用於藉助x射線輻射對檢測對象進行材料檢測的裝置的製作方法

2023-05-02 07:03:01

專利名稱：用於藉助x射線輻射對檢測對象進行材料檢測的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的用於藉助χ射線輻射對檢測對象進行材料檢測/探傷的裝置。
背景技術：
常規的車輪檢測系統包括χ射線系統，該χ射線系統包括安裝在能夠圍繞水平軸線擺動/迴轉的C形臂上的X射線管和圖像增強器。待檢測的車輪用輥式輸送器送入並由可水平移位的支承件接收和移至檢測位置，該支承件具有兩個裝備有輥的夾持臂。在檢測位置，通過使車輪通過抓住下輪輞凸緣的夾持輥的驅動而圍繞其軸線轉動並藉助支承件平動地移位，對C形臂的多個擺動位置各執行一次χ射線掃描。因此，這是一種三軸式檢測裝置。在χ射線檢測之後，將車輪從支承件送出並轉交給一輸出側的輥式輸送器。隨後，支承件回移至輸入側以接收下一個待檢測的車輪。在從DE 101 53 379 B4已知的多軸式車輪檢測系統中，χ射線裝置是固定不動的，其中車輪可圍繞一位於輸送平面內的橫向軸線擺動並通過驅動抓住下輪輞凸緣的夾持輥而圍繞其軸線轉動。為了使車輪能圍繞橫向軸線擺動，用於送入和送出待檢測的車輪的輸送鏈以可轉動的方式支承在擺動臂上，所述擺動臂在χ射線檢測期間擺開去。這種設計極其複雜。DE 202 08 174 Ul披露了一種三軸式車輪檢測系統，其包含用於將檢測對象送至檢測位置和從檢測位置送走的可轉動的旋轉支承件，在該檢測位置中待檢測的車輪藉助成型輪(Profilradern )圍繞其自身軸線轉動。一承載χ射線裝置的C形彎臂可圍繞兩條彼此垂直的水平軸線擺動，這在結構上很複雜。旋轉支承件與平動輸送裝置相比很耗費空間。已知一種包含LDA(線性二極體陣列)行探測器(Zeilendetektor)的、根據權利要求1的前序部分所述的單軸式車輪檢測裝置。對於車輪的χ射線檢測，車輪藉助鏈式輸送器被輸送至χ射線裝置並由抓住車輪內側的夾持裝置從輸送平面提升到檢測位置，並在那裡藉助設置在夾持裝置上的旋轉機構圍繞其軸線轉動。不需要χ射線裝置或車輪水平擺動，因此與前述檢測裝置相比降低了複雜性。由於檢測對象具有壁厚度不同的區域，所以一個基本問題是在檢測對象的所有區域中獲得足夠的圖像質量。

發明內容
本發明的目的是，提供一種構造簡單的檢測裝置，其在高檢測速度的情況下在檢測對象的所有區域中都獲得高質量的圖像。本發明通過權利要求1的特徵來實現該目的。本發明涉及一種單軸式檢測裝置， 即，能夠僅通過使檢測對象和X射線裝置圍繞一大致豎直的轉動軸線相對於彼此轉動來獲得檢測對象的完整的X射線圖像。在檢測期間不需要檢測對象和X射線裝置相對於彼此的其他轉動或平動，從而能相應地降低複雜性。
根據本發明，χ射線探測器包含至少兩個探測部分，各探測部分分別設置用於在完整的徑向截面上檢測檢測對象。徑向截面是從轉動軸線沿徑向向外延伸的截面；經過轉動軸線的全截面包括兩個徑向截面。因此，例如在具有兩個探測部分的情況下，可通過整圈旋轉360°來記錄檢測對象的兩輻完整的單幀圖像，由此在任何情況下與僅記錄一幅單幀圖像相比都提高了圖像質量。優選地，通過以不同的用於χ射線裝置的工作參數來記錄每幅單幀圖像，特別是能例如以與檢測對象的厚壁區域相匹配的工作參數來記錄一個單幀圖像，而能以與檢測對象的薄壁區域相匹配的工作參數來記錄另一個單幀圖像。通過這種方式，既可得到厚壁區域的又可得到薄壁區域的高質量的χ射線圖像。也可設置有多於兩個的檢測檢測對象的完整徑向截面的探測部分，以便通過整圈旋轉360°來獲得檢測對象的超過兩輻的完整的單幀圖像，或者替代地通過小於360°的旋轉來獲得檢測對象的兩輻完整的單幀圖像。特別地，可使用用於χ射線探測器的放大係數/增強因子作為待調節的工作參數。因此，該至少兩個探測部分優選地可被獨立驅控，特別是通過採用不同的放大係數。 例如也可設想用於χ射線管的不同的χ射線能量和/或不同的χ射線功率。在一種特別優選的實施例中，分別在小於360°、特別是約180°的轉動角上記錄每一輻單幀圖像。本發明優選能夠應用於檢測轉過360° /n (其中11 = 2或3或...)的、基本上旋轉對稱的物體。一種特別優選的應用是機動車鋁鑄輪的檢測。其它可設想的應用涉及例如機動車輪胎或制動盤。然而，本發明也能應用於檢測非旋轉對稱部件、例如底盤部件。


下面將參照附圖藉助有利的實施例更詳細地說明本發明。附圖示出圖1 處於裝載狀態下的檢測裝置的透視圖；圖2 圖1的檢測裝置的俯視圖；圖3 圖1的檢測裝置的當從輸送方向看去時的視圖；圖4 另一實施例中的探測器布置結構的示意性透視圖；圖5 又一實施例中的探測器布置結構的示意性透視圖；圖6 檢測裝置的又一實施例的部分透視圖；圖7 :圖6的檢測裝置的當從輸送方向看去時的視圖；以及圖8 處於裝載狀態下的檢測裝置的又一實施例的透視圖。
具體實施例方式檢測裝置10包括輻射防護艙11和布置在輻射防護艙11內的χ射線裝置20，該χ 射線裝置20具有用於透射置於支承件33上的檢測對象15的χ射線源12和用於記錄穿過檢測對象15的輻射的χ射線探測器13。輻射防護艙11在工作期間為環境完全屏蔽由χ射線源12所產生的χ射線並且為此目的包括側壁22至25、頂壁49和在必要時具有底壁21， 它們例如由包含鉛層和支撐杆50的板件構成。為更清楚起見，在圖1和圖8中省略了頂壁 49和側壁25。輸入側的側壁22具有用於待檢測的檢測對象15的輸入口 17。相對的輸出側的側壁M具有用於檢測過的檢測對象15的輸出口 18。輻射防護艙11在每一側分別具有一滑板/滑動件沈、27，所述滑板例如通過滾子51在導軌觀中被引導，以便在檢測操作期間封閉輸入口 17和輸出口 18而在裝載操作期間打開輸入口 17和輸出口 18。側壁22至25之一優選地可具有圖中未示出的門，以便使維修人員能夠進入該艙。檢測裝置10還包括平動輸送裝置14，其用於沿例如在圖1、2和6中通過箭頭表示的輸送方向順序輸送檢測對象15通過輻射防護艙11。輸送裝置14包括設置在輻射防護艙 11內的用於將檢測對象送入支承件33的送入裝置四、設置在輻射防護艙11內的用於從支承件33送出檢測對象的送出裝置30以及在必要時包括處於輸入側16和輸出側19上的相應的外部輸送器31、32。輸送裝置四、30例如設計成輥式輸送器，其中各輥能被主動驅動以精確地向支承件33轉交或由支承件33轉交。輸送裝置四、30和輸送器31、32限定出一連續的輸送平面T(參見圖1)。輸送裝置四被固定在滑板沈上而輸送裝置30被固定在滑板27上，使得當滑板沈、27移至打開位置的同時將輸送裝置四、30移入輸送平面中，並且當滑板沈、27移至封閉位置的同時將輸送裝置四、30從輸送平面中移出。在根據圖1至圖3和圖8的實施例中，χ射線管12優選是扇束χ射線管，其中扇角為至少45°、優選至少60°、更優選至少75°、例如大約90°，使得在合適地布置χ射線管12的情況下，常規的機動車車輪可在其整個橫截面上被透射(特別參見圖幻。在該實施例中，從χ射線源12發出的中心的χ射線位於轉動軸線R上。χ射線探測器13是呈行形或由行形的部段組成的線性二極體陣列(LDA)探測器， 並且被合適地確定尺寸和布置，以便記錄全部的X射線。X射線探測器13優選以弧形的方式、特別是以C形、U形或L形的方式圍繞檢測對象布置，使得在給定的探測角度下，與單個探測器行相比能顯著地縮短探測器的長度。適宜地，χ射線探測器13包括多個彼此間夾一角度的探測器元件13a、13b、13c。在根據圖1至3的實施例中，U形的χ射線探測器13例如包括三個探測器行13a、13b、13c，即一水平探測器行13b和兩個豎直探測器行13a、13c。 χ射線探測器13大致對稱地圍繞轉動軸線R布置。如從圖3可以看到，χ射線探測器13優選被充分地確定尺寸和合適地布置，以便對檢測對象15的兩個完整的徑向截面52Α(在圖3中位於轉動軸線R的左側)和52Β(在圖3中位於轉動軸線R的右側)進行檢測。因此，探測器13可被剖分為用於檢測完整的徑向截面52Α的探測部分13Α和用於檢測完整的徑向截面52Β的探測部分13Β，該實施例中， 中間的探測器行13b以各一半的方式被分配給兩個探測部分13A、13B。為了能與不同尺寸的檢測對象15相匹配，χ射線源12和/或χ射線探測器13或探測器元件13a、13b、13c優選地可相對於彼此移位，特別是可在一垂直於輸送方向的平面內相對於彼此移位，如圖3中通過雙箭頭所示的。特別地，水平探測器元件1 可豎直移位或以豎直分量移位，和/或豎直探測器元件13a、13c可水平移位或以水平分量移位。替代地或附加地，χ射線源12特別是能夠豎直地移位或以豎直分量移位。在χ射線管12被接通之前，對每個檢測對象15執行一次對χ射線源12和χ射線探測器13的位置調節；在χ 射線檢測期間，χ射線源12和χ射線探測器13不移位。支承件33包括宜基本平坦的的支承面34，檢測對象15在運輸和整個χ射線檢測期間簡單地擱置在該支承面上，而不必通過夾持裝置等來保持。支承面34特別是由環形輸送裝置——這裡為輸送帶35——的表面形成。輸送帶35經由驅動裝置43來驅動，以便將檢測對象15從送入裝置四輸送至檢測位置並將檢測過的檢測對象15輸送至送出裝置30。支承件33因此設計成平動輸送器並且是連續的輸送裝置14的一部分。輸送帶35宜為基本透χ射線的；更一般而言，這一點至少在支承件33的被透射的區域內成立。為了對檢測對象15實施χ射線檢測，支承件33連同擱置在其上的檢測對象15 — 起能夠經由樞轉軸承37和驅動裝置36圍繞豎直轉動軸線R整體轉動。此前，滑板沈、27 移位以關閉輻射防護艙開口 17、18，同時，固定在其上的輸送裝置四、30藉此向上移出輸送平面，以便不會干擾支承件33的轉動。當檢測對象處於檢測位置(這一點可使用未示出的傳感器來確定)時，使輸送裝置35停住。在此，不需要使檢測對象15的可能存在的轉動軸線與支承件33的轉動軸線R精確地重合在一起。也可設置有用於使檢測對象15圍繞轉動軸線R對中的裝置，例如用於使支承件33水平移位的裝置或橫向滑動件。當檢測對象15處於檢測位置時，接通χ射線源12並僅使支承件33圍繞豎直轉動軸線R轉動。為進行材料檢測，χ射線管12通常提供至少60kV、優選至少IOOkV和/或至少lkW、優選至少3kW的χ射線輻射。檢測對象15的整個χ射線檢測僅通過圍繞豎直轉動軸線R的轉動來執行，此外不需要檢測對象15和/或χ射線裝置20的任何其他擺動或移位。也可免去用於使檢測對象15轉動的、抓住檢測對象15的裝置，例如錐形輥或抓爪。檢測對象15在包括χ射線檢測在內的整個過程中都保持在輸送平面T內，從而省去了從輸送裝置14或從輸送平面T費事和費時地去除檢測對象的步驟。由於通過探測部分13A、13B來檢測檢測對象15的兩個完整的徑向截面52A、52B， 在根據圖1至圖3的實施例中轉動180°就足以記錄檢測對象15的一個完整的單幀圖像。 與其中需要旋轉360°來記錄一個完整的單幀圖像的常規檢測裝置相比，由此可大大縮短檢測時間。在許多情況下，檢測對象15包含具有不同壁厚度的區域。例如，在機動車車輪中輪輞底53較薄壁而輻條M較厚壁。在這些情況下，優選地記錄檢測對象的多個完整的單幀圖像，其中每個單幀圖像通過與所述壁厚之一相匹配的、用於χ射線裝置的參數組來記錄。 例如對於一機動車車輪，通過分別旋轉180°，用一個與輪輞底相匹配的、用於χ射線裝置的參數組來記錄一個完整的單幀圖像，並用一個與輻條相匹配的、用於χ射線裝置的參數組來記錄一個完整的單幀圖像。便利地，隨後在控制裝置38中將所記錄的單幀圖像合併成一個全圖像，特別是通過適當地對它們進行加權並將它們上下疊放來進行合併。可將所產生的、檢測對象15的全圖像為操作人員顯示在未示出的顯示終端上以進行指示。在根據圖1至圖3的實施例中，特別是可這樣來記錄多個單幀圖像，即以與輪輞底相匹配的統一的參數組來運行整個X射線探測器13並將其旋轉180°，並隨後以與輻條相匹配的統一的參數組來運行該χ射線探測器13並將其旋轉180°，或者反之。另選地，也可例如以與輪輞底相匹配的參數組來運行探測部分13A，且以與輻條相匹配的參數組來運行探測部分13B，並將其旋轉360°，或者反之。在任何情況下，都可通過旋轉總計360°來記錄兩個完整的單幀圖像。在記錄完一幅或多幅χ射線圖像之後，關閉χ射線源12。支承件33的轉動終止在適合於送出的位置。滑板沈、27移至打開位置，輸送裝置四、30藉此移至輸送平面T內。 驅動支承件33的輸送裝置35和送出裝置30以經過輸出口 18送出檢測過的檢測對象15， 並驅動送入裝置四以送入下一個檢測對象15。所有上述過程都通過電子編程的控制裝置38來自動控制，該控制裝置38為此目的例如經由數據總線與相應的驅動裝置、傳感器、執行機構和χ射線裝置20連接。控制裝置38也可被編程以分析處理由χ射線探測器13所記錄的χ射線數據並且可與未示出的輸入/輸出終端相連接以操作檢測裝置10和顯示檢測結果。根據圖4的實施例示出了，χ射線探測器13可布置成用於檢測超過兩個、在該情況下為三個的徑向截面52A、52B、52C。χ射線探測器13包括六個探測器行13a至13f。探測器行13a、13b、13c水平地、星形地布置成具有分別120°的相等的角間距。在每個水平探測器行13a、13b、13c的自由端部上分別固定有一豎直探測器行13d、13e、13f。探測器行13a、 13d形成用於檢測檢測對象15的第一徑向截面52A的第一探測部分13A，探測器行l!3b、i;3e 形成用於檢測檢測對象15的第二徑向截面52B的第二探測部分13B，而探測器行13c、13f 形成用於檢測檢測對象15的第三徑向截面52C的第三探測部分13C。如果所有探測部分 13A至13C以相同的放大係數/增強因子來運行，則可通過僅旋轉120°來獲得檢測對象15 的一個完整的單幀圖像。如果探測部分13A至13C各以不同的放大係數來運行，則可通過旋轉360°來獲得檢測對象15的三個完整的單幀圖像。根據圖5的實施例的設計類似於根據圖4的實施例的設計，而這裡設置了角間距為90°的四個探測部分13A至13D來檢測四個徑向截面52A至52D。在該實施例中，優選地設有兩個未示出的扇束χ射線管，其中一個χ射線管用於輻照探測部分13A、13D，而另一個 χ射線用於輻照探測部分13B、13C。為了對機動車車輪進行檢測，例如能以與輪輞底相匹配的放大係數來運行探測部分13A、13D，而以與輻條相匹配的放大係數來運行探測部分13B、 13C，或者反之。然後，可通過僅旋轉180°來獲得檢測對象15的兩個完整的單幀圖像。如果所有探測部分13A至13D以相同的放大係數來運行，則可通過僅旋轉90°來獲得檢測對象15的一個完整的單幀圖像。如果探測部分13A至13D各以不同的放大係數來運行，則可通過旋轉360°來獲得檢測對象15的四個完整的單幀圖像。圖6和7示出一種可選實施例，其中支承件33在χ射線檢測期間保持靜止並因此不具有樞轉軸承37，替代地，整個χ射線裝置20均一地圍繞豎直轉動軸線R轉動。為清楚起見，艙11在圖6和7中未被示出。χ射線管12和χ射線探測器13優選分別安裝在可圍繞豎直轉動軸線R轉動的支承件39和40上，該支承件39和40分別位於輸送平面的上方和下方，並分別具有其自身的旋轉驅動裝置41和42，由此能實現完整的轉動而不會與輸送裝置14發生碰撞。旋轉驅動裝置41、42由電子控制裝置38控制，使得確保χ射線源12和 χ射線探測器13同步轉動。旋轉支承件39和40因此優選在機械上脫離聯接並僅通過驅動控制裝置相耦聯。然而，這並非強制性的，旋轉支承件39和40的機械聯接也是可能的。檢測裝置10包括支承框架44，該支承框架用於位於輸送平面上方的可旋轉的支承件40的樞轉軸承46。支承框架44特別是可包含水平支架45和承載該水平支架45的兩個豎直支架 47、48。由於支承件33保持靜止，輸送裝置四、30不必豎直可調並且可例如安裝在支承件 33上。在根據圖6和7的實施例中，從χ射線源12發出的中心χ射線與轉動軸線R形成一在30°至60°範圍內的夾角，使得檢測對象15的橫截面的一半被輻照，如從圖7可最清楚地看到的那樣。這裡χ射線探測器13相對於轉動軸線R非對稱地設置。在該實施例中， 設置有具有最大40°的射束扇形的常規χ射線管以及包含豎直雙行5 和水平雙行5 的整體呈L形的χ射線探測器13。雙行5 包含可被獨立驅控的兩個平行的探測器行13a、13c，而雙行5 包括可被獨立驅控的兩個平行的探測器行13b、13d。探測器行13a、1 形成用於檢測檢測對象15的第一完整徑向截面的第一探測部分，探測器行l!3b、13d形成用於檢測檢測對象15的第二完整徑向截面的第二探測部分。通過以匹配於輪輞底的放大係數來驅控第一探測部分13a、i;3b並以匹配於輻條M的放大係數來驅控第二探測部分13c、 13d，或者反之，可通過使χ射線裝置20旋轉360°來記錄機動車車輪15的兩個相應的完整的單幀圖像。在類似於圖6和圖7的一種未示出的實施例中，包含L形χ射線探測器13的χ射線裝置20固定不動，而被檢測部件15可轉動以進行χ射線檢測。根據圖8的實施例與根據圖1至3的實施例的不同之處在於χ射線探測器13包含三個雙行55a、55b、55c，其中每個雙行55a、55b、55c包含可被獨立驅控的兩個平行的探測器行13a、13b或13c、13d或13e、13f。探測器行13a、13c、13e形成用於檢測檢測對象15 的第一完整截面的第一 U形探測部分，探測器行13b、13d、13f形成用於檢測檢測對象15的第二完整截面的第二探測部分。通過以匹配於輪輞底的放大係數來驅控第一探測部分13a、 13cU3e並以匹配於輻條M的放大係數來驅控第二探測部分13b、13d、13f,或者反之，可通過旋轉——這裡為使被檢測部件15旋轉——僅180°來記錄機動車車輪15的兩個相應的完整的單幀圖像。在根據圖6至8的實施例中，也可為各探測器行55a、5^設置多於兩個的平行布置的、可被獨立驅控的探測面。
權利要求
1.一種用於藉助X射線輻射對檢測對象(15)進行材料檢測的裝置，包括一 X射線裝置 (20)和一電子控制裝置(38)，該χ射線裝置包括一用於透射被保持在檢測位置中的檢測對象(1 的χ射線源(1 和一設計成行探測器的χ射線探測器(13)，該電子控制裝置設置用於控制所述χ射線裝置(20)，其中在χ射線檢測期間，所述檢測對象(15)和所述χ射線裝置00)能夠僅圍繞大致豎直的轉動軸線(R)相對於彼此轉動，其特徵在於，所述χ射線探測器(1 包括至少兩個探測部分(13A，i;3B，...)，所述探測部分設置用於在完整的徑向截面(52A，52B，...)上檢測所述檢測對象。
2.根據權利要求1的裝置，其特徵在於，所述χ射線探測器(13)以弧形的方式圍繞所述檢測對象(1 布置。
3.根據權利要求1或2的裝置，其特徵在於，所述探測部分(13A，i;3B，...)呈L形。
4.根據前述權利要求中任一項的裝置，其特徵在於，所述χ射線探測器(13)設置用於在完整的全截面上檢測所述檢測對象(15)。
5.根據前述權利要求中任一項的裝置，其特徵在於，對於每個檢測對象(15)，所述控制裝置(38)分別以用於所述χ射線裝置00)的不同工作參數來驅控所述χ射線裝置00) 以便記錄該檢測對象的至少兩輻完整的單幀圖像。
6.根據權利要求5的裝置，其特徵在於，為記錄一幅單幀圖像，所述檢測對象(1 和所述χ射線裝置OO)相對於彼此轉過小於360°的轉動角度。
7.根據權利要求5或6的裝置，其特徵在於，為記錄一幅單幀圖像，所述檢測對象(15) 和所述χ射線裝置OO)相對於彼此轉過大致180°度的轉動角度。
8.根據權利要求5至7中任一項的裝置，其特徵在於，所述控制裝置(38)設置用於適當地將所記錄的、所述檢測對象(1 的單幀圖像合併為一幅全圖像。
9.根據權利要求5至8中任一項的裝置，其特徵在於，所述控制裝置(38)設置用於根據所述檢測對象(1 的不同壁厚度的區域對所述工作參數進行調節。
10.根據前述權利要求中任一項的裝置，其特徵在於，為了進行所述X射線檢測，所述支承件(3 連同被保持在該支承件上的所述檢測對象(1 一起能夠圍繞所述轉動軸線 (R)整體轉動。
11.根據前述權利要求中任一項的裝置，其特徵在於，所述檢測對象(1 在整個裝載操作和檢測操作期間保持在一連續的輸送平面(T)內。
12.根據前述權利要求中任一項的裝置，其特徵在於，所述χ射線源(12)是呈現至少 45°扇角的扇束χ射線管。
13.根據前述權利要求中任一項的裝置，其特徵在於，為匹配於不同的檢測對象(15)， 所述χ射線源(12)和/或所述χ射線探測器(13)能夠相對於該檢測對象被調節。
14.根據前述權利要求中任一項的裝置，其特徵在於，所述控制裝置(38)用於自動地將檢測對象(1 送入所述檢測位置或從所述檢測位置送出。
15.根據前述權利要求中任一項的裝置，其特徵在於，該裝置包括為環境屏蔽χ射線輻射的輻射防護艙(11)。
全文摘要
本發明涉及一種用於藉助x射線輻射對檢測對象(15)進行材料檢測的裝置，該裝置包括x射線裝置(20)和電子控制裝置(38)，該x射線裝置具有用於透射被保持在檢測位置中的檢測對象(15)的x射線源(12)和設計成行探測器的x射線探測器(13)，該電子控制裝置布置用於控制所述x射線裝置(20)，其中在x射線檢測期間，所述檢測對象(15)和所述x射線裝置(20)能夠僅圍繞大致豎直的轉動軸線(R)相對於彼此轉動，其特徵在於，所述x射線探測器(13)包括至少兩個探測部分(13A，13B，...)，各探測部分設置用於在完整徑向截面(52A，52B，...)上檢測所述檢測對象。
文檔編號G01N23/04GK102165308SQ200980137341
公開日2011年8月24日 申請日期2009年1月13日 優先權日2008年9月24日
發明者H·盧克斯, I·施圖克, J·克拉默, M·維斯滕貝克爾, N·布萊特澤克, T·F·古恩澤勒 申請人:Ge傳感與檢測技術有限公司