СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ЭФФЕКТИВНОГО ФОКУСНОГО ПЯТНА МИКРОФОКУСНЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ТРУБОК

1. Область техники.

Изобретение относится к рентгенотехнике и предназначено для измерения размеров эффективного фокусного пятна микрофокусных рентгеновских трубок на различных этапах их изготовления и эксплуатации.

2. Уровень техники.

Согласно [1] (с. 4, табл. 1), микронные пятна рентгеновских трубок имеют номинальный размер до 0.1 мм включительно.

Для измерения размеров эффективного фокусного пятна микрофокусных рентгеновских трубок применяются различные способы, схема реализации которых включает в себя испытуемый источник излучения, тест-объект и детектор излучения [2] (с. 2-4, разд. 1).

Из уровня техники известен способ измерения размеров микрофокусных пятен рентгеновских трубок, при котором проводится косвенное определение размера фокусного пятна путем измерения геометрической нерезкости изображения тест-объекта [3]. Для этой цели острые края отображаются с помощью радиоскопической системы с использованием относительно большого геометрического увеличения. Устройство обработки обеспечивает возможность построения линейных профилей интенсивности в радиоскопическом изображении в двух направлениях, перпендикулярных друг другу, и с возможностью измерения расстояний. В качестве тест-объекта используется металлический шарик.

Известен способ измерения размеров микрофокусных пятен рентгеновских трубок [4], в котором предлагается интегрирование линейного профиля изображения тест-объекта, а в качестве тест-объекта использовать стандартизованный индикатор качества изображения (ИКИ), представляющий из себя металлическую пластину с отверстием.

Анализ практики измерения размеров микрофокусных пятен рентгеновских трубок диктует ряд дополнительных требований к способу и устройствам для его реализации, а именно:

- Для обеспечения точности измерений полученный линейный профиль изображения тест-объекта предлагается, используя специальное программное обеспечение, подвергнуть дифференцированию для получения опорных значений для расчета размера фокусного пятна.

- Если применяемые ранее тест-объекты представляли собой одиночный элемент (металлический шарик, отверстие в пластине) и, следовательно, результат измерений также носил единичный характер, включая возможную погрешность, то для повышения точности измерений необходимы протяженные многоэлементные конструкции, которые должны позволить за одно исследование снять одновременно несколько показаний контролируемого параметра.

3. Раскрытие полезной модели.

3.1. Задача.

Техническая задача изобретения - повышение точности измерений размеров микрофокусных пятен рентгеновских трубок на различных этапах их изготовления и эксплуатации.

3.2. Отличительные признаки.

Техническая задача достигается тем, что:

- Полученные линейные профили рентгеновского цифрового изображения тест-объекта подвергаются дифференцированию с последующим получением графика дифференцированных линейных профилей по осям X и Y; при этом используется специальное программное обеспечение.

- Применяемый в предлагаемом изобретении тест-объект выполняется в виде крестообразной комбинации нескольких металлических объектов, находящихся в одной плоскости, имеющих проекцию круговой формы на эту плоскость, имеющих одинаковый диаметр и разнесенных друг от друга на конечные расстояния, сравнимые с диаметром объекта. В частности в качестве тест-объекта могут применяться четыре или пять металлических шариков одного диаметра, закрепленных на общем основании, а также четыре или пять сквозных отверстий одного диаметра в тонкой металлической пластине. Для обеспечения позиционирования тест-объекта на изображении он снабжается меткой в виде свинцовой буквы.

- По результатам вычислений за одно исследование определяются три промежуточных значения размера микрофокусного пятна рентгеновской трубки по оси X и три значения по оси Y, что дает возможность определить среднее значение размера микрофокусного пятна по осям и разброс значений в процентах.

3.3. Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 показан общий вид тест-объекта.

На фиг. 2 представлен график, полученный в результате обработки дифференцированного изображения тест-объекта при горизонтальном/вертикальном сканировании.

На фиг. 3 изображена схема реализации способа.

На фиг. 4, 5 представлены изображения тест-объекта на различных стадиях обработки.

4. Осуществление изобретения.

В приведенном примере осуществления изобретения тест-объект выполняется в виде крестообразной комбинации пяти стальных шариков одного диаметра порядка 1 мм, закрепленных на общем основании и разнесенных друг от друга на конечные расстояния, сравнимые с диаметром шарика. Тест-объект снабжен меткой в виде свинцовой буквы. Расстояния а₁₂, а₂₃, a₄₂, а₂₅ (фиг. 1) приблизительно равны диаметру шарика d и измеряются с погрешностью не более 15 мкм на оптическом микроскопе с занесением результатов в паспорт.

При реализации способа измерения размеров микрофокусных пятен рентгеновских трубок оборудование устанавливается согласно схеме, представленной на фиг. 3.

Расстояния а и b подбираются таким образом, чтобы значение геометрического увеличения было не менее 20.

В результате экспонирования источником излучения 1 тест-объекта 2 помощью цифрового преобразователя излучения 3, закрепленного на установочной раме 4, получается цифровое рентгеновское изображение тест-объекта, показанное на фиг. 4.

С помощью специализированного программного обеспечения проводится дифференцирование линейных профилей (ДЛП) по осям X и Y полученного цифрового рентгеновского изображения тест-объекта. В качестве примера на фиг. 5 приводится результат дифференцирования по оси X.

Затем с помощью специализированного программного обеспечения проводится построение графиков дифференцированных линейных профилей (ДЛП) изображения тест-объекта по осям X и Y, пример которого показан на фиг. 2, где 1, 2, 3, 4, 5, 6 - пики, соответствующие максимумам интенсивности дифференцированного изображения; 7, 8, 9 - области минимальных значений. Подписями «Шарик №1», «Шарик №2» и «Шарик №3» обозначены гистограммы шариков с соответствующими номерами при горизонтальном сканировании. В случае вертикального сканирования шарик №1 будет шариком №4, шарик №3 - шариком №5.

Далее с использованием полученных графиков проводятся следующие действия:

- Определяются координаты центров шариков.

- Вычисляется расстояние между центрами шариков в пикселях.

- Находится максимальное I_max и минимальное I_min значение интенсивности каждого пика путем усреднения численно малых промежуточных значений между двумя пиками одного шарика.

- Определяются значения ширины каждого пика на уровне 0.5 от уровня интенсивности в данном сечении для дальнейшего вычисления и усреднения полученных значений для каждого шарика. Уровень 0.5 от уровня интенсивности I_0.5 рассчитывается следующим образом:

- Определяется значение фокусного пятна:

где а - расстояние между центрами шариков в микрометрах, Х_0.5 - усредненная ширина двух пиков одного шарика в сечении 0.5 в условных единицах (пикселях), Y -вычисленное по графику расстояние между центрами шариков в условных единицах (пикселях); расстояние между центрами шариков может принимать следующие значения: а=а₁₂+d, а=а₂₃+d, а=а₁₂+a₂₃+d, а=a₄₂+d, а=a₂₅+d, а=a₄₂+a₂₅₊d (фиг. 1), где d - диаметр шариков.

Предлагаемое изобретение имеет существенные преимущества по сравнению с ранее известными способами измерения размеров микрофокусных пятен рентгеновских трубок: повышение точности измерения при достаточно простой схеме способа и конструкции самого устройства (тест-объекта). Таким образом, предлагаемое изобретение содержит совокупность признаков, необходимых и достаточных для решения поставленной технической задачи, а именно, отличающееся тем, что полученные линейные профили рентгеновского цифрового изображения тест-объекта подвергаются дифференцированию с последующим получением графиков дифференцированных линейных профилей по осям X и Y; применяемый в предлагаемом изобретении тест-объект выполняется в виде крестообразной комбинации пяти металлических шариков одного диаметра, закрепленных на общем основании и разнесенных друг от друга на конечные расстояния, сравнимые с диаметром шарика; для обеспечения позиционирования тест-объекта на изображении тест-объект снабжен меткой в виде свинцовой буквы; по результатам вычислений за одно исследование определяются три промежуточных значения размера микрофокусного пятна рентгеновской трубки по оси X и три значения по оси Y, что дает возможность определить среднее значение размера микрофокусного пятна и разброс значений в процентах.

Источники информации:

1. ГОСТ 8490-77. Трубки рентгеновские. Общие технические условия. - Взамен ГОСТ 8490-66; Введ. с 01.01.79 по 01.01.91; Переиздание. - Москва: Изд-во стандартов, 1984. - 30 с

2. ГОСТ 22091.9-86. Приборы рентгеновские. Методы измерения размеров эффективного фокусного пятна. - Взамен ГОСТ 22091.9-77; Введ. с 01.01.87 по 01.01.92; - Москва: Изд-во стандартов, 1986. - 15 с

3. EN 12543-5. Non-destructive testing. Characteristics of focal spots in industrial X-ray systems for use in non-destructive testing. Part 5: Measurement of the effective focal spot size of mini and micro focus X-ray tubes. - Dansk Standard, 1999. - 10 р

4. New measurement methods of focal spot size and shape of X-ray tubes in digital radiological applications in comparison to current standards. К. Bavendiek, U. Ewert, A. Riedo, U. Heike, U. Zscherpel. - 18^th World Conference on Nondestructive Testing, 16-20 April 2012, Durban, South Africa.