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用于无破坏性地检查圆柱形或管状的对象的装置和方法

阅读：1015发布：2020-12-03

专利汇可以提供用于无破坏性地检查圆柱形或管状的对象的装置和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于借助于 X射线且借助于层析X射线照相组合或X射线分层摄影法无破坏性地检验圆柱形或管状的试验对象的装置，其具有支承装置，所述支承装置可空间上固定在规定的位置上，在所述支承装置上设置有可通过引导装置沿平行于X轴的第一方向运动的滑座，在所述滑座上设置有C形臂，其中在所述C形臂上彼此相对地设置有 X射线管和探测器，其中X射线管可沿垂直于X轴且垂直于通过C形臂张开的平面的，即平行于Y轴的第二方向B，进行运动，并且探测器可沿平行于第二方向B延伸的第三方向C运动。在用于实施CT方法的装置中，替代X射线管和探测器的反向运动可能性，设有C形臂的围绕平行于Y轴延伸的旋转轴线的运动。，下面是用于无破坏性地检查圆柱形或管状的对象的装置和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于借助于X射线且借助于层析X射线照相组合或X射线分层摄影法无破坏性地检验圆柱形或管状的试验对象(7)的装置，具有支承装置(1)，所述支承装置能够空间上固定在规定的位置上，在所述支承装置上设置有能够通过引导装置(2)沿主要垂直于所述圆柱形或管状的试验对象(7)的中心轴线(17)的即平行于X轴的第一方向(A)运动的两个滑座(3)，其中与所述滑座(3)的每一个连接有相应的C形臂(4)，使得所述C形臂(4)的每一个通过单独的所述滑座(3)和相应的所述引导装置(2)与所述支承装置(1)连接，其中所述C形臂(4)沿垂直于所述X轴且垂直于通过所述C形臂(4)张开的平面的第二方向(B)，即平行于Y轴相互对齐地且相互隔开地设置，其中在所述C形臂(4)上彼此相对地设置有X射线管(5)和探测器(6)，其中所述X射线管(5)能够沿平行于Y轴的所述第二方向(B)进行运动，并且所述探测器(6)能够沿平行于所述第二方向(B)延伸的第三方向(C)运动，并且其中所述C形臂(4)在所述X射线管(5)的区域内通过上支架(10)相互连接，在所述上支架上安装有所述X射线管(5)，并且在所述探测器(6)的区域内通过下支架(11)相互连接，在所述下支架上安装有所述探测器(6)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述C形臂(4)能够围绕平行于所述Y轴的旋转轴线(16)旋转。
3.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述X射线管(5)能够围绕平行于所述X轴延伸的且通过所述X射线管(5)的焦点(9)的翻转轴线(12)旋转。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支承装置(1)能够垂直于X轴运动。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述X射线管(5)和所述探测器(6)能够彼此无关地进行运动。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支承装置(1)位于平行于待检查的管延伸的轨道上，或者借助于轨道主动地或被动地引导。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述轨道在平行于XY平面的平面内弯曲地延伸。

说明书全文

用于无破坏性地检查圆柱形或管状的对象的装置和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于借助于X射线通过层析X射线照相组合、X射线分层摄影法或计算机X射线断层造影术无破坏性地检验圆柱形或管状的试验对象的装置和方法。

背景技术

[0002] 已知不同的方法，以便实施试验件的借助于X射线的无破坏性的大量的试验。为此例如包括层析X射线照相组合(TS)、数字式X射线分层摄影法(DL)或计算机X射线断层造影术(CT)。这些方法对于本领域技术人员而言是常用的，使得在这里不必详细地论述，如何实施这些方法以及这些方法基于哪些物理基础。

[0003] 在位置固定的圆柱形或管状的试验对象的试验中，由于试验对象本身或对象上或对象内的试验区域的受限的可达到性，例如基于限定的结构空间，经常产生问题。此外，为了获得可定量的空间信息，必须由多个方向进行试验区域的成像。根据框架条件和任务要求，沿圆周方向(在CT中)或平行于圆柱轴线(在TS和DL中)的可达到性是可利用的或必需的。移动的CT系统和具有打开的C形臂的系统是已知的；这适用于医学应用和无破坏性的试验。但是这样的系统也无法提供足够的运动多样性，以便一方面在受限的可达到性的情况下实现良好的试验结果，另一方面胜任多样化的限制和要求。

发明内容

[0004] 因此本发明的目的是，提供一种装置和方法，借助所述装置和方法，可以进行位置固定的圆柱形或管状的对象的良好无破坏性的试验，所述装置和方法仅受到受限的可达到性。

[0005] 该目的通过一种实施层析X射线照相组合法或X射线分层摄影法的装置得以实现，该装置具有支承装置，所述支承装置能够空间上固定在规定的位置上，在所述支承装置上设置有能够通过引导装置沿主要垂直于所述圆柱形或管状的试验对象的中心轴线的即平行于X轴的第一方向运动的两个滑座，其中相应的C形臂与所述滑座的每一个连接，使得所述C形臂的每一个通过单独的所述滑座和相应的所述引导装置与所述支承装置连接，其中所述C形臂沿垂直于所述X轴且垂直于通过所述C形臂张开的平面的第二方向，即平行于Y轴相互对齐地且相互隔开地设置，其中在所述C形臂上彼此相对地设置有X射线管和探测器，其中所述X射线管能够沿平行于Y轴的所述第二方向进行运动，并且所述探测器能够沿平行于所述第二方向延伸的第三方向运动，并且其中所述C形臂在所述X射线管的区域内通过上支架相互连接，在所述上支架上安装有所述X射线管，并且在所述探测器的区域内通过下支架相互连接，在所述下支架上安装有所述探测器，所述方法与使用三个所述方式中的哪一个无关。在此，是否进行借助于表面探测器的成像或者是否使用扫描式线性探测器是不重要的。

[0006] 根据本发明的装置通过如下方式实现所述目的，即在层析X射线照相组合法或X射线分层摄影法中提供整个装置，所述整个装置在受限的可达到性的情况下可实施所谓的具有良好结果的方法。显而易见，本发明也能够应用于可自由达到的或位置不固定的试验对象。根据本发明，基本上四个组件相互组合，所述组件配合地引起上述结果。支承装置沿着管状的试验对象的纵向方向安置在待检查位置上。由于在支承装置上安装有基本上垂直于管状的试验对象的纵轴线的可移出的C形臂，所述C形臂设置在通过引导装置与支承装置连接的滑座上，因此位于C形臂上由X射线管和探测器组成的系统的定位能够移向位于“圆盘”内的位置，所述圆盘通过管状的试验对象的横截面限定。

[0007] 由于在录制荧光图像期间，彼此相对地设置在C形臂上的X射线管和探测器沿相反的方向相互平行地运动，因此以投影形式生成顺序地或连续地产生的原始数据。这些原始数据交互式地(多角度放射线照相术)被评估，或者提供用于层析X射线照相组合或X射线分层摄影法。在这种情况下，由原始数据以迭代的方式或通过反投影计算出经透视的图像区域的大量的图像。基于辐射源相对于探测器和C形臂的以及支承装置的前述定位的上述相对运动，能够在可自由选择的固定点周围检查位于试验对象的内部中的试验区域。

[0008] 本发明的有利的改进形式提出，C形臂可围绕平行于Y轴的旋转轴线旋转。因此可能的是，使C形臂连同设置在其上的部件，即X射线管和探测器，围绕试验对象的纵轴线旋转并且然后固定，使得在其它透视方向的情况下能够使被遮住的结构成像。如果例如在垂直方向上存在一个或多个点的阴影，那么射束锥通过旋转合适的角度定向为，使得“绕过”阴影，因为阴影不再位于现在来自另一方向的射束锥内。

[0009] 本发明的另一有利的改进形式提出，X射线管可围绕平行于X轴延伸的且通过X射线管的焦点的翻转轴线旋转。因此，即使在X射线管和探测器之间的大的相对移动的情况下也确保探测器本身在射束锥的孔径角不太大的情况下被击中。因此，不必使用具有非常宽的射束锥的X射线管，所述X射线管通常具有不利的图像特性。

[0010] 本发明的另一有利的改进形式提出，存在两个在Y方向上对齐地且相互隔开地设置的C形臂，所述两个C形臂在X射线管的区域内通过上支架相互连接，在所述上支架上安装有X射线管，并且在探测器的区域内通过下支架相互连接，在所述下支架上安装有探测器。因此确保能够实现探测器和X射线管在C形臂上的非常精确的引导。该成像系统的两个部件的相互长的相对运动的情况下也是适用的。

[0011] 本发明的另一有利的改进形式提出，C形臂的每一个通过自己的滑座和分别与该滑座相关联的引导装置与支承装置连接。因此确保两个C形臂的因为在装置的两个端部处作用而稳定的引导，使得不会发生能够导致影响数据采集和随后的重组的机械变形。

[0012] 本发明的另一有利的改进形式提出，替代C形臂和支架的组合，存在形状稳定的半壳。那么，该半壳满足所述组合的目的。该半壳能够承担辐射保护功能，尤其是当连接于对象的区域借助柔性的铅垫密封时。

[0013] 此外，所述目的在CT方法中通过根据本发明的装置得以实现。在这种情况下，与层析X射线照相组合或X射线分层摄影法不同，在X射线管和探测器之间的相对运动既不是必需的也不是希望的。相反，通过C形臂围绕旋转轴线的旋转获得用于录制试验对象的原始数据，所述旋转轴线最好，但是不是必需地，几乎平行于试验对象的纵向方向。基于装置的另外的结构设计，确保了对于CT影像而言必需的精确的旋转运动。

[0014] 两个根据本发明的装置的另一有利的改进形式提出，支承装置可垂直于X轴运动。这意味着，在圆柱形的试验对象中，支承装置能够沿着试验对象的纵轴线运动。因此，每个任意的相当于试验对象的横截面的圆盘借助支承装置靠近，并且基于上述另外的装置特征，检查该圆盘的每个任意的点。

[0015] 因为辐射源和探测器能够相互无关地，因此也彼此同步地运动和定位，所以可能的是，在圆柱形的试验对象上沿着其纵轴线靠近试验区域内的任意位置，并且在那里基于上述另外的装置特征，在总体上不转换系统的情况下，检查该圆盘的每个任意的点。

[0016] 本发明的另一有利的改进形式提出，支承装置位于平行于待检查的管延伸的轨道上，或者借助于轨道或类似的装置主动地或被动地引导。因此能够规定支承装置的强制运动，所述强制运动总是沿着管状的试验对象进行，即便该试验对象不是圆柱形的，而是弯曲的。尤其是在环形的试验对象的情况下，有利的是，轨道在平行于XY平面的平面内延伸。在此，XY平面通过环位于的平面限定。

[0017] 此外，所述目的通过根据本发明的方法得以实现。如在上面已经部分所述，该方法如下进行：首先进行支承装置在试验对象的待检查的位置上的定位和将支承装置大致定向且在空间上固定在所希望的位置上。因此防止检查装置的无意的整体运动。定位能够以不同的方式进行，例如手动，通过将装置置于有关位置上，或者借助于也能够远程控制的马达。在支承装置固定后，沿着试验对象的所选择的圆盘，即基本上垂直于试验对象的纵轴线，将滑座移出，并且C形臂定位成，使得待检查的位置由射束锥遍及。然后，将滑座在空间上固定在该位置上。然后，如在上面关于权利要求1针对层析X射线照相组合或X射线分层摄影法所述，或者根据在CT方法中的实施方式，进行用于图像的原始数据录制。在录制原始数据后，这些原始数据能够交互式地被评估，或者提供用于在所希望的位置上借助于合适的软件重设试验量。

[0018] 本发明的有利的改进形式提出，X射线管在录制时围绕翻转轴线旋转，使得其总是完全地照亮探测器。如在上面关于装置已经所述，因此达到能够使用具有较窄的射束锥的X射线管，并且尽管如此仍总是获得用于每个透视方向的最佳的原始数据。

[0019] 本发明的另一有利的改进形式提出，在层析X射线照相组合或X射线分层摄影法中，在空间上固定滑座后，进行C形臂围绕平行于Y轴的旋转轴线的旋转，直至达到合适的角度位置。因此如上所述，提供了避免由于在透视方向上遮住待检查的区域的物体而导致的阴影效果的可能性，即通过选择另一透视方向，在那里该被遮住的对象不再位于射束锥内。

[0020] 本发明的另一有利的改进形式提出，在录制图像后，松开滑座的固定，随后松开支承装置，将支承装置移动至下一个待检查的位置，并且在那里再次开始支承装置的定位，并且再次紧接着根据本发明的步骤。因此提供了沿着试验对象一个接着一个地检查多个位置的可能性，其中新的定位能够借助不同的方式来达到：例如通过手动移动装置，或者有利的是借助于使支承装置运动的马达。在上面也已经指出，这能够沿着轨道进行，使得确保借助支承装置的相对于试验对象的最佳的定向的强制引导。附图说明

[0021] 借助于在附图中示出的实施例阐述本发明的另外的优点和细节。附图示出：

[0022] 图1示出根据本发明的装置在第一位置(移动位置)上；

[0023] 图2示出图1中的装置在第二位置上，在所述位置上进行录制(测量位置)；以及[0024] 图3示出根据图2的装置的左视图。

具体实施方式

[0025] 在图1中，——例如针对有限的空间——，示出隧道管13的横截面，管状的试验对象7位于所述隧道管内。为了简化，在下面在图1至3的实施例的说明中假定是直线的管状试验对象7，即圆柱形的试验对象7。相对于该试验对象限定笛卡尔坐标系，所述笛卡尔坐标系的XZ平面在图1和2中示出的截平面中延伸。因此，Y轴垂直于在图1和2中的图平面。X轴平行于水平线延伸，并且Z轴平行于竖直线延伸。相反，在图3中示出通过隧道管13的截面，所述截面垂直于图1和2的截面构成，并且在YZ平面内延伸。坐标原点位于哪里对于理解本发明而言是不重要的，因为其只是取决于沿着平行于X轴或Y轴的轴线的运动或围绕平行于X轴或Y轴延伸的轴线的旋转。

[0026] 在试验对象7的下方存在支承面15，所述支承面在水平的平面内延伸。在支承面上竖立有根据本发明的装置。所述装置具有支承装置1，所述支承装置通过滚轮14可在支承面15上运动。在支承装置1上设置有例如轨道的引导装置2。这些引导装置平行于X轴延伸。但是它们也能够倾斜于X轴延伸；重要的仅仅在于，它们位于XZ平面内。

[0027] 滑座3用虚线示出，所述滑座可沿着引导装置2平行于X轴运动。在滑座3上设置有同样用虚线示出的C形臂。因此，当滑座3运动时，C形臂4也平行于X轴运动。能够从图3的剖视图中更好地看出支承装置1、引导装置2、滑座3和C形臂4的空间构造。在那里，每两个C形臂4分别通过滑座3沿着引导装置2与支承装置1连接。

[0028] 在C形臂4的两个自由端上设置有成像系统。在实施例中，在上端部上设置有X射线管5并且在与该上端部相对的下端部上设置有探测器6。此外，探测器6还平行于X轴相对于C形臂4运动，以便探测器一方面不突出于在X方向上的可成像的区域的总宽度，另一方面在装置的所示状态下尽可能小地或完全不突出于支承装置1的侧面尺寸。这在支承装置1朝试验对象7的新的待检测的区域运动期间是尤其有利的。

[0029] 在图1中示出的状态下，支承装置1在其空间位置上固定，使得其相对于通过试验对象7的在XZ平面内的横截面示出的圆盘位置固定。但是，在所示状态下，在松开空间上的固定后，支承装置1能够运动到平行于Y轴的另一位置上，并且在那里再次在空间上固定，使得随后能够检测在那里的然后再次平行于XZ平面延伸的圆盘。移动能够通过滚轮14进行：例如借助肌肉力或借助于马达(未示出)，所述马达例如能够安装支承装置1上并且借助远程控制操作。在此，不必进入隧道管13，这使支承装置1的移动变得容易，并且基于可能的不利的环境条件(例如在存在辐射载荷的情况下)是有利的。

[0030] 为了能够进行对试验对象7的录制，装置由其在图1中所示的位置被移动到在图2中所示的位置。为此，滑座3沿着平行于X轴延伸的第一方向A向左运动。此外，还有探测器6也沿着平行于第一方向A的第四方向F向左运动，使得其位于X射线管5和自X射线管的焦点9发出的射束锥8的对面。在该位置上，探测器6相对于C形臂4空问上固定。
C形臂4的沿着第一方向A的运动的长度与应该检查试验对象7的哪个区域有关。但是这对于本领域技术人员是清楚的，因此不再探讨详细的细节。

[0031] 此后，为了避免可能存在的干扰效果，进行C形臂4的沿着旋转方向D围绕旋转轴线16的旋转。在所示的示例中，在不受限制的情况下，旋转轴线16与试验对象7的中心轴线17一致。例如由于在射束路径内，在待检查的区域的上方或下方存在强烈吸收的结构导致干扰。通过C形臂4围绕旋转方向D旋转，X射线管5和探测器6在环形轨道上运动，并且以不同的角度辐射穿过试验对象，使得不再透视被遮住的区域。

[0032] 在图3中示出，如何获得用于层析X射线照相组合或X射线分层摄影法的原始数据；下面还将论述CT方法，而这未在附图中的任一个中示出。

[0033] 图3示出通过隧道管13的另一横截面，其中观察方向垂直于图1和2的观察方向，即沿X方向。如在上面有关图1所述，装置具有两个C形臂4。C形臂4的上端部通过上支架10相互连接。在该上支架10上安装X射线管5，使得X射线管能够在第二方向B上沿着平行于Y轴线延伸的运动线路18移动。

[0034] 下支架11位于上支架10对面，使得C形臂4的下端部借助该下支架相互连接。在下支架11上可移动地安装探测器6，使得探测器能够沿着平行于第二方向B且因此也平行于Y轴的第三方向C运动。

[0035] 因为在X射线分层摄影法或层析X射线照相组合中，探测器6和X射线管5的运动彼此相向地进行，如本领域技术人员熟知且因此不再详述，所以X射线管5还可附加地围绕延伸通过焦点9的翻转轴线12翻转。在此，翻转轴线12垂直于图平面并且因此平行于X轴延伸。因此，X射线管5能够围绕翻转轴线12沿着翻转方向E顺时针或逆时针地相对于在图3中的右侧示出的中立位置扭转。因此确保能够跟随发自焦点9的射束锥8，使得其总是照亮整个探测器6。当成像系统的两个组成部分X射线管5和探测器6达到它们的极端位置时，即例如X射线管5完全在左侧且探测器6完全在右侧，必须另外使用非常宽的射束锥，以便仍可完全地照亮探测器6。这通过X射线管5的沿旋转方向D的旋转的可能性来避免。

[0036] 在X射线管5和探测器6反向运动时获得原始数据，所述原始数据紧接着针对X射线分层摄影法或层析X射线照相组合借助于合适的软件计算入被透视的图像区域的大量的图像内。在这种情况下，在X射线分层摄影法中采取递归方式，并且在层析X射线照相组合中采取迭代方式，而不再详细论述这些，因为这是本领域技人员熟知的。

[0037] 同样不再论述装置的各个元件的布线，因为本领域技人员同样已知如何将这些元件相互布线。

[0038] 如果替代X射线分层摄影法或层析X射线照相组合，实施借助于根据本发明的装置的CT方法，那么如下进行：C形臂4围绕旋转轴线16旋转，所述旋转轴线能够与在上述实施例所给出的旋转轴线16一致，但是不是必须一致。在精确的旋转运动中，如在每个已知的CT方法中一样，记录原始数据。在此，X射线管5和探测器6位于固定的彼此相对的位置上。基于C形臂4在滑座3上的牢固的且精确的引导可能性，CT方法的实施才完全是可能的。

[0039] 在上面已经论述了装置1如何从一个测量位置运动到另一个测量位置。C形臂4再次借助于滑座3由在图2和3中所示的测量位置向右(在图2中)运动，使得C形臂再次位于在图1中所示的运动位置上。同时，探测器6也再次完全地进入支承装置1内。随后进行整个支承装置1的平行于Y轴的运动。

[0040] 因此能够规定支承装置1的总是沿着管状的试验对象7进行的强制运动。尤其是在管状的试验对象7中(如在下面的段落中所述)有利的是，轨道在平行于XY平面的平面内延伸。

[0041] 下面说明如何能够使用用于检验非直线的、圆柱形的，尤其是沿其纵向方向弯曲的试验对象7的根据本发明的方法，如在粒子加速器的环形管中是这种情况。为此，支承装置1例如能够在轨道或类似的装置上或者沿着轨道或类似的装置主动地或被动地引导，所述轨道或类似的装置顺着管弯曲，使得在支承装置1和试验对象7之间的距离总是保持相同。然后沿着轨道进行支承装置1的运动，如已经在上面针对在圆柱形的试验对象7的情况下的直线运动所述。然后，在包含待检查的圆盘的位置上，即垂直于弯曲的环形管的纵方向，进行支承装置1的空间上固定，并且紧接着进行C形臂4的借助于滑座3的移出。其它步骤与在检验圆柱形的试验对象7时的步骤，——如在上面有关图1至3所述——，一致地进行。

[0042] 总体而言，借助所示的根据本发明的装置，——这也适用于所有未示出的另外的根据本发明的装置——，以及所述的根据本发明方法，即便在困难的边界条件下，也能够安全地在位置固定的管状的对象内，——这些对象为圆柱形或者沿它们的纵方向弯曲——，进行内部结构的无破坏性的成像。基于限定的结构空间的受限的可达到性、在选择性的，广泛的或大量的检查方面的灵活的可使用性、投影的且大量的图像、交互式的或也半自动的工作方式、以及在辐射保护方面的远程操作的可能性都属于这些边界条件。在此，本发明能够在其尺寸和辐射能力方面毫无问题地与特定对象的情况相匹配并且调整。在此，例如沿着特定对象的优选方向进行匹配，如其在图1至3中所示的实施例中规定试验对象7的中心轴线17。

[0043] 附图标记列表

[0044] 1 支承装置

[0045] 2 引导装置

[0046] 3 滑座

[0047] 4 C形臂

[0048] 5 X射线管

[0049] 6 探测器

[0050] 7 试验对象

[0051] 8 射束锥

[0052] 9 焦点

[0053] 10 上支架

[0054] 11 下支架

[0055] 12 翻转轴线

[0056] 13 隧道管

[0057] 14 滚轮

[0058] 15 支承面

[0059] 16 旋转轴线

[0060] 17 中心轴线

[0061] 18 运动线路

[0062] A 第一方向

[0063] B 第二方向

[0064] C 第三方向

[0065] D 旋转方向

[0066] E 翻转方向

[0067] F 第四方向

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