專利名稱：一種采用x射線自動測試和/或測量多個基本相同的元件的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用X射線自動測試和/或測量多個基本相同的元件的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
所述系統(tǒng)例如用于自動連續(xù)測試鑄造，所述系統(tǒng)連至制造商的生產(chǎn)線(在線測 試)。借助已知的該類系統(tǒng)將X射線源和探測器設(shè)置在多軸操縱器上，其中通過簡單的射線 成像記錄和評估測試對象的X射線圖像。但是，將測試元件實體投影到X射線圖像上僅能 部分了解到所述元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。為獲得關(guān)于元件三維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精確信息，已知通過高分辨率微層析X射線成像 系統(tǒng)實驗室測試單獨的元件。X射線管和探測器設(shè)置在固定支架上以可圍繞多條平移軸調(diào) 節(jié)，而所述元件通過旋轉(zhuǎn)臺圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。這樣的系統(tǒng)不適合于自動連續(xù)在線測試元件， 特別是因為操控以及高分辨率檢驗元件所需要的長時間與生產(chǎn)線的循環(huán)次數(shù)不一致。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)在于提供適合于在線測試元件的系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)可獲得關(guān)于元件 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息。本發(fā)明借助獨立權(quán)利要求中的部件實現(xiàn)所述目標(biāo)。X射線信號的計算機(jī)層析X射 線成像評估使得可能以本身已知的方式獲得關(guān)于元件三維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，例如鑄件中空 氣雜質(zhì)的精確位置和形狀。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上設(shè)置X射線裝置使得可能在測試期間通過 所述轉(zhuǎn)子連續(xù)傳送元件；而不需要附加的操縱器例如轉(zhuǎn)臺。通過這種方法可在短時間內(nèi)完 成元件的自動連續(xù)檢驗，所述短時間與生產(chǎn)線上的循環(huán)次數(shù)一致。本發(fā)明與評估必須設(shè)置得非常寬以覆蓋任何期望的行李內(nèi)容的行李測試系統(tǒng)不 同。相反，根據(jù)本發(fā)明的檢驗多個基本相同元件的系統(tǒng)可合適地調(diào)整至待測試的元件類型 或者有限數(shù)量的元件類型的混合。因此這些系統(tǒng)完全不同地配置，特別是關(guān)于X射線參數(shù) 和評估算法。根據(jù)本發(fā)明的測試/測量系統(tǒng)被便利地設(shè)置以自動識別材料缺陷例如基本均 勻的材料中的氣體雜質(zhì)、多孔性或者較高密度的材料雜質(zhì)。但是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可另外 或者可選擇地用于材料測試以測量內(nèi)部和外部元件結(jié)構(gòu)(計量學(xué))。然后可選地可能省去 分離的坐標(biāo)測量機(jī)。優(yōu)選，所述系統(tǒng)被設(shè)置為獲得小于或者等于Imm的X射線圖像體分辨率。還通過 這一點，本發(fā)明與通常以幾mm的分辨率運行的測試行李的系統(tǒng)不同。為獲得亞mm分辨率，所述傳送裝置優(yōu)選在環(huán)形單元區(qū)域包括行進(jìn)速度基本上恒 定的傳送部件?；旧虾愣▋?yōu)選意味著前進(jìn)速度的波動最多達(dá)到10%，優(yōu)選最多5%。關(guān)于制造環(huán)境中常見的粗糙狀況例如鑄造車間，優(yōu)選以基本氣密的方式將保護(hù)艙 密封以和周圍環(huán)境隔離從而阻止塵埃和濕氣滲入所述保護(hù)艙以及安裝在其中的測試/測 量裝置。為阻止塵埃和灰塵穿過用于傳送元件進(jìn)出的開口，所述系統(tǒng)優(yōu)選包括連接所述兩個開口的管道，所述管道延伸通過轉(zhuǎn)子并限定封閉的傳送管道，所述傳送管道優(yōu)選地以氣 密方式連至保護(hù)艙。另外，優(yōu)選提供冷卻單元以冷卻保護(hù)艙內(nèi)部。最后，所述系統(tǒng)優(yōu)選包括 相對于周圍環(huán)境對保護(hù)艙加壓的部件。優(yōu)選地，所述保護(hù)艙被設(shè)置為特別是通過例如含鉛 的X射線吸收層屏蔽周圍環(huán)境不受X射線的影響。優(yōu)選，所述傳送裝置包括被無間斷引導(dǎo)通過所述測試/測量裝置以及對射線非常 透明的傳送帶，從而簡單地避免了和傳送裝置中的測量間隙相關(guān)的問題。優(yōu)選，所述傳送裝置在所述測試/測量裝置的區(qū)域中高度可調(diào)以適合于不同尺寸 的元件，從而所述元件可經(jīng)過高度非常集中的測試/測量裝置。


下面通過參考附圖的有利實施例示出本發(fā)明，其中圖1 示出了用于測試生產(chǎn)線中元件的系統(tǒng)；以及圖2 示出了用于測試元件的裝置的另一個實施例。
具體實施例方式系統(tǒng)10包括測試/測量裝置11、向所述測試/測量裝置11連續(xù)傳送多個待測試 的基本相同的元件12或者從所述測試/測量裝置11傳送走元件12的傳送裝置13、控制/ 評估單元14、以及圍繞所述測試/測量裝置11的保護(hù)艙15。測試/測量裝置在這里應(yīng)當(dāng) 被理解為是指測試和/或測量裝置。所述測試/測量系統(tǒng)10適合于連至例如金屬鑄件12 的鑄造廠生產(chǎn)線上。所述測試/測量裝置11包括在測試期間固定的支架17和環(huán)形轉(zhuǎn)子18。支架17 包括固定至底板23的基座19和設(shè)置在所述基座上在這里為八邊形板的環(huán)形支撐元件22。 環(huán)形支撐元件22形成轉(zhuǎn)子18的環(huán)形旋轉(zhuǎn)軸承20。旋轉(zhuǎn)軸承20、轉(zhuǎn)子18和可選地支撐元 件22形成環(huán)形單元16，環(huán)形單元16包括經(jīng)環(huán)形單元16傳輸元件12的中央環(huán)形開口 26。 參見根據(jù)圖1和2的實施例，為能夠水平取向，如附圖所示，環(huán)形單元16可通過水平旋轉(zhuǎn)軸 承21相對于基座19傾斜例如+-30°的范圍。優(yōu)選以軸向平行方式即平行于轉(zhuǎn)子軸通過轉(zhuǎn) 子18傳送元件12。X射線管24和X射線探測器25相互相對地固定在轉(zhuǎn)子18上。優(yōu)選為旋轉(zhuǎn)陽極管 形式的X射線管24優(yōu)選為扇形或者錐形束類型。X射線管24方便地設(shè)置為照射整個探測 器25，并且為此目的其優(yōu)選在一個方向上具有至少40°優(yōu)選至少60°的波束角。為獲得 亞mm圖像分辨率，X射線束的焦點尺寸優(yōu)選低于1mm、更優(yōu)選低于0. 7mm。管24優(yōu)選以至 少80kV、更優(yōu)選至少100kV、更優(yōu)選至少120kV例如大約140kV的能量運行。如果需要高穿 透能力，則直到450kV的更高的X射線能量是合理的。為縮短測試和/或測量持續(xù)時間，X 射線管24優(yōu)選以至少IkW的連續(xù)輸出運行。為避免過量熱生成所引起的問題，所述連續(xù)輸 出優(yōu)選小于10kW。在沒有示出的實施例中，僅僅管24可固定至轉(zhuǎn)子18，而固定探測器25形成360° 環(huán)。X射線探測器25優(yōu)選為數(shù)字探測器，其直接將入射X射線轉(zhuǎn)換為電計數(shù)；優(yōu)選地 其為具有多條優(yōu)選為至少16條平行線的線掃描探測器。探測器25優(yōu)選地包括足以探測管24所發(fā)出X射線的最大可能角度范圍的長度。其優(yōu)選被彎曲為香蕉形狀從而靈敏區(qū)域盡可 能在各處距離X射線管24的源點為基本恒定的距離。為獲得亞mm圖像分辨率，探測器25 的像素尺寸最大1mm，優(yōu)選最大0. 7mm。調(diào)節(jié)在控制/評估單元14中方便進(jìn)行的用于補償束硬化效應(yīng)的校正，以檢驗常規(guī) 材料例如金屬、合金、復(fù)合材料、鋁、鐵等等。在元件12的X射線測試期間，轉(zhuǎn)子18通過固定至支撐元件22的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器(未 示出)圍繞環(huán)形單元16的中心縱軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)，其中對每個元件12進(jìn)行轉(zhuǎn)子18的多次全 360°旋轉(zhuǎn)。通過設(shè)置在轉(zhuǎn)子18和支撐元件22之間的滑動環(huán)形裝置27向隨著轉(zhuǎn)子18旋 轉(zhuǎn)的X射線管24和X射線探測器25輸電。轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)軸或者環(huán)形單元16的縱軸基本 上平行于經(jīng)測試/測量裝置11傳送元件的方向，優(yōu)選基本上水平。和根據(jù)圖1的示例性實施例一樣，傳送裝置13優(yōu)選為輸送線即平移輸送機(jī)。為連 至元件12的生產(chǎn)線，輸送線包括裝載部分28和卸載部分29。輸送線13的裝載在根據(jù)圖1 的示例實施例中通過自動裝置30進(jìn)行，而手動進(jìn)行卸載。顯然，裝載和卸載還可以以其它 方式進(jìn)行。在根據(jù)圖1的示例性實施例中，傳送裝置13包括用于容納一個元件12的傳送車 架31和至少一條導(dǎo)軌32，沿著所述導(dǎo)軌32可移動地引導(dǎo)所述傳送車架31。但是傳送裝置 13還可不同地構(gòu)造，特別是采用傳送帶。傳送裝置13優(yōu)選被設(shè)置為以基本恒定的前進(jìn)速度即前進(jìn)速度的波動小于10%優(yōu) 選小于5%傳送元件12經(jīng)過所述測試/測量裝置11。為此所述傳送裝置13在測試/測量 裝置11的區(qū)域中優(yōu)選包括分離的驅(qū)動器34，其優(yōu)選具有伺服電動機(jī)，以獲得要求的恒定前 進(jìn)速度。因此，用于傳送通過測試/測量裝置11的驅(qū)動器34合適地顯示出比其他用于傳送 至測試/測量裝置11和從測試測量裝置11傳送出的驅(qū)動器(未示出)更加恒定的速度。在根據(jù)圖2的優(yōu)選實施例中，提供具有連續(xù)、不間斷傳送部件34特別是傳送帶的 不同傳送裝置33以將元件12傳送通過測試/測量裝置11。傳送部件34便利地對X射線 基本透明。所述連續(xù)、不間斷、非常射線透明的傳送部件34具有傳送部件34不必包括任何 允許X射線通過的間隙。另一方面，在根據(jù)圖1的實施例中，傳送裝置13從兩側(cè)進(jìn)入測試/測量裝置11從 而仍然保留最小可能的間隙35以供X射線無障礙通過。在這種情況下，在測試/測量裝置 11區(qū)域中具有導(dǎo)軌32和傳送車架31的傳送裝置13是有利的，這是因為傳送車架31可以 以位置和前進(jìn)速度都精確的方式橋接間隙。如上所述，傳送裝置13在裝載部分28和卸載部分29之間的整個傳送距離上為平 移構(gòu)造。因此可省去用于從輸送線13向測試/測量裝置11傳送進(jìn)/出元件12的復(fù)雜的 行李傳送帶狀的旋轉(zhuǎn)傳送裝置?？墒∪ピ?2的其它操作，例如元件12在X射線檢驗期 間圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。待測試元件12在測試期間經(jīng)測試/測量裝置11平行于轉(zhuǎn)子18轉(zhuǎn)軸的平移傳送 以及X射線系統(tǒng)24、25圍繞待測試元件12的同時連續(xù)旋轉(zhuǎn)使得X射線系統(tǒng)24、25圍繞待 測試元件12總體螺旋運動?？刂?評估單元14包括用于將所記錄的X射線數(shù)據(jù)從螺旋幾 何形狀轉(zhuǎn)換為體或者體素表示的快速CT重構(gòu)算法?？刂?評估單元14還包括根據(jù)期望應(yīng) 用分析體圖像的算法。其可特別包括采用原則上已知因此不需要更詳細(xì)解釋的預(yù)定測試參
5數(shù)自動識別元件12的內(nèi)部缺陷或者異常，例如空氣雜質(zhì)。每個元件可可選地劃分為“符合 的”或者“不符合的”，并且可選地因此光學(xué)標(biāo)記或者自動拒絕。最后，控制/評估單元14可 包括具有外部單元的用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艈卧?，例如制造廠的中央控制單元。此外或者作為螺旋掃描模式的替換，控制/評估單元14還可進(jìn)行軸向掃描和/或 元件12的僅僅一部分例如單獨薄片或者在特殊位置的掃描?？蛇x地或者另外，為識別元件12的內(nèi)部缺陷或者異常，控制/評估單元14還可設(shè) 置為從X射線數(shù)據(jù)確定元件12的三維幾何尺寸即內(nèi)部和外部元件結(jié)構(gòu)。然后可選地可能 省去單獨的坐標(biāo)測量裝置。為屏蔽周圍環(huán)境不受X射線管24的X射線輻射的影響，系統(tǒng)10包括圍繞測試/測 量裝置11的輻射保護(hù)艙15。輻射保護(hù)艙15包括可例如由金屬管或者棒組成的框架36，和 在圖2中僅僅對頂壁37a示出的板型壁元件37a、37b、37c、37d等等，側(cè)壁37b遠(yuǎn)離觀察者、 通過其將元件12傳送至保護(hù)艙15的前壁37c正對觀察者、而通過其將元件12傳送離開保 護(hù)艙15的后壁37d遠(yuǎn)離觀察者。壁元件37包括足夠厚的X射線吸收層特別是含鉛層。入口 39和相應(yīng)的出口 40設(shè)置在壁元件37c、37d中以傳送元件12通過保護(hù)艙15。 每個通道口 39、40在每種情況下都具有和其連的通道閘41、42，通道閘分別包括用于關(guān)閉 通道閘41、42的入口的滑片41a、42a和用于關(guān)閉通道閘41、42的出口的滑片41b、42b。通 道閘41、42和滑片41a、41b、42a、42b同樣設(shè)置為基本完全吸收X射線輻射。操作時一直關(guān) 閉通道閘41、42的一個滑片41a、41b或者42a、42b從而一直保證輻射保護(hù)。為防止塵埃和濕氣進(jìn)入保護(hù)艙15，以氣密方式例如借助壁元件37、框架36和底板 23之間的密封元件38封閉保護(hù)艙。為獲得測試/測量裝置11的基本完全的密封內(nèi)部，即 避開任何空氣調(diào)節(jié)開口，提供了方便的基本射線透明的管道43，該管道43從一個通道開口 39延伸通過保護(hù)艙15至另一個通道開口 40并經(jīng)過環(huán)形單元16中的環(huán)形開口 26。傳送裝 置13經(jīng)過測試/測量裝置11區(qū)域中的管道43，所述管道限定傳送通道46或者傳送隧道。 管道43優(yōu)選在管道壁上沒有開口從而隨傳送裝置13或者設(shè)置在其上的元件12輸送的塵 埃顆粒不能進(jìn)入測試/測量裝置11。在其端部所述管道優(yōu)選以氣密方式在限定通道開口 39,40的邊沿與壁元件37c、37d連接，特別是借助相應(yīng)的密封元件44、45。管道43的直徑 方便地適合于環(huán)形單元16的內(nèi)徑以可測試最大可能的元件12。如上所述，測試/測量裝置 11基本上完全封閉在保護(hù)艙15內(nèi)。為消散測試/測量裝置11運行時產(chǎn)生的熱并保持保護(hù)艙15內(nèi)部即使在非常溫暖 的環(huán)境例如鑄造廠中也保持在非常低的工作溫度，對保護(hù)艙15安裝至少一個溫度控制特 別是電動冷卻單元46，例如空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。為使塵埃/濕氣在任何泄漏的情況下不能進(jìn)入保護(hù)艙15以及通過任何功能開口 例如空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)46的排氣口，優(yōu)選提供對艙15加壓的裝置。其例如可為壓縮空氣連接 47，所述連接47可經(jīng)壓縮空氣管道48連至外部壓縮空氣源。還可通過冷卻單元46加壓。由于還保護(hù)環(huán)形單元16不受到位置不正的元件12的破壞的保護(hù)艙15和管道43， 環(huán)形單元16不需要單獨的罩。省去環(huán)形單元16的罩又簡化了從環(huán)形單元16去除熱。傳送裝置13可在所述測試/測量裝置11的區(qū)域高度可調(diào)以適合于不同尺寸的元 件12，從而所述元件12可經(jīng)過高度非常集中的環(huán)形單元16。系統(tǒng)10可可選地包括連接在所述測試/測量裝置11上游以例如借助光學(xué)照相機(jī)和圖形識別算法識別元件類型的裝置50。根據(jù)識別結(jié)果，所述測試/測量裝置11的參數(shù)可 調(diào)節(jié)至相應(yīng)的元件類型，和/或X射線的檢驗結(jié)果可與單獨元件12例如通過序 列號相關(guān)。 可選地，還可通過相應(yīng)的識別算法從三維X射線圖像識別元件類型。
權(quán)利要求
一種通過X射線輻射自動測試和/或測量多個基本相同的元件(12)的系統(tǒng)(10)，包括具有X射線裝置(24，25)的測試/測量裝置(11)、圍繞所述測試/測量裝置(11)的保護(hù)艙(15)、向所述測試/測量裝置(11)連續(xù)傳送入/出元件(12)的傳送裝置(13)、和設(shè)置為自動控制所述系統(tǒng)(10)以及評估所述X射線信號的控制/評估單元(14)，其中所述測試/測量裝置(11)包括支架(17)和安裝在所述支架(17)上以可連續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(18)，所述X射線裝置(24，25)被設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子(18)上，所述傳送裝置(13)被設(shè)置為通過所述轉(zhuǎn)子(18)連續(xù)傳送所述元件(12)，以及所述控制/評估單元(14)被設(shè)置用于計算機(jī)層析X射線成像地評估X射線信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述保護(hù)艙(15)以基本氣密的方式密封而與周圍環(huán)境 隔開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2的系統(tǒng)，包括管道(43)，其延伸通過所述轉(zhuǎn)子(18)并限定傳 送通道(46)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述管道(43)以氣密方式連至所述保護(hù)艙(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，包括用于冷卻所述保護(hù)艙(15)的內(nèi)部的冷卻單元(46)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，包括用于對所述保護(hù)艙(15)加壓的部件(47，48)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述保護(hù)艙(15)被設(shè)置為屏蔽周圍環(huán)境不受X射線輻 射的影響。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述控制/評估單元(14)被設(shè)置為根據(jù)待測試或者測 量的元件(12)的類型單獨調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)(10)的運行參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述控制/評估單元(14)被設(shè)置為自動識別材料缺 陷，所述缺陷例如為在基本均勻的材料中的氣體雜質(zhì)、多孔性或者較高密度的材料雜質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被設(shè)置為獲得小于或者等于Imm的X射線圖 像分辨率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述傳送裝置(13)被設(shè)置為在所述測試/測量裝置 (11)區(qū)域中以基本恒定的前進(jìn)速度傳送所述元件(12)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述傳送裝置(13)包括被無間斷地引導(dǎo)通過所述測 試/測量裝置(11)的傳送帶(34)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述傳送裝置(13)在所述測試/測量裝置(11)區(qū)域 可調(diào)節(jié)高度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中以至少SOkV的電壓運行所述X射線源(24)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中以至少IkW的連續(xù)功率運行所述X射線源(24)。
全文摘要
一種采用X射線自動測試和/或測量多個基本相同的元件(12)的系統(tǒng)(10)，包括具有X射線裝置(24，25)的測試/測量裝置(11)、圍繞所述測試/測量裝置(11)的保護(hù)艙(15)、向所述測試/測量裝置(11)連續(xù)傳送入/出元件(12)的傳送裝置(13)、和設(shè)置為自動控制所述系統(tǒng)(10)以及評估所述X射線信號的控制/評估單元(14)。所述測試/測量裝置(11)包括支架(17)和固定在所述支架(17)上以可連續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(18)，所述X射線裝置(24，25)被設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子(18)上，所述傳送裝置(13)被設(shè)置為通過所述轉(zhuǎn)子(18)連續(xù)傳送所述元件(12)，以及所述控制/評估單元(14)被設(shè)置用于計算機(jī)層析X射線成像地評估X射線信號。
文檔編號G01N35/00GK101963620SQ201010236738
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者I·施圖克, M·穆斯滕貝克爾 申請人:Ge傳感與檢測技術(shù)有限公司