Спосіб рентгенотелевізійної дефектоскопії

Спосіб рентгенотелевізійної дефектоскопії, що включає попереднє визначення необхідної тривалості накопичення та потужності експозиційної дози рентгенівського випромінювання для режиму накопичення з врахуванням тривалості накопичення, типу матеріалу та товщини об'єкта, просвічування контрольованого об'єкта потоком рентгенівського випромінювання з визначеною раніше потужністю експозиційної дози, реєстрацію тіньового зображення об'єкта за допомогою рентгеноелектричного перетворювача з визначеною раніше тривалістю накопичення, запам'ятовування зображення, віднімання від зображення об'єкта зображення бездефектної пластини, матеріал і товщина якої відповідають матеріалу і товщині об'єкта, запам'ятовування різницевого зображення, відтворення його на екрані відеоконтрольного пристрою, аналіз одержаного зображення, який відрізняється тим, що необхідні умови просвічування (тривалість накопичення зображення та потужність експозиційної дози рентгенівського випромінювання) визначають за допомогою попередньо розрахованих сімей залежностей відношення сигнал/шум від режимних параметрів джерела рентгенівського U 2 (11) 1 3 19254 помогою рентгенівського детектора (рентгеноелектричного перетворювача), відтворюють зображення на екрані відеоконтрольного пристрою та виконують аналіз телевізійного зображення для виявлення дефектів, які пов'язані з локальними неоднорідностями структури об'єкта і яким відповідають локальні перепади яскравості екрану відеоконтрольного пристрою [1, 2]. Рентгенотелевізійні системи, в яких реалізовано даний спосіб, містять джерело рентгенівського випромінювання (рентгенівський апарат), рентгеноелектричний перетворювач (детектор рентгенівського випромінювання), відеоконтрольний пристрій (монітор) та допоміжні системи, які забезпечують функціонування основних складових. Виявлення дефектів при реалізації такого метода ускладнює, або робить зовсім неможливим, низьке значення відношення сигнал/шум , яке відповідає низькому знаH ченню дефектоскопічного контрасту , де Н H товщина досліджуваного об'єкту в напрямку просвічування; H - перепад товщини. Суттєвим недоліком такого способу індикації дефектів є також відповідний низький контраст яскравості на загаB льному фоні , де В - яскравість фону; В - пеB репад яскравості, обумовлений перепадом товщини об'єкта. Це спонукало до створення способів рентгенотелевізійної дефектоскопії, які були б вільні від згаданих недоліків. Зокрема, вплив як першого, так і другого недоліків радикально зменшує застосування режиму регульованої тривалості накопичення, за якого час експозиції, тобто, час просвічування і тривалість накопичення зображення об'єкта, збільшується в порівнянні з тривалістю накопичення в звичайному режимі безперервного зчитування, яка, найчастіше, відповідає періоду телевізійної кадрової розгортки. Застосування режиму регульованої тривалості накопичення дозволяє покращити відношення сигнал/шум в пропорції ~ Nk , а різницеве значення сигналу від дефекту в Nk разів, де Nk - кількість кадрів накопичення. Суттєвим недоліком, навіть перешкодою для масового застосування цього способу у дефектоскопії, є невизначеність мінімально необхідної кількості кадрів накопичення Nk та відповідного значення потужності дози рентгенівського випромінювання при просвічуванні тих чи інших конкретних об'єктів за тих чи інших умов дефектоскопічного дослідження. Як прототип даної корисної моделі прийнятий винахід "Способ рентгенотелевизионной дефектоскопии и устройство для его осуществления" [3], який являє спосіб рентгенотелевізійної дефектоскопії, що включає попереднє визначення необхідної тривалості накопичення та потужності експозиційної дози рентгенівського випромінювання для режиму накопичення з врахуванням тривалості накопичення, типу матеріалу та товщини об'єкта, просвічування контрольованого об'єкта потоком рентгенівського випромінювання з визначеною раніше потужністю експозиційної дози, реєстрацію тіньового зображення об'єкта за допомогою рент 4 геноелектричного перетворювача з визначеною раніше тривалістю накопичення, запам'ятовування зображення, віднімання від зображення об'єкта зображення бездефектної пластини, матеріал і товщина якої відповідають матеріалу і товщині об'єкта, запам'ятовування різницевого зображення, відтворення його на екрані відеоконтрольного пристрою, аналіз одержаного зображення. Система, в якій реалізовано даний спосіб містить керований рентгенівський апарат, детектор рентгенівського випромінювання, блок пам'яті, синхрогенератор, блок керування та відеоконтрольний пристрій, а також вимірювач потужності експозиційної дози, аналогово-цифровий перетворювач, комутатор, другий блок пам'яті, блок віднімання, цифро-аналоговий перетворювач, маніпулятор, телевізійний вимірювач дефектів, еталонний елемент з заданим розміром, плоскопаралельна пластина. Очевидним недоліком запропонованого в [3] способу підвищення якості одержуваних зображень об'єкта при рентгенотелевізійній дефектоскопії є необхідність проведення при здійсненні дефектоскопії кожного нового об'єкта ще й декількох додаткових допоміжних вимірювань зразків (плоскопаралельної пластини та плоскопаралельної пластини з еталонним елементом), кожне з яких як за часом, так і за трудомісткістю не відрізняється від основного вимірювання контрольованого об'єкта, а також необхідність мати реально на місці контролю набір таких зразків (плоскопаралельних пластин та еталонних елементів) різних товщин та різних матеріалів, обсяг та склад якого визначається номенклатурою та складом зразків матеріалів та виробів, які підлягають контролю в кожній конкретній ситуації. При цьому необхідно мати також ряд додаткових довідкових матеріалів результатів попередніх експериментів та розрахунків. Відповідно, в основу даної корисної моделі поставлено задачу скорочення часу, який витрачається на проведення вимірювання, спрощення та здешевлення процедури вимірювання при рентгенотедевізійній дефектоскопії об'єкта, що контролюється, підвищення якості зображення завдяки зменшенню похибок через зменшення кількості допоміжних процедур. Досягнутий технічний результат забезпечує можливість відмови від трьох додаткових безпосередніх вимірювань бездефектних аналогів об'єкта (тобто плоскопаралельної пластини такого самого матеріалу та товщини, плоскопаралельної пластини з встановленим на ній еталонним елементом та плоскопаралельної пластини у визначеному оптимальному режимі) при дефектоскопії кожного нового об'єкта, та від необхідності мати в наявності реальний набір відповідних зразків. Крім того, можливості сучасних методів математичного моделювання дозволяють відтворювати зображення об'єктів, форма яких має більш складний профіль, ніж плоскопаралельна пластина. Поставлена задача вирішується тим, що в способі рентгенотелевізійної дефектоскопії, що включає попереднє визначення необхідної тривалості накопичення та потужності експозиційної 5 дози рентгенівського випромінювання для режиму накопичення з врахуванням тривалості накопичення, типу матеріалу та товщини об'єкта, просвічування контрольованого об'єкта потоком рентгенівського випромінювання з визначеною раніше потужністю експозиційної дози, реєстрацію тіньового зображення об'єкта за допомогою рентгеноелектричного перетворювача з визначеною раніше тривалістю накопичення, запам'ятовування зображення, віднімання від зображення об'єкта зображення бездефектної пластини, матеріал і товщина якої відповідають матеріалу і товщині об'єкта, запам'ятовування різницевого зображення, відтворення його на екрані відеоконтрольного пристрою, аналіз одержаного зображення, новим є те, що необхідні умови просвічування (тривалість накопичення зображення та потужність експозиційної дози рентгенівського випромінювання) визначають за допомогою попередньо розрахованих сімей залежностей відношення сигнал/шум від режимних параметрів джерела рентгенівського випромінювання, властивостей об'єкта (матеріал та товщина) та характеристик очікуваного дефекту (відносний розмір), а за допомогою цифрової моделі застосованого рентгеноелектричного перетворювача, яка створена на основі заздалегідь розрахованої та прокаліброваної за еталонними зразками (плоскопаралельними пластинами тих чи інших матеріалів з каліброваними товщинами) у контрольних точках сім'ї амплітудних характеристик даного рентгеноелектричного перетворювача, і яка враховує результат впливу на формування зображення наявних індивідуальних особливостей конкретної апаратури (неоднорідностей фону по полю зображення), відтворюють зображення плоскопаралельної пластини, матеріал та товщина якої відповідають по поглинанню рентгенівського випромінювання матеріалу та товщині бездефектного об'єкта, а закладені до цифрової моделі режимні параметри рентгенівського апарата та детектора рентгенівського випромінювання, які складають рентгеноелектричний перетворювач, відповідають раніше визначеним значенням таких параметрів для забезпечення необхідного відношення сигнал/шум при дефектоскопії об'єкта з даними властивостями, та запам'ятовують відтворене за допомогою цифрової моделі зображення, після чого просвічують об'єкт за таких саме значень режимних параметрів рентгеноелектричного перетворювача, з одержаного зображення об'єкта віднімають відтворене за допомогою цифрової моделі зображення бездефектної пластини, різницеве зображення запам'ятовують, після чого використовують його для визначення наявності дефектів, вимірювання параметрів визначених дефектів та визначення придатності об'єкта. Новизна та суть заявленої корисної моделі, що запропонована для вдосконалення рентгенотелевізійного способу неруйнівного контролю матеріалів та виробів з них міститься в описі, який поданий нижче. Відомо, що сучасні рентгенотелевізійні дефектоскопічні та медичні комплекси містять у своєму складі комп'ютери, які у відповідності до закладеної до них програми за допомогою відповідного 19254 6 периферійного обладнання виконують роль блока керування та синхронізуючої ланки комплексу, використовуються для запам'ятовування, оперативної обробки та зберігання даних вимірювань. В той же час, значного ступеню досконалості набуло математичне моделювання: на базі математичних рівнянь, які описують фізичні процеси в приладах, що складають рентгенотелевізійну дефектоскопічну систему (генерація випромінювання рентгенівським апаратом, просвічування того чи іншого об'єкта потоком рентгенівського випромінювання та формування рентгенівської тіньової картини, встановлення відповідного значення шуму та відношення сигнал/шум в залежності від характеристик об'єкта та умов просвічування, перетворення відповідного просторового розподілу інтенсивності рентгенівського випромінювання на часову послідовність електричних сигналів рентгеноелектричним перетворювачем того чи іншого типу) за допомогою сучасних чисельних методів може бути відтворений сигнал від об'єкта з заданими властивостями та при заданих робочих параметрах апаратури, характеристики якого з ступенем точності, який задається у ЕОМ програмно, можуть бути наближені до характеристик сигналу від реального об'єкта з такими властивостями та за таких саме експериментальних умов. Більше того, на основі розрахованої за допомогою згаданих рівнянь системи амплітудних характеристик (тобто, залежностей величини вихідного сигналу від величини вхідного сигналу) блока рентгеноелектричного перетворювача рентгенотелевізійної системи може бути синтезована його цифрова модель, яка дозволяє оперативно відтворювати відповідний вихідний сигнал за простим розрахунковим алгоритмом. Така попередньо розрахована та закладена до пам'яті комп'ютера цифрова модель дозволяє при будь-якій потребі відтворювати у цифровому вигляді вихідний сигнал від об'єкта з заданими характеристиками (матеріал, товщина) для заданих експериментальних умов (режим роботи рентгенівського апарата та рентгеноелектричного перетворювача). Запропонований спосіб рентгенівської дефектоскопії ілюструється кресленнями, де на Фіг.1 представлена серія залежностей відношення сигнал/шум від товщини зразка Н досліджуваного напівпровідникового матеріалу (кремнію) при відH носному розмірі дефекту 0.05 для різних H значень напруги на аноді рентгенівської трубки; на Фіг.2 представлена серія залежностей відносних розмірів дефектів від товщини зразка, які відповідають набору конкретних фіксованих значень відношення сигнал/шум; на Фіг.3 показані амплітудні характеристики рентгеноелектричного перетворювача для зразків кремнію при різних режимах роботи рентгенівського апарата; Фіг.4 ілюструє метод графічного визначення вихідного сигналу за заданим вхідним для випадку "малого сигналу", коли система працює в лінійному режимі; на Фіг.5 показане графічне визначення вихідного сигналу за заданим вхідним у випадку "великого сигналу", коли повною мірою проявляються нелінійні властивості системи; на Фіг.6 зображений вихідний 7 19254 сигнал, отриманий раніше на Фіг.5, у збільшеному масштабі та, для порівняння, відповідний сигнал, розрахований шляхом повномасштабного обчислення системи рівнянь, що моделює рентгеноелектричний перетворювач. Суть корисної моделі може бути пояснена за допомогою прикладів, які наведені нижче, та стосуються ланки формування рентгенівського зображення об'єкта та перетворення його на електричний сигнал на основі джерела рентгенівського випромінювання неперервної дії та рентгеновідикона. Природно, що форми реалізації винахідницького задуму не обмежені наведеними нижче прикладами і що на основі принципового технічноk 1iZ(E M n 0 (E) E) r 2E m (E)ctg exp m C TB 2 EM E2 w (E)H w 8 го рішення, викладеного на початку характеристики суті корисної моделі, можуть бути створені й інші математичні та цифрові моделі, зумовлені різними характеристиками досліджуваних об'єктів, типів та специфікою джерел рентгенівського випромінювання та застосованих рентгеноелектричних перетворювачів. Створена в [4-6] система рівнянь задовольняє всім вимогам повної математичної моделі ланки формування рентгенівського зображення об'єкта та перетворення його на електричний сигнал на основі джерела рентгенівського випромінювання неперервної дії та рентгеновідикона: , (1) (2) n(E)=n0(E)exp[- (E)H], Emax I n(E)EdE , (3) 0 e( n n P V0 p p) Eg U sp UA2 UA2 Emax n(E) V (E)EdE , (4) 0 1 exp T P Tk Nk , (5) 0 p M an V n , 1 P( V ) (6) n 1 V V0 dV P( V ) I vyx 2 Il CMP C exp y' Rl 2 P( V ) exp 1 erf x` Rl 2 x` Rl y` Rl , (7) 2 d y` x` , d Rl Rl де n0(Е) - енергетичний спектр густини потоку квантів (в квант/см2 с кеВ) на відстані r (в см) від реальної рентгенівської трубки; k1=1.1 1012квант/А с кеВ; Z - атомний номер матеріалу анода рентгенівської трубки; Е - енергія квантів рентгенівського випромінювання в кеВ; Еmax - максимальна енергія квантів в кеВ; і - анодний струм в А; Нw та Н - товщини вихідного вікна рентгенівської трубки та досліджуваного об'єкту в см; m(Е), w(Е) та (E) - лінійні коефіцієнти поглинання рентгенівського випромінювання матеріалу анода, вікна рентгенівської трубки та досліджуваного об'єкту в см-1; m густина матеріалу анода в г/см3; - кут нахилу анода; CTB - константа Томсона-Відінгтона; n(Е) енергетичний спектр густини потоку квантів за об'єктом; I - інтенсивність випромінювання, що пройшло крізь об'єкт; P - нерівноважна питома (8) провідність матеріалу мішені рентгеновідикона; n і p - рухливості електронів та дірок матеріалу мішені рентгеновідикона; n і p - середній час життя електронів та дірок; Eg - енергія виникнення пари носіїв струму; V - лінійний коефіцієнт істинного поглинання рентгенівського випромінювання матеріалу мішені рентгеновідикона; V0 - приведене первинне значення потенціалу мішені рентгеновідикона перед комутацією; Usp - напруга сигнальної пластини рентгеновідикона, відрахована від потенціалу катода; UA2 - потенціал другого анода рентгеновідикона, відрахований від потенціалу катода; T - питома темнова провідність мішені рентгеновідикона; Тk - тривалість кадру; - діелектрична проникність матеріалу мішені рентгеновідикона; 0 - діелектрична проникність вакууму; M(V) - вторинно-емісійна характеристика (ВЕХ) мішені рент 9 геновідикона; P(V) - апроксимуючий поліном; V приведене значення потенціалу мішені рентгеновідикона; р – ступінь поліному; - ефективність комутації; х' та у' - прямокутні координати жорстко зв'язані з центром променя зчитування; RІ - ефективний радіус променя; erf(x'/RІ) - інтеграл ймовірностей; Ivyx - вихідний сигнал рентгеновідикона; Il струм променя зчитування; СMP - питома ємність мішень-підкладинка; С - сумарна питома ємність мішені. Рівняння (1) цієї системи моделює процес генерації рентгенівського випромінювання рентгенівською трубкою. Рівняння (2) - процес формування енергетичного спектра густини потоку квантів за об'єктом. Рівняння (3) системи встановлює співвідношення між енергетичним спектром повного потоку квантів за об'єктом та інтенсивністю рентгенівського випромінювання. Формула (4) відтворює залежність нерівноважної питомої провідності речовини фоточутливого шару (мішені) рентгеновідикона від інтенсивності рентгенівського випромінювання. Рівняння (5) моделює процес запису потенціального рельєфу на поверхні мішені рентгеновідикона внаслідок проекції тіньового рентгенівського зображення. Рівняння (6) представляє собою формулу, що апроксимує за допомогою полінома вторинно-емісійну характеристику мішені рентгеновідикона. Рівняння (7) описує зміну глибини потенціального рельєфу, що присутній на поверхні мішені, в процесі комутації променем електронів при його зчитуванні. Нарешті, рівняння (8) моделює процес формування вихідного сигналу рентгеновідикона при зчитуванні електронним променем потенціального рельєфу, записаного на поверхні мішені в результаті проекції тіньового рентгенівського зображення. Важливим параметром рентгенотелевізійних систем дефектоскопії, що визначає ймовірність виявлення малого перепаду щільності досліджуваного зразка, є відношення сигнал/шум. В перших каскадах таких систем, що забезпечують просвічування об'єкту та формування первинного тіньового рентгенівського зображення, джерелом шумів є статистичні флуктуації кількості фотонів [2, 7]. Для такого випадку, відношення сигнал/шум за об'єктом товщиною Н з дефектом (впадиною або виступом) розміром H в напрямку просвічування може бути розраховане за формулою [2, 7]: P(H H) P(H) ,  R2 t (9) P(H H) P(H) 2 де R - радіус елемента зображення; t - час сумування дії фотонів; Р(Н± H) - густина загального потоку квантів рентгенівського випромінювання, що пройшло об'єкт в місці дефекту з розмірами H; Р(Н) - густина загального потоку квантів рентгенівського випромінювання, що пройшло об'єкт товщиною H; величина у знаменнику є середньоквадратичним відхиленням густини загального потоку квантів, що пройшли крізь об'єкт. Розрахунок густини загального потоку квантів рентгенівського випромінювання, що пройшло об'єкт даної товщини виконується за формулою: 19254 10 Emax P(H) n(E, H)dE , (10) 0 де n(Е,Н) - енергетичний спектр рентгенівського випромінювання після проходження досліджуваного зразка товщиною Н. Значення цієї величини розраховується за апроксимуючими формулами (1) та (2) повної математичної моделі, які наведені вище. На основі формул (9), (10) та (2) за допомогою програми «MathCAD» проведені приклади розрахунків залежностей відношення сигнал/шум від товщини Н зразка досліджуваного напівпровідникового матеріалу (кремнію). На Фіг.1 представлена серія кривих таких залежностей при відносному H розмірі дефекту 0.05 для різних значень H напруги на аноді трубки. Розрахунки проводились для рентгенівської трубки з вольфрамовим анодом. При цьому анодний струм дорівнював 10мА, кут нахилу анода 19°, товщина вихідного берилієвого вікна рентгенівської трубки 4мм (ці параметри відповідають трубці 1,2-3БПМ5-300), а відстань до об'єкта приймалася 30см. H Слід відзначити, що за умови 1 з аналіH зу формул (9), (10), (2) витікає, що, величина відношення сигнал/шум за інших незмінних параметH рів пропорційна значенню , тобто відносному H розміру дефекту. Таким чином, криві, представлені на Фіг.1, фактично відтворюють залежності (H) H для будь-яких значень параметра , якщо вони H не перевищують 0.1. Тому, щоб визначити величину відношення сигнал/шум для певних значень товщини зразка, напруги на аноді та відносного розміру дефекту з Фіг.1, достатньо ординату, що відповідає цим значенням Еmax та H, поділити на H 0.05 та помножити на відповідне значення . H Для практичних цілей, як правило, важливо знати найменшу величину дефекту, що забезпечує те чи інше конкретне значення відношення сигнал/шум. В зв'язку з цим на основі графіків на Фіг.1, була побудована серія залежностей відносних розмірів дефектів від товщини зразка, які відповідають набору конкретних фіксованих значень відношення сигнал/шум. Відповідні графіки представлені на Фіг.2. Вони розраховані для прискорювальної анодної напруги 30кВ. Криві на Фіг.2 мають мінімум при тому ж значенні товщини зразка, при якому залежність (H) для Еmax=30кеВ на Фіг.1 має максимум. В [7] показано, що впевнене розпізнання деталей зображення на фоні статистичних шумів можливе при значеннях =3-5. Інформація, представлена на Фіг.2, дозволяє оцінити які мінімальні відносні розміри дефектів можна відрізнити на фоні статистичних флуктуацій потоку рентгенівських квантів в залежності від товщини кремнієвого зразка, тобто визначити границі відносної чутливості системи дефектоскопії по відношенню 11 до шумових характеристик первинного рентгенівського сигналу. Таким чином, на підставі представленої вище математичної моделі (рівняння (2), (9), (10)) для цілого набору матеріалів можуть бути розраховані сім'ї характеристик, подібних поданим на Фіг.1, 2. За цими характеристиками, знаючи тип матеріалу та товщину зразка Н, прогнозований мінімальний розмір дефекту H та відповідне значення відносH ної чутливості , можна визначити без додаткоH вих вимірювань, як режимні параметри джерела рентгенівського випромінювання, які забезпечують максимальне значення відношення сигнал/шум vx, так, власне, і саме значення vx. Це дозволяє перевірити необхідність застосування режиму з регульованою тривалістю накопичення та в разі такої потреби (тобто, якщо vx менше за мінімально допустиме значення відношення сигнал/шум 2 vyx визначити необvyx), за формулою Nk 2 vx хідну кількість кадрів накопичення Nk. Чисельне рішення системи (1)-(8) дозволяє для конкретного виду матеріалу, що досліджується, діапазону товщин, виду дефекту оцінювати характеристики вихідного сигналу рентгеновідикона в залежності від режиму роботи рентгенівського апарату та режиму роботи самого рентгеновідикона. Система рівнянь (1)-(8) була використана в [4, 5] для моделювання процесів рентгенівської дефектоскопії виробів зі сталі доволі значної товщини: від 1мм до 20мм (в окремих випадках навіть до 40мм). Результати цих досліджень, підтвердивши ефективність моделі, створеної на основі подібної системи рівнянь, включають, зокрема, також ряд загальних висновків, які стосуються механізмів залежності вихідного сигналу конкретних моделей рентгеновідиконів (ЛИ-473-1, ЛИ-504 та ін.) від ефективності комутації електронного променя, глибини зафіксованого потенціального рельєфу, а також, в свою чергу, залежності глибини потенціального рельєфу від потужності дози рентгенівського випромінювання, кількості кадрів накопичення, величини та співвідношення потенціалів на електродах приладу. В [6] було виконане наскрізне моделювання за допомогою системи рівнянь (1)-(8) рентгеноелектричного перетворювача комплексу рентгенівської дефектоскопії стосовно тонких зразків напівпровідникових матеріалів (Si та Ge), які використовуються в електронній промисловості, і одержані його амплітудні характеристики відносно цих матеріалів. Приклад таких характеристик для зразків кремнію та для різних режимів роботи рентгенівського апарата показаний на Фіг.3. Розрахунок вихідного сигналу проводився для наступних параметрів: i=10мА; Еmax=30кеВ, 50кеВ та 100кеВ; Nk=1; Usp=250В та r=40см, при гаусовому розподілі густини струму за перерізом електронного променя рентгеновідикона та ефективності комутації променя =0.12. Побудова подібної системи амплітудних характеристик, яка з високою повнотою враховує особ 19254 12 ливості об'єкта та робочі параметри складових комплексу дефектоскопічної апаратури, потребує досить великого обсягу складних математичних обчислень. В той же час нижче розглянута можливість створення на основі заздалегідь отриманої для відповідних умов сім'ї амплітудних характеристик рентгеноелектричного перетворювача універсальної цифрової моделі системи рентгеноелектричного перетворювача, яка дозволяє за максимально спрощеною обчислювальною процедурою з великим ступенем точності відтворювати вихідний сигнал для зразків та дефектів з довільними характеристиками. Саме така методика виявляється найбільш ефективною для створення математичних моделей нелінійних елементів та систем у випадках, коли їх опис за допомогою аналітичних чи навіть дуже складних рекурентних співвідношень ускладнений або неможливий [8]. Нижче на конкретних прикладах показана сутність цієї методики та продемонстровані її можливості стосовно створення цифрової моделі рентгеноелектричного перетворювача для пристосування до задач рентгенівської дефектоскопії напівпровідникових виробів та об'єктів з інших матеріалів. Оскільки амплітудні характеристики перетворювача, як показано вище, одержуються чисельно-розрахунковим шляхом, відповідні залежності можуть бути виражені або у вигляді числових масивів, або наочно у вигляді графіків (Фіг.3). Розглядуваний метод полягає саме в графічному визначенні вихідного сигналу за заданим вхідним (Фіг.4). В першому квадранті Фіг.4 показаний дефект на поверхні пластини з кремнію товщиною 0.04см, який являє собою западину з трапецевидним перерізом глибиною 0.02см, яка простягається у напрямі, що перпендикулярний напрямку розгортки рентгеновідикона. Дефект зображений у вигляді функції Н(Х) - залежності товщини зразка від координати X, яка збігається з напрямком розгортки рентгеновідикона. У другому квадранті зображена узагальнена амплітудна характеристика Івих(Н) рентгеноелектричного перетворювача для кремнію для умов, які відповідають характеристиці, зображеній на Фіг.3 (Еmax=50кеВ), і яка складає деяку її частину (відповідна робоча точка Q показана на Фіг.3). Третій квадрант містить допоміжну пряму, проведену під кутом 45° до осей координат. В четвертому квадранті шляхом відповідного проектування та переносу зображення побудована функція Iвих(t), тобто, залежність вихідного сигналу рентгеновідикона від часу. Всі величини на графіках Фіг.4 виражені у безвимірних одиницях: координата Х - у радіусах електронного променя Rl, V t час визначений як x , де Vx - швидкість руху Rl променя вздовж рядкової розгортки рентгеновідикона, вихідний сигнал рентгеновідикона CIvyx Iвих . На тій же фігурі у четвертому квадIlCMP ранті пунктирною лінією зображений графік відповідного сигналу, побудований в результаті розрахунку за системою рівнянь (1)-(8). Можна бачити нехтовно малу відмінність характеристик сигналу спеціально розрахованого за повною обчислюва 13 льною процедурою та одержаного за спрощеною методикою. Являло інтерес випробувати можливості даної методики у випадку "великого сигналу", коли повною мірою проявляються нелінійні властивості системи. На Фіг.5 за допомогою аналогічної процедури відтворюється вихідний сигнал від свинцевої міри синусоїдального профілю товщиною 0.02см, за тих самих умов. В першому квадранті на Фіг.5 зображений профіль свинцевої міри, в другому зображена розрахована узагальнена амплітудна характеристика для свинцю, в четвертому - одержаний за допомогою вже описаної процедури вихідний сигнал. На Фіг.6 зображений цей вихідний сигнал у збільшеному масштабі та пунктирною лінією відповідний сигнал, розрахований за точною методикою (тобто, шляхом повномасштабного обчислення системи (1)-(8)). Можна бачити дуже добре узгодження як за величиною, гак і за формою сигналів, одержаних обома способами. Необхідно зазначити, що в прямому сенсі графічний метод побудови, продемонстрований на Фіг.4 та 5, представлений для наочності. Звичайно ж необхідні процедури виконуються за допомогою комп'ютера з відповідними числовими масивами [8]. Таким чином, можна констатувати, що цифрова нелінійна модель, створена на основі однократно заздалегідь розрахованої та адаптованої для конкретної дефектоскопічної апаратури шляхом попередньої калібровки за еталонними зразками у контрольних точках сім'ї амплітудних характеристики рентгеноелектричної системи, може бути багаторазово застосована для відтворення спрощеним шляхом вихідних сигналів (зображень) від будь-якої кількості первинних сигналів (об'єктів) різноманітної, навіть досить складної форми та розмірів, включаючи, звичайно, й зображення простої форми плоскопаралельної пластини. При цьому в процесі калібровки можуть бути виявлені та закладені до пам'яті комп'ютера дані про неоднорідності фону по полю зображення, які спричиняються індивідуальними особливостями конкретних апаратних засобів даної дефектоскопічної системи. Процес дефектоскопії у відповідності зі способом, який заявляється, відбувається наступним чином. Заздалегідь на основі наскрізної математичної моделі рентгеноелектричного перетворювача (при використанні джерела рентгенівського випромінювання неперервної дії та рентгенонідикона це рівняння (1)-(10)) розраховуються сім'ї залежностей відношення сигнал/шум та амплітудних характеристик для потрібного набору матеріалів і режимів дефектоскопічної апаратури найбільш для цього сприятливих (приклади таких залежностей показані на Фіг.1-Фіг.3) та адаптуються до конкретної дефектоскопічної апаратури шляхом попередньої калібровки за еталонними зразками у контрольних точках амплітудних характеристик, що забезпечує, зокрема, врахування неоднорідностей по полю та інших систематичних викривлень зображення, які обумовлені наявністю індивідуальних особливостей, притаманних даному апаратному комплексу. Такі сім'ї залежностей являють 19254 14 собою цифрову модель, яка дозволяє визначати оптимальні режимні параметри при дослідженні та за спрощеною обчислювальною процедурою відтворювати в цифровому вигляді зображення тих чи інших об'єктів з таких матеріалів, з врахуванням специфіки конкретної апаратури. Відповідна цифрова модель та алгоритми, які забезпечують її застосування, як частина програмного забезпечення закладаються до комп'ютера, який є блоком керування дефектоскопічного комплексу. При проведенні дефектоскопічних вимірювань до комп'ютера вводяться параметри бездефектного аналога об'єкта (тобто, плоскопаралельної пластини чи підкладинки більш складної форми), матеріал, профіль та розміри якого відповідають по поглинанню рентгенівського випромінювання матеріалу, профілю та розмірам бездефектного об'єкта, а також мінімальні розміри дефектів, які підлягають виявленню, та визначають оптимальні режимні параметри апаратури дефектоскопічного комплексу, які забезпечують необхідне значення відношення сигнал/шум. На підставі визначених значень режимних параметрів комп'ютер забезпечує встановлення відповідних режимів керованих ним вузлів комплексу та у відповідності до алгоритмів, приклад роботи яких продемонстрований на Фіг.4Фіг.6, виконує відтворення в цифровому вигляді зображення аналога об'єкта з врахуванням специфіки конкретної апаратури за допомогою закладеної до нього цифрової моделі та фіксує це зображення в пам'яті. Одночасно виконується просвічування досліджуваного реального об'єкта. Сигнал з виходу рентгеноелектричного перетворювача, що відповідає зображенню цього об'єкта, переводиться до цифрового вигляду, вводиться до комп'ютера і також запам'ятовується. Від одержаного зображення досліджуваного об'єкта віднімають відтворене за допомогою цифрової моделі зображення відповідного аналога об'єкта (тобто, складові фону, пов'язані, як власне з об'єктом, так і з неоднорідностями по полю зображення, які обумовлені нерівномірністю джерела випромінювання та нерівномірністю по полю чутливості детектора випромінювання), різницеве зображення запам'ятовують, перетворюють на телевізійний сигнал, відображають на екрані відеоконтрольного пристрою, після чого використовують його для визначення наявності дефектів, вимірювання параметрів визначених дефектів та визначення придатності об'єкта. Інформація, зафіксована у пам'яті комп'ютера, використовується для документування та зберігання результатів рентгеноскопічного контролю, та, в разі потреби, для подальшої обробки за допомогою комп'ютерних методів. Джерела інформації 1. Неразрушающий контроль элементов и узлов радиоэлектронной аппаратуры.// Под ред. Б.Е. Бердичевского. - М.: Советское радио, 1976. 296с. 2. Блинов Н.Н., Жуков Е.М., Козловский Э.Б., Мазуров А.И. Телевизионные методы обработки рентгеновских и гамма-изображений. - М.: Энергоиздат, 1982. - 200с. 3. Способ рентгенотелевизионной дефектоскопии и устройство для его осуществления: а.с. 15 1820720 СССР, МКИ G 01 N 23/04/ В.И. Абрамов, Я.Ю. Гозман, С.В. Денбновецкий, Л.Г. Демина, В.П. Кузьмин, А.В. Лещишин, О.А. Мельничук, С.Р. Михайлов, В.В. Смирнов, А.В. Терлецкий, П.П. Цуккерман, О.В. Шутенко. -№4783324/25; Заявл. 16.01.90; Опубл. 10.11.92, Бюл. №21. - 9с. (прототип). 4. Михайлов С. Р. Моделирование рентгеновидикона в режиме регулируемой длительности накопления сигналаУ/Электроника и связь. - 1997. - №2. - часть 2. - с.361-365. 5. Михайлов С. Р. Отношение сигнал/шум в рентгеновидиконных системах неразрушающего 19254 16 контроля, работающих в режиме регулируемой длительности накопления сигналов/УЭлектроника и связь. - 1997. - №3. - часть 2. - с.29-34. 6. Денбновецкий С.В., Лещишин А.В., Михайлов С.Р., Слободян Н.В. Цифровое моделирование рентгено-электрического преобразователя / УЭлектроника и связь. - 2004. -№24. - с.39-46. 7. Гурвич A.M. Физические основы радиационного контроля и диагностики. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 168с. 8. Щелованов Л.Н. Моделирование элементов телевизионных систем. - М.: Радио и связь, 1981.152с. 17 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 19254 Підписне 18 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601