За останні два десятиліття промислові рентгенівські комп'ютерні томографи стали звичним інструментом відпрацювання технології і підвищення надійності відповідальних виробів аерокосмічної, автомобільної та оборонних галузей провідних промислових країн [1, 2].
Основні області застосування промислових томографів пов'язані з кількісним вивченням внутрішньої структури складних металевих і діелектричних деталей, зборок і багато шарових композитних конструкцій, контроль яких за допомогою радіографії або інших традиційних методів НК неефективний. Типові приклади застосування томографів: вимірювання товщини стінок охолоджуваних турбінних лопаток газотурбінних двигунів; дефектоскопія каталітичних нейтралізаторів і головок блоку циліндрів автомобільних двигунів внутрішнього згоряння; діагностика правильності складання і разноплотностей високоефективних боєприпасів; сертифікація критичних елементів космічної техніки - теплозахисту, обтекателей, турбінних коліс, клапанів, навігаційних і піродатчіков; дефектоскопія композитних соплових блоків і камер згоряння твердопаливних ракет; НК композитних лопатей і елементів авіаційних конструкцій; дефектоскопія відповідальних резинокордних виробів; відпрацювання технології та сертифікація різноманітних виробів з графіту і вуглецевого волокна; дефектоскопія складного корпусного лиття, паяних і зварних з'єднань.
Представлені на рис.1-3 приклади оглядових і локальних томограм (формату 2048 × 2048) композитних конструкцій, складних збірок, лиття і турбінної лопатки, отримані за допомогою томографів ТОВ «Промислова інтроскопія», дають уявлення про унікальні можливості сучасних промислових томографів.
У той же час, якщо зіставити сучасний рівень розвитку техніки і ринку промислової томографії з успіхами її «прабатька» - медичної томографічної діагностики, то неминуча скромніша оцінка багаторічних досягнень промислової томографії. Основних причин три:
- кардинальні відмінності фізичних властивостей промислових об'єктів контролю (щільності, елементного складу, розмірів) і їх невідповідність проникаючої здатності і технічними характеристиками сучасних джерел гальмівного випромінювання;
- істотно менші розміри підлягають виявленню дефектів;
- вузькість ринку інноваційних технологій відповідальних промислових виробів аерокосмічного, автомобільного і оборонного призначення.
Ці чинники носять фундаментальний характер і визначають тенденції і перспективи розвитку промислової рентгенівської томографії. З таблиці, розрахованої для сталі (ρ = 7,8 г / см 3; Z = 26), виходячи з граничної товщини в 6 шарів половинного ослаблення L6 = 6 ∙ 0,693 / μFe, видно, що при збільшенні робочої напруги рентгенівських трубок від 100 до 450 кВ різко (в 3,3 рази) збільшується і просвічує товщина стали (область переважаючого фотоелектричного поглинання для Z = 26). Однак при подальшому підвищенні прискорюючої напруги від 450 до 9000 кВ (в області домінуючого комптонівського розсіювання) просвічують товщина збільшується вкрай повільно, досягаючи триразового збільшення тільки при 5 МеВ, а при більш високих енергіях зростає незначно, а потім навіть знижується. Для практично значущого збільшення контрольованої товщини сталевих об'єктів не допоможе перехід на 600 кВ, а необхідні мініфокусние джерела випромінювання з енергією електронів не менше 1,5 МеВ, а ще краще - мініфокусние прискорювачі з енергією електронів 5 МеВ [7] при обліку підвищених вимог до радіаційної захист подібних високоенергетичних томографів. Однак і при цьому сталеве лиття сумарною товщиною більше 350 мм залишиться для рентгенівської томографії контроленепрігодним. Правда для великих, але тонкостінних сталевих і титанових виробів, для алюмінієвого лиття і композитів ситуація більш оптимістична. Для порівняння нагадаємо, що в медичній рентгенівської томографії фізичні властивості об'єкта контролю принципово більш адекватні проникаючої здатності низькоенергетичного гальмівного випромінювання (ρ 1 г / cм3; Z 7,5), і для діагностики найбільш щільного медичного об'єкта - голо-ви людини діаметром 20 см, досить невисокої напруги 120 кВ (L6 20 cм).
Таким чином, для побудови томографів товстостінного важкого сталевого лиття і збірок необхідні інші підходи з виходом за рамки гальмівного випромінювання. Підвищення просторового дозволу промислових томографів є генеральним напрямом підвищення чутливості до локальних дефектів у вигляді пір і включень, а також для підвищення точності вимірювання елементів складної внутрішньої структури. Тому сучасна високоякісна томограма промислового об'єкта контролю містить не менше 1024 × 1024 розрахункових елементів, а представлені в цій статті томограми - навіть більш 2048 × 2048. Понад це, завдяки ви- користування методу локальної томографії [8], загальне ставлення D / l діаметра об'єкта контролю і мінімально разрешаемого елемента томограми може перевершувати 104. Для порівняння зазначимо, що стандартом сучасної медичної рентгенівської томографії є формат реконструюються томограм 512 × 512 при візуалізації з інтерп ляцією до 1024 × 1024. Проте, подальше вдосконалення промислових томографів зажадає ще більшого зростання значень D / l, а, отже, пропорційного збільшення числа кутових ракурсів просвічування, квадратичного зростання розміру файлу томограми і кубічного зростання трудомісткості реконструкції.
Мал. 1. Томограми композитної лопаті і сталевого клапана
Однією з умов досягнення високого просторового дозволу залишається розробка нових мініфокусних (0,2 мм) джерел гальмівного випромінювання з енергією від 1,5 до 5 МеВ і збільшеною в десятки разів потужністю експозиційної дози. Значні перспективи підвищення продуктивності промислових томографів з використанням досвіду медичних багатошарових спіральних томографів та томографів з двовимірними цифровими детекторами. Проте, дослідження динаміки об'ємного руйнування, вибуху або інших апериодических бистропротекающих процесів залишаються поки недоступними для томографії через вимоги багато ракурсів.
Таблиця. Залежність просвічує товщини стали L6 від напруги на рентгенівській трубці або енергії прискорених електронів прискорювача Emax
Для практично значущого збільшення контрольованої товщини сталевих об'єктів не допоможе перехід на 600 кВ, а необхідні мініфокусние джерела випромінювання з енергією електронів не менше 1,5 МеВ, а ще лучшемініфокусние прискорювачі з енергією електронів 5 МеВ при обліку підвищених вимог до радіаційного захисту подібних високоенергетичних томографів. Однак і при цьому сталеве лиття сумарною товщиною більше 350 мм залишиться для рентгенівської томографії контроленепрігодним. Правда для великих, але тонкостінних сталевих і титанових виробів, для алюмінієвого лиття і композитів ситуація більш оптимістична.
Для порівняння нагадаємо, що в медичній рентгенівської томографії фізичні властивості об'єкта контролю принципово більш адекватні проникаючої здатності низькоенергетичного гальмівного випромінювання (ρ 1 г / см 3);
Підвищення просторового дозволу промислових томографів є генеральним напрямом підвищення чутливості до локальних дефектів у вигляді пір і включень, а також для підвищення точності вимірювання елементів складної внутрішньої структури. Тому сучасна високоякісна томограма промислового об'єкта контролю містить не менше 1024 × 1024 розрахункових елементів, а представлені в цій статті томограми - навіть більш 2048 × 2048. Понад це, завдяки використанню методу локальної томографії [8], загальне ставлення D / l діаметра об'єкта контролю і мінімально разрешаемого елемента томограми може перевершувати 104. Для порівняння зазначимо, що стандартом сучасної медичної рентгенівської томографії є формат реконструюються томограм 512 × 512 при візуалізації з Інтерпен яціей до 1024 × 1024.
У зв'язку з безперервним збільшенням обсягу даних двовимірних і тривимірних результатів томографічного контролю неминучий перехід від інтерактивної розшифровки томограм досвідченим оператором до автоматичної діагностиці з формуванням підсумкового протоколу кількісної оцінки відповідності томографічних результатів контролю і вимог конструкторської документації на виріб. Автоматизація повного циклу кількісної томографической діагностики найбільш оправ- дана для спеціалізованих томографів вузького класу виробів, що підвищить продуктивність і знизить залежність від «людського» чинника при інтерпретації результатів контролю. На жаль, роль засобів візуалізації томограм, витрат на двовимірну і тривимірну графіку і навіть функції оператора слабшають. Краса томографії поступається раціональності цифрових оцінок
Таким чином, промислові рентгенівські томографи вступили в пору зрілості і подальші напрямки їх розвитку обумовлені в основному фундаментальними факторами.
Рис.2. Оглядова і локальні томограми композитного крила