬能量范圍的探測效果，其局限性和不足具體描述如下
I、射線能量范圍窄，適于檢測的對象受到限制
一般來講，射線能量越高，穿透能力越強(qiáng)，但更高的射線能量并不一定帶來更高的檢測精度。射線能量偏低，會導(dǎo)致穿透能力不足；射線能量過高，穿透能力增強(qiáng)，但是射線衰減過少，會降低成像系統(tǒng)的反差靈敏度，影響成像質(zhì)量。對于不同大小的工件和工件內(nèi)不同尺寸的缺陷，需要用不同能量的射線檢測，或者說，對一定能量的射線，存在一個最佳厚度測量范圍。例如，450kV X光機(jī)的最佳檢測厚度約為2. 3cm等效鐵厚度，Co-60 g射線源的最佳檢測厚度約為4. 7cm等效鐵厚度，15MeV X射線加速器的最佳檢測厚度約為8cm等效鐵厚度，等等。使用不同射線源的檢測系統(tǒng)在其最佳檢測厚度附近能獲得最高的檢測精度，檢測效果最好，而偏離這個范圍，其檢測能力就會下降。因此，采用單個射線源的檢測系統(tǒng)，受射線能量范圍限制，其適于檢測的對象范圍較窄，缺陷分辨能力有限，這也是工業(yè)CT系統(tǒng)往往需要根據(jù)檢測對象進(jìn)行定制的重要原因。2、不能綜合利用不同類型射線源的優(yōu)點最大限度提高檢測能力任何一種射線源用于輻射成像都有其優(yōu)點，也有其不足，具體表現(xiàn)在(i) X光機(jī)射線源焦點尺寸小，射線強(qiáng)度高，可以實現(xiàn)很高的空間分辨率，但是射線能量較低，能譜是連續(xù)譜，存在穿透能力不強(qiáng)和射線束硬化等問題，對于質(zhì)量厚度較小的工件有很好的檢測效果，而對于質(zhì)量厚度較大、穩(wěn)定性要求很高，和缺陷的尺寸需要精細(xì)定量檢測的要求就難于滿足；(ii)x射線加速器的射線能量高，強(qiáng)度大，可以穿透較厚的工件，但是靶點大，射線強(qiáng)度及能量的空間分布差異大，前沖性大，且X射線輸出穩(wěn)定性較差，能譜也是連續(xù)譜，同樣存在射線束硬化問題，能檢測質(zhì)量厚度較大的工件，但空間分辨率、檢測靈敏度和測量穩(wěn)定性等都受到限制。另外，由于加速器的X射線束張角小，要檢測較大尺寸的工件，檢測系統(tǒng)占用的空間就較大，機(jī)械結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，而且輻射防護(hù)要求也很高；(iii) g射線源，如CO-60，其射線強(qiáng)度以固定的半衰期逐漸減弱，在任意時刻都是確定且可計算出的，其強(qiáng)度的空間分布各向同性，其產(chǎn)生的g射線為I. 17MeV和I. 33MeV的單能g射線，基本不存在射線硬化問題，穿透能力較強(qiáng)，與4MeV加速器相當(dāng)，而且特別適合檢測工件在較長時期內(nèi)質(zhì)量厚度的微小變化，但也存在射線源靶點尺寸較大、射線強(qiáng)度較低的不足。這幾種射線源中的任何一種單獨(dú)使用都有其局限性，如果將它們結(jié)合使用，尤其是將例如Co-60的g射線源與X光機(jī)結(jié)合使用，就能彌補(bǔ)各自的不足，使組合式檢測系統(tǒng)能發(fā)揮出最大效能。3、不能充分發(fā)揮各種探測器的優(yōu)點，最大限度地提高檢測能力 不同類型探測器具有不同的特點，各有優(yōu)點也各有局限性，具體表現(xiàn)在(i)面陣探測器空間分辨率高，可達(dá)μ m級，成像速度快，但靈敏體厚度僅有O. 2 O. 5_，探測效率低，次級電子串?dāng)_難于消除，對于低能射線的探測比較合適；(ii)固體線陣探測器靈敏體厚度可達(dá)cm級，探測效率高，檢測靈敏度高，但空間分辨率難于做到μ m級，需要逐行掃描，成像速度慢，而且易受輻照、環(huán)境溫濕度等因素影響，長期穩(wěn)定性較差；(iii)氣體線陣探測器性能穩(wěn)定，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，耐輻照，但探測器單元的尺寸難于做小，空間分辨率受到較大限制。因此，對于不同的射線能量和不同的缺陷，需要用不同類型的探測器才能獲得最佳檢測效果，單一類型的探測器難于勝任復(fù)雜的檢測要求。4、無法同時滿足靈敏度高、穿透能力強(qiáng)和長期穩(wěn)定性好的檢測需求
在某些特殊領(lǐng)域，檢測對象質(zhì)量厚度較大(相當(dāng)于幾厘米鐵)，而檢測精度要求又非常高要分辨出細(xì)微的(μ m級)裂縫、脫落、鼓泡等缺陷，能發(fā)現(xiàn)較長時期(數(shù)月，甚至數(shù)年)內(nèi)發(fā)生的O. 1%的微小質(zhì)量厚度變化等。這種情況對于空間分辨率、檢測靈敏度和長期穩(wěn)定性等指標(biāo)的要求都很高，是現(xiàn)有輻射成像檢測系統(tǒng)難于實現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有輻射成像檢測系統(tǒng)采用單一射線源和單一探測器工作模式的不足，在一套集成的小型化系統(tǒng)上，實現(xiàn)對工件的多能量段、多模式組合檢測，以同時滿足高檢測分辨率、高探測靈敏度、較強(qiáng)的射線穿透能力和良好的長期穩(wěn)定性等檢測要求。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種組合式射線無損檢測方法，以及應(yīng)用該方法的一種組合式射線無損檢測系統(tǒng)，該方法及系統(tǒng)在一個包括g射線源和X射線源，以及線陣探測器和面陣探測器的組合式射線無損檢測系統(tǒng)上，通過不同射線源與不同探測器的多種組合，實現(xiàn)多能量段、多檢測模式、高分辨率、高精度、高穩(wěn)定性的DR/CT射線無損檢測。本發(fā)明的組合式射線無損檢測方法，具體為
利用射線源產(chǎn)生的X射線或g射線對工件進(jìn)行照射，用探測器接收穿過工件的射線，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后對信號進(jìn)行處理，得到工件的輻射圖像，其中，射線源采用包含X射線源和g射線源的組合式射線源，探測器采用包含固體線陣探測器、氣體線陣探測器和面陣探測器的組合式探測器，通過切換不同的射線源和探測器組成不同的檢測單元，實現(xiàn)對工件的DR掃描成像或斷層CT成像或錐束CT成像；所述組合式射線源和組合式探測器，以及工件轉(zhuǎn)臺均安裝在同一剛性基座上。進(jìn)一步，所述組合式射線源的射線出口設(shè)置有前準(zhǔn)直器，該前準(zhǔn)直器將射線準(zhǔn)直成扇形束或錐形束，所述組合式探測器的射線入口設(shè)置有后準(zhǔn)直器；當(dāng)切入的探測器為固體線陣探測器或氣體線陣探測器時，所述后準(zhǔn)直器將射線準(zhǔn)直成與探測器單元高度、數(shù)量相當(dāng)?shù)男∩渚€束，其準(zhǔn)直縫寬度小于所述探測器單元寬度；在進(jìn)行DR成像時，所述后準(zhǔn)直器可沿探測器單元寬度方向蠕動，每蠕動一次獲取一組投影數(shù)據(jù)，每次蠕動的距離為準(zhǔn)直縫寬度。

一種應(yīng)用上述方法的組合式射線無損檢測系統(tǒng)，包括一個剛性基座，基座上依次間隔排列有射線源支架、工件轉(zhuǎn)臺、探測器支架；射線源支架上設(shè)置有包含g射線源和X射線源的組合式射線源，以及用于將組合式射線源中的不同射線源移入工作位置的切換機(jī)構(gòu)，和對移入的射線源進(jìn)行上下、前后、左右和旋轉(zhuǎn)操作的機(jī)構(gòu)；探測器支架上設(shè)置有包含固體線陣探測器、氣體線陣探測器和面陣探測器的組合式探測器，以及用于將組合式探測器中的不同探測器移入工作位置的切換機(jī)構(gòu)，和對移入的探測器進(jìn)行上下、前后、左右和旋轉(zhuǎn)操作的機(jī)構(gòu)；射線源支架上設(shè)置有能夠?qū)⑸渚€源輸出的射線準(zhǔn)直成扇形束或錐形束的前準(zhǔn)直器，探測器支架上設(shè)置有對射線做進(jìn)一步準(zhǔn)直處理的后準(zhǔn)直器；所述氣體線陣探測器和所述固體線陣探測器均為圓弧形結(jié)構(gòu)，當(dāng)其被移入工作位置上后，探測器上各探測器單元的射線入射窗沿著以處于工作位置上的射線源的源心為圓心的圓弧均勻緊密排列，且每個探測器單元的中心線均通過所述圓心，與氣體線陣探測器或固體線陣探測器相配的后準(zhǔn)直器同樣為以處于工作位置上的射線源的源心為圓心的圓弧形結(jié)構(gòu)，該后準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直縫可將所述扇形射線束準(zhǔn)直成與探測器上的各探測器單元一一對應(yīng)的小射線束，并且準(zhǔn)直縫的寬度小于探測器單元的寬度；在進(jìn)行DR成像時，所述后準(zhǔn)直器緊鄰所述氣體線陣探測器或固體線陣探測器，且可沿探測器單元的排列方向蠕動，每次蠕動的距離為準(zhǔn)直縫的寬度。進(jìn)一步，所述準(zhǔn)直縫的寬度為探測器單元寬度的1/2、1/3或1/4。進(jìn)一步,所述g射線源是Co-60、Cs-137或Ir_192放射性同位素g射線源。進(jìn)一步，所述X射線源是小焦點X光機(jī)、微焦點X光機(jī)和/或X射線加速器。進(jìn)一步，所述面陣探測器是非晶硅、非晶硒或CMOS面陣探測器。進(jìn)一步，所述氣體線陣探測器是充氣電離室、多絲正比室或蓋格計數(shù)管線陣探測器。進(jìn)一步，所述固體線陣探測器是固體閃爍體線陣探測器或半導(dǎo)體線陣探測器。進(jìn)一步，所述固體閃爍體線陣探測器的閃爍體是NaI、CsI、CdWO4、LaBr3或LaCl3。實踐證明，本發(fā)明的多能量段、多模式、高精度組合式射線無損檢測方法及系統(tǒng)對于被檢工件及其內(nèi)部缺陷具有很好的檢測效果，既可以達(dá)到很高的空間分辨率和密度分辨率，又可以對工件內(nèi)部感興趣區(qū)在長時期內(nèi)的微小質(zhì)量厚度變化進(jìn)行檢測。本發(fā)明檢測系統(tǒng)的射線源能量范圍寬，既可包含中高能的g射線源(射線能量從幾百keV 幾千keV)，又包含中低能的X射線源(射線能量從幾十keV 幾百keV)，可以綜合利用多能量段、不同屬性射線的優(yōu)點，適于檢測的工件質(zhì)量厚度范圍更大，可以實現(xiàn)更強(qiáng)大的功能和達(dá)到更高的檢測能力；將不同射線源分別與面陣探測器或氣體線陣探測器或固體線陣探測器組合，構(gòu)成不同的射線源-探測器檢測單元，既可以進(jìn)行不同解析度的快速三維錐束CT立體成像檢測，也可以對重點區(qū)域進(jìn)行二維掃描DR或二維斷層CT精細(xì)無損檢測，充分發(fā)揮各種成像探測器的優(yōu)勢；將不同種類射線源和不同類型探測器通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計有機(jī)結(jié)合為一個整體，一套裝置可以提供幾種到幾十種射線源-探測器組合模式，相當(dāng)于同時擁有幾套不同類型的檢測系統(tǒng)，既有更強(qiáng)的對象適應(yīng)性，又能充分發(fā)揮不同類型射線源和探測器的特點，達(dá)到更高的缺陷檢測能力。本發(fā)明檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、占地面積少，對工件厚度、形狀和尺寸的適應(yīng)能力強(qiáng)，缺陷檢測精度高，功能強(qiáng)大，性價比高，特別適用于檢測對象差異較大及檢測要求較高的應(yīng)用場所，可以滿足國防、航空航天、工業(yè)和科研等部門的各種高精度復(fù)雜檢測要求。


圖I是本發(fā)明組合式射線無損檢測系統(tǒng)的立體圖。圖2是線陣探測器的探測器單元和后準(zhǔn)直器準(zhǔn)直縫的結(jié)構(gòu)形式，以及后準(zhǔn)直器蠕動方向的局部放大不意圖。圖3是g射線源的側(cè)視剖面圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖I所示，本發(fā)明組合式射線無損檢測系統(tǒng)包括基座5及其底部的墊鐵14 ;垂直固定在基座上的射線源支架10和探測器支架I ;可沿射線源支架10升降或平移并定位的射線源機(jī)架12 ;可沿探測器支架I升降或平移并定位的探測器機(jī)架7 ;固定在射線源機(jī)架12上的X射線源9和g射線源13 ;固定在探測器機(jī)架7上的面陣探測器6、固體線陣探測器2和氣體線陣探測器4 ;工件轉(zhuǎn)臺15及其上的工件卡具8 ;以及射線源的前準(zhǔn)直器11和線陣探測器的后準(zhǔn)直器3。工件轉(zhuǎn)臺15可以旋轉(zhuǎn)和升降，也可以沿平行或垂直于射線源與探測器連線的方向平移。射線源和探測器可以隨各自機(jī)架升降或平移，并精確定位到指定位置。X射線源9和g射線源13的射線出口處都分別裝有前準(zhǔn)直器11，該前準(zhǔn)直器11由鉛合金、鎢合金或貧鈾材料制成，其內(nèi)部設(shè)有水平喇叭形狹縫和方錐形開孔，可通過水平移位進(jìn)行切換，將射線準(zhǔn)直成扇形束或方錐形束，分別用于線陣探測器或面陣探測器成像。固體線陣探測器2和氣體線陣探測器4的射線入口側(cè)都分別裝有后準(zhǔn)直器3，用于將即將進(jìn)入線陣探測器的扇形射線進(jìn)一步準(zhǔn)直成與探測器單元對應(yīng)的多個小射線束。面陣探測器6的活性區(qū)(即由用于探測X或g射線的敏感材料構(gòu)成的方形區(qū)域)以外的方框形區(qū)域用鉛合金或鎢合金平板屏蔽材料覆蓋(附圖I中未示出)，以防止射線對面陣探測器6的電子元器件產(chǎn)生輻照損傷?；?由整體的鑄鐵、石材或鋼結(jié)構(gòu)框架制成，既起到剛性支撐和減震作用，又是整個檢測系統(tǒng)安裝和調(diào)校的基準(zhǔn)面。墊鐵14用來將基座5調(diào)節(jié)到水平狀態(tài)，一般為4個、6個或8個，分布在基座5下表面的四個角或四邊的中間位置。本發(fā)明的檢測系統(tǒng)包含了面陣探測器和線陣探測器，可分別與X射線源或g射線源組合，進(jìn)行DR成像和CT成像，其工作模式包括
面陣探測器DR成像將選定射線源和面陣探測器升降或平移到設(shè)定位置，使得射線源中心和面陣探測器中心位于同一水平面，且工件完全包含在面陣探測器成像區(qū)內(nèi)；將前準(zhǔn)直器水平移位到錐形開孔位置，打開射線源快門，射線經(jīng)前準(zhǔn)直器11準(zhǔn)直成錐形束，穿透工件后由面陣探測器6接收，獲得二維DR投影圖像。面陣探測器CT成像將選定射線源和面陣探測器升降或平移到設(shè)定位置，使得射線源中心和面陣探測器中心位于同一水平面，且工件完全包含在面陣探測器成像區(qū)內(nèi)；將前準(zhǔn)直器水平移位到錐形開孔位置，打開射線源快門，工件轉(zhuǎn)臺以設(shè)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動360度，每轉(zhuǎn)動一個步長就獲取一幀投影圖像，全部投影數(shù)據(jù)獲取完成后，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和圖像重建，獲得工件的三維錐束CT圖像。 線陣探測器DR成像可以通過兩種掃描方式實現(xiàn)
I)將選定射線源和線陣探測器升降或平移到設(shè)定位置，使得射線源中心和線陣探測器中心位于同一水平面(檢測面)，且該檢測平面稍高于工件的頂端或稍低于工件的底端(檢測區(qū)外)，將前準(zhǔn)直器移位到狹縫位置，打開射線源快門，轉(zhuǎn)臺15以設(shè)定的速度托著被測工件勻速上升或下降，經(jīng)前準(zhǔn)直器11準(zhǔn)直而成的片狀射線束對被測工件進(jìn)行垂直掃描，透過工件的射線經(jīng)后準(zhǔn)直器3準(zhǔn)直后，由固體線陣探測器2或氣體線陣探測器4接收，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為DR投影圖像。2)將選定射線源和線陣探測器升降或平移到設(shè)定位置，使得射線源中心和線陣探測器中心位于同一水平面(檢測面)，且該檢測平面稍高于工件的頂端或稍低于工件的底端(檢測區(qū)外)，將前準(zhǔn)直器移位到狹縫位置，打開射線源快門，射線源和線陣探測器以設(shè)定的速度同步勻速下降或上升，經(jīng)前準(zhǔn)直器11準(zhǔn)直而成的片狀射線束對被測工件進(jìn)行垂直掃描，透過工件的射線經(jīng)后準(zhǔn)直器3準(zhǔn)直后，由固體線陣探測器2或氣體線陣探測器4接收，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為DR投影圖像。如圖2所示，氣體線陣探測器或固體線陣探測器為圓弧形結(jié)構(gòu)，由多個探測器單元21構(gòu)成，探測器單元21面向射線源的端面(即射線入射窗)沿第一圓弧線24均勻緊密排列，該第一圓弧線24以射線源源心(即X射線源的靶心或g射線源的放射源)為圓心，以射線入射窗到射線源源心的距離為半徑。探測器單元21的高度和寬度就是指該射線入射窗的高度和寬度，該寬度與高度的乘積即該線陣探測器的像素值。探測器單元21的數(shù)量應(yīng)使其射線入射窗構(gòu)成的第一圓弧線24的長度與射線源源心共同形成的扇形區(qū)能覆蓋被檢測工件的每個需檢測的截面，且最好是8的整數(shù)倍。每個探測器單元21的射線入射窗沿圓弧方向的寬度，應(yīng)滿足本發(fā)明檢測系統(tǒng)的檢測分辨率要求。每個探測器單元21長度方向(即平行于射線的方向)的中心線均指向射線源源心。線陣探測器的后準(zhǔn)直器3也是圓弧形結(jié)構(gòu)，其第二圓弧線25亦以射線源源心為圓心，且其半徑略小于第一圓弧線24的半徑。后準(zhǔn)直器3由沿第二圓弧線25均勻平行排列的、由長方形鎢合金薄片制成的隔離片23，以及用于精確固定隔離片23、由紫銅或鉛合金或鎢合金制成的上下兩塊平行夾板(附圖2中未示出)構(gòu)成。隔離片23與夾板之間形成多個準(zhǔn)直縫22，將進(jìn)入探測器之前的射線進(jìn)一步準(zhǔn)直成多個小射線束。準(zhǔn)直縫22的高度為兩塊夾板之間的距離，寬度為相鄰兩片隔離片23之間的距離。準(zhǔn)直縫22的高度等于或略大于探測器單元21的高度，寬度為探測器單元21寬度的1/2、1/3或1/4，數(shù)量與探測器單元21的數(shù)量相同。每一片隔離片23長度方向(即平行于射線的方向)的延長線都通過射線源源心，使得每一個準(zhǔn)直縫22的中心線也都通過射線源源心，從而提高透射射線通過準(zhǔn)直縫后進(jìn)入探測器單元的效率，并有效阻隔散射射線，減小相鄰探測器單元21之間的信號串?dāng)_。在進(jìn)行線陣探測器DR成像時，后準(zhǔn)直器3可整體沿第二圓弧線25雙方向蠕動，每蠕動一次就獲取一組投影數(shù)據(jù)，每次蠕動的距離為準(zhǔn)直縫22的寬度，從而使DR成像的空間分辨率達(dá)到探測器單元21寬度值的1/2、1/3或1/4，可進(jìn)一步提高本發(fā)明檢測系統(tǒng)的檢測分辨率。線陣探測器CT成像將選定射線源和線陣探測器升降到設(shè)定位置，使得射線源中心和線陣探測器中心位于同一水平面(檢測面)，工件轉(zhuǎn)臺15升降到設(shè)定位置，使得工件的待檢部位位于檢測平面；將前準(zhǔn)直器移位到狹縫位置，打開射線源，工件轉(zhuǎn)臺15以設(shè)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動360度，每轉(zhuǎn)動一個恒定角度就獲取一組投影數(shù)據(jù)，全部數(shù)據(jù)獲取完成后經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和圖像重建，獲得被測工件待檢測部位的CT斷層圖像。如圖3所示，g射線源包括一個由鉛合金、鎢合金或貧鈾制成的屏蔽體36，其內(nèi)部 具有一個射線入口 37和一個射線出口 38 ;—個可在該屏蔽體36中與之相對轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)快門35，其旋轉(zhuǎn)軸線水平布置，其內(nèi)部具有當(dāng)其轉(zhuǎn)動時可選擇地使屏蔽體36中射線入口 37和射線出口 38相連通或斷開的連接通道39，該連接通道39從射線入口 37到射線出口 38成喇叭形擴(kuò)張，與屏蔽體36的射線入口 37和射線出口 38共同構(gòu)成一個成喇叭形擴(kuò)張的射線通道，使g射線呈扇形束或錐形束；以及一個位于射線入口 37起始位置的放射源34。采用包括屏蔽體36和水平布置的旋轉(zhuǎn)快門35，其中旋轉(zhuǎn)快門35內(nèi)部具有成喇叭形擴(kuò)張的連接通道39的g射線源，由于旋轉(zhuǎn)快門35的重心偏離其旋轉(zhuǎn)軸線，使其在不施加外力的情況下，能靠自重產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而切斷射線，使該g射線源具有在斷電情況下自動關(guān)閉射線的固有安全性能。本發(fā)明將X射線源和g射線源有機(jī)整合到一個集成的小型化檢測系統(tǒng)中，通過射線源和探測器的升降或平移換位，可以將不同射線源與探測器兩兩組合，形成多達(dá)十幾種檢測模式，不同檢測模式分別適合于檢測不同對象、不同類型和尺寸的缺陷，滿足不同的檢測要求。以450kV X光機(jī)和Co-60 g射線源的組合為例，450kV X光機(jī)靶點小(可達(dá)O. 4mm)，福射強(qiáng)度高(距祀點I米處的劑量率可達(dá)幾百mGy/min),對于等效質(zhì)量厚度小于60mm鐵的工件可以達(dá)到很高的空間分辨率(例如，與面陣探測器配合可達(dá)4. 41p/mm)；Co-60 g射線源射線能量高(平均能量I. 25MeV)，其射線穿透能力與4MeV加速器相當(dāng)，適于檢測等效質(zhì)量厚度30 130_鐵的工件，可以達(dá)到O. 1%的密度分辨率；利用g射線源射線輸出強(qiáng)度穩(wěn)定的特點，還可以對工件內(nèi)部任意兩點之間的距離進(jìn)行測量，并檢測工件內(nèi)部任意局部區(qū)域的質(zhì)量厚度在長時間內(nèi)的微小變化。如果選用微焦點X光機(jī)，還可以將系統(tǒng)的檢測分辨率提高到幾個微米的量級。實施例I
本實施例采用Co-60 g射線源和450keV小焦點X光機(jī)兩種射線源，探測器采用面陣探測器、閃爍體固體線陣探測器和充氣電離室氣體線陣探測器。所用Co-60射線源活度約3. 7TBq(100居里)，450keV X光機(jī)焦點尺寸0. 4mm，最大管電流3. 3mA。面陣探測器成像區(qū)尺寸409. 6X409. 6mm2，像素尺寸O. 2X0. 2mm2,固體線陣探測器采用CdWO4晶體作為閃爍體，像素尺寸O. 4X5X30_3。氣體線陣探測器采用充氣電離室，以氙氣為工作介質(zhì)，充氣壓力3. 5MPa。g射線源屏蔽容器和前、后準(zhǔn)直器均用密度大于18g/cm3的鎢合金制成。射線源機(jī)架和探測器機(jī)架的升降或平移，以及工件轉(zhuǎn)臺的升降或雙向平移采用直線導(dǎo)軌和伺服電機(jī)實現(xiàn)，其位置測量采用旋轉(zhuǎn)編碼器和光柵尺實現(xiàn)，重復(fù)定位精度小于IOmm ;工件轉(zhuǎn)臺最小旋轉(zhuǎn)步長15"，重復(fù)定位精度小于2"。整個檢測系統(tǒng)的整體尺寸為2. 5mX I. 8mX 2. 2m(長X寬X高)，重約5噸。能檢測等效質(zhì)量厚度小于130_鐵、直徑小于f500_的工件，可以發(fā)現(xiàn)3cm鐵板后30 μ m厚的薄鐵片，可以發(fā)現(xiàn)不足20 μ m寬的微小裂縫或止口間隙。本實施例將止口間隙和質(zhì)量厚度微小變化的檢測與鼓泡檢測等檢測任務(wù)分解開，由不同參數(shù)的探測系統(tǒng)和不同的檢測方式完成。本實施例采用“Co-60源+大像素氣體線陣探測器DR掃描成像”方式實現(xiàn)工件止口間隙和質(zhì)量厚度微小變化的檢測。大像素探測器輸出信號強(qiáng)，統(tǒng)計漲落小，有利于質(zhì)量厚度變化的檢測。Co-60源射線強(qiáng)度能長時間保持穩(wěn)定，操作簡便，可靠性高；氣體探測器漏電流小，穩(wěn)定性高，溫漂小、耐輻照。二者組合構(gòu)成的DR掃描系統(tǒng)測量精度高，性能可長時 間保持穩(wěn)定，十分適合止口間隙和質(zhì)量厚度微小變化的檢測。本實施例采用“X光機(jī)+小像素固體線陣探測器CT斷層成像”方式實現(xiàn)工件內(nèi)部鼓泡檢測。CT斷層成像能獲得被檢客體的密度分布，能檢測細(xì)微缺陷，并能對缺陷精確定位，是檢測鼓泡和脫落的最佳手段。本實施例的檢測系統(tǒng)采用兩種射線源(Co-60和450kV X光機(jī))和三種探測器(小像素固體線陣探測器、大像素氣體線陣探測器和微像素面陣探測器)，組合使用以充分利用不同射線源和不同探測器的優(yōu)點，更好地滿足檢測要求。X光機(jī)輻射強(qiáng)度大，源焦點尺寸小，有利于提高成像系統(tǒng)的分辨能力。鈷-60源單能性好，不存在射束硬化問題，并且射線能量較高，穿透能力更強(qiáng)，可以檢測質(zhì)量厚度更大的客體。小像素固體線陣探測器能更好地屏蔽散射線，探測效率更高，能得到更加清晰的圖像；微像素面陣探測器像素尺寸更小，能達(dá)到更高的空間分辨率，且一次掃描即可獲得客體的三維圖像，成像更快速。本實施例將以上兩種射線源和三種探測器集成于同一檢測平臺，采用上下移位布局和組件化、模塊化設(shè)計模式，實現(xiàn)了不同射線源與不同探測器的切換組合，將不同的檢測方式有機(jī)組合成一體，形成了一套綜合性檢測系統(tǒng)。以上對本發(fā)明具體實施方式
作了詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不局限于上述實施方式，如可以采用小型化的X射線加速器作為中高能X射線源。即使對本發(fā)明做出各種變化，只要是基于本發(fā)明的精神實施的步驟或流程，以及由此構(gòu)成的檢測系統(tǒng)，就應(yīng)理解為均落在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種組合式射線無損檢測方法，該方法利用射線對待檢測工件進(jìn)行照射，利用探測器接收穿過工件的射線，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后通過對所述信號進(jìn)行處理，得到工件的輻射圖像，其特征在于 -射線源采用包含g射線源和X射線源的組合式射線源，探測器采用包含固體線陣探測器、氣體線陣探測器和面陣探測器的組合式探測器，通過切換不同的射線源和探測器組成不同的檢測單元，實現(xiàn)對工件的DR掃描成像或斷層CT成像或錐束CT成像； -所述組合式射線源和組合式探測器，以及裝卡工件的工件轉(zhuǎn)臺均安裝固定在同一剛性基座上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測方法，其特征在于 -所述組合式射線源的射線輸出側(cè)設(shè)置有前準(zhǔn)直器，該前準(zhǔn)直器將射線準(zhǔn)直成扇形束 或錐形束，所述組合式探測器的射線輸入側(cè)設(shè)置有對射線做進(jìn)一步準(zhǔn)直處理的后準(zhǔn)直器； -當(dāng)切入的探測器為固體線陣探測器或氣體線陣探測器時，所述后準(zhǔn)直器將射線準(zhǔn)直成與探測器單元高度、數(shù)量相當(dāng)?shù)男∩渚€束，其準(zhǔn)直縫寬度小于所述探測器單元寬度；在進(jìn)行DR成像時，該后準(zhǔn)直器可沿探測器單元寬度方向蠕動，每蠕動一次就獲取一組投影數(shù)據(jù)，每次螺動的距離為準(zhǔn)直縫寬度。
3.一種應(yīng)用權(quán)利要求I或2所述方法的組合式射線無損檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括 -一個剛性基座，基座上依次間隔排列有射線源支架、工件轉(zhuǎn)臺、探測器支架； -所述射線源支架上設(shè)置有包含g射線源和X射線源的組合式射線源，以及用于將組合式射線源中的不同射線源移入工作位置的切換機(jī)構(gòu)，和對移入的射線源進(jìn)行上下、前后、左右和旋轉(zhuǎn)操作的機(jī)構(gòu)； -所述探測器支架上設(shè)置有包含固體線陣探測器、氣體線陣探測器和面陣探測器的組合式探測器，以及用于將組合式探測器中的不同探測器移入工作位置的切換機(jī)構(gòu)，和對移A的探測器進(jìn)行上下、前后、左右和旋轉(zhuǎn)操作的機(jī)構(gòu)； -所述射線源支架上設(shè)置有能夠?qū)⑸渚€源輸出的射線準(zhǔn)直成扇形束或錐形束的前準(zhǔn)直器，探測器支架上設(shè)置有對射線做進(jìn)一步準(zhǔn)直處理的后準(zhǔn)直器； -所述氣體線陣探測器和所述固體線陣探測器均為圓弧形結(jié)構(gòu)，當(dāng)其被移入工作位置上后，探測器上各探測器單元的射線入射窗沿著以處于工作位置上的射線源的源心為圓心的圓弧均勻緊密排列，且每個探測器單元的中心線均通過所述圓心，與氣體線陣探測器或固體線陣探測器相配的后準(zhǔn)直器同樣為以處于工作位置上的射線源的源心為圓心的圓弧形結(jié)構(gòu)，該后準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直縫可將所述扇形射線束準(zhǔn)直成與探測器上的各探測器單元一一對應(yīng)的小射線束，并且準(zhǔn)直縫的寬度小于探測器單元的寬度；在進(jìn)行DR成像時，所述后準(zhǔn)直器緊鄰所述氣體線陣探測器或固體線陣探測器，且可沿探測器單元排列方向蠕動，每次螺動的距離為準(zhǔn)直縫的寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述準(zhǔn)直縫的寬度為探測器單元寬度的 1/2、1/3 或 1/4。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述g射線源是Co-60、Cs-137或Ir-192放射性同位素g射線源。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述X射線源是小焦點X光機(jī)、微焦點X光機(jī)和/或X射線加速器。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述面陣探測器是非晶硅、非晶硒或CMOS面陣探測器。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述氣體線陣探測器是充氣電離室、多絲正比室或蓋格計數(shù)管線陣探測器。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述固體線陣探測器是固體閃爍體線陣探測器或半導(dǎo)體線陣探測器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述固體閃爍體線陣探測器的閃爍體是 Nal、Csl、CdW04、LaBr3 或 LaCl3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種組合式射線無損檢測方法及系統(tǒng)，該方法及系統(tǒng)將g射線源和X射線源與固體線陣探測器、氣體線陣探測器及面陣探測器分別借助射線源支架和探測器支架集成在一個剛性基座上，通過不同射線源與不同探測器的組合，分別進(jìn)行DR掃描成像和斷層或錐束CT成像，實現(xiàn)對工件的多能量段、多模式組合檢測，能同時滿足高檢測分辨率、高探測靈敏度、較強(qiáng)的射線穿透能力和良好的長期穩(wěn)定性等檢測要求，可應(yīng)用于國防、航空航天、工業(yè)和科研等領(lǐng)域的高精度射線無損檢測。
文檔編號G01N23/04GK102768219SQ20121026128
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者叢鵬, 劉金匯, 劉錫明, 吳志芳, 安繼剛, 張顏民, 王振濤, 王立強(qiáng), 裘偉東, 談春明, 鄭健, 黃毅斌 申請人:清華大學(xué)