CC BY
32Технология и ме%атронщр в машиностроении
УДК: 608.2
ЦИФРОВОЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ 3D-MHKPOTOMOrPA® ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ МАТЕРИАЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ*
С. А. Клестов, Е. С. Судакова, С. Б. Сунцов
Национальный исследовательский Томский государственный университет Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 36. E-mail: blackrabbit1@mail.ru
Описываются основные принципы работы интеллектуального рентгеновского SD-микротомографа. Применение метода рентгеновской томографии позволяет осуществлять неразрушающий контроля качества материалов и изделий в производственно-технологических целях в различных отраслях промышленности.
Ключевые слова: микротомограф, ренгеновская трубка, реконструкция изображения.
DIGITAL X-RAY IMAGING TO 3D MICRO DIAGNOSIS OF MATERIALS AND COMPONENTS OF RADIO-ELECTRONIC EQUIPMENT
S. A. Klestov, E. S. Sudakova, S. B. Suntsov
National Research Tomsk State University 36, Lenina Av., Tomsk, 634050, Russian Federation E-mail: blackrabbit1@mail.ru
This paper describes the basic principles of intelligent X-ray 3D microtomograph. Application of X-ray tomography allows non-destructive quality control of materials and products in production and application process in various industries. The article demonstrates block diagram of the software and the results of experimental studies.
Keywords: microtomograph, X-ray tube, image reconstruction.
Современной науке доступны методы анализа внутренней микроструктуры объекта различными способами. Одним из лучших методов неразрушаю-щей визуализации является метод рентгеновской микротомографии, которая дает возможность получать изображение внутренней структуры непрозрачных объектов в трехмерном виде с высоким пространственным разрешением [1—3]. Существует необходимость изучения внутренней структуры объектов, непрозрачных в видимом диапазоне электромагнитного излучения, особенно биологических, с микронным разрешением.
Развитие методов рентгеновской микроскопии позволило заглянуть внутрь непрозрачных объектов с разрешением, превышающим возможности оптической микроскопии. Сегодня рентгеновская микротомография имеет широкий спектр областей применения. Использованные алгоритмы позволяют достигать высокой степени детализации и высокой точности восстановления и анализа 3D-модели. Это даёт возможность применять метод рентгеновской томографии для осуществления неразрушающего контроля качества материалов и изделий в производственно-технологических целях в следующих отраслях промышленности:
- в металлургии для оценки качества состава и структуры выпускаемых продуктов;
- в машиностроении и приборостроении для контроля качества используемых деталей и их сборки;
- в электронной промышленности для анализа сборки полупроводниковых приборов, а также припайки контактов электронных компонентов к печатным платам.
Рентгеновская микротомография также может применяться в научно-исследовательских целях для изучения внутренней структуры органических и неорганических объектов в следующих областях:
- в биологии и медицине для оптимизации рентгенологических методов исследования и диагностики;
- в физике при проведении различных экспериментальных исследований, реализованных посредством применения, для визуализации внутренней структуры объектов и физических процессов, происходящих в исследуемых образцах;
- в химии для визуализации внутренней структуры опытных образцов, позволяющей наблюдать за механизмом появления дефектов при создании и исследовании материалов. В статье описывается оригинальный интеллектуальный рентгеновский микротомограф (ИРМТ).
*Работа выполнена по программе повышения конкурентоспособности национального исследовательского Томского государственного университета, ВИУ № 8.1.31.2015, грант РФФИ № 16-29-04388/16 от 19.04.2016 г.
<Тешетневс^ие чтения. 2016
Реконструкция образцов: 1а - 3D-модель лампочки; 1Ь - разрез лампочки; 2а - 3D-модель тиристора; 2Ь - разрез теристора; 3а - 3D-модель транзистора; 3Ь - разрез транзистора; 4а - 3D-модель светодиода; 4Ь - разрез светодиода.
Экспериментальные исследования. Примером исследования элементов материалов могут служить реконструированные на микротомографе тиристор, транзистор, светодиод. Примером исследования элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) могут служить реконструированные на микротомографе материалы тиристор, транзистор, светодиод.
Сканирование объектов исследования позволяет получить полные сведения о внутренней пространственной микроструктуре образца с микронным и субмикронным пространственным разрешением с сохранением структуры образца. На рисунке представлены сечения элементов РЭА, на которых видна структура объекта.
Заключение. На основе описанных данных авторским коллективом разработан первый отечественный интеллектуальный цифровой рентгеновский микротомограф для диагностики состояния материалов и элементов радиоэлектронной аппаратуры. Оценена погрешность и проведены экспериментальные исследования микротомографа. Разработанный прибор имеет следующие отличительные достоинства:
1) высокоточная система позиционирования, способная обеспечить позиционирование исследуемого объекта с точностью ±1 мкм;
2) полная автоматизация работы рентгеновского микротомографа, не требующая вмешательства пользователя в процесс построения ЭЭ-модели исследуемого объекта;
3) встроенные алгоритмы: предобработки исходных данных неискажающего сжатия с целью экономии вычислительных ресурсов системы, анализа и классификация внутренней структуры и дефектов объекта;
4) ЭЭ-отображение псевдоцветных изображений;
5) высокое быстродействие работы как аппаратного, так и программного обеспечения, обусловленное использованием в составе программного обеспечения как аппаратной, так и программной частей рентгеновского микротомографа структурно-перестраиваемых алгоритмов управления, обеспечи-
вающих значительное повышение точности и скорость работы рентгеновского микротомографа.
При анализе аналогичных устройств на рынке было выявлено, что разработанный микротомограф превосходит аналоги. Преимуществами являются мобильность, компактность, возможность диагностировать материалы (органические, неорганические, конструкционные) и элементы радиоэлектронной аппаратуры, возможность работать в комплекте с другим оборудованием, очень низкая цена при качествах, не уступающих приборов конкурентов.
Библиографические ссылки
1. Патент на изобретение RU 2505800. Способ рентгеновской томографии и устройство для его осуществления / Сырямкин В. И. и др. 27.01.2014, Бюл. № 3.
2. Syriamkin V. I., Bureev A. S., Zhdanov D. S., Osipov A. V., Klestov S. A. Digital X-Ray Tomography. 2015. 231 р. Red SquareStientific, England.
3. Бубенчиков M. А., Газиева E. Э., Гафуров A. О., Глушков Г. С., Жданов Д. С., Саньков Д. В., Сырямкин В. И., Шидловский С. В., Юрченко А. В. Современные методы исследования материалов и нано-технологий. Томск : Изд-во Том. гос. ун-та, 2010. 366 с.
References
1. The patent for invention RU 2505800. A method of X-ray tomography and device for its implementation. Syryamkin VI et al. 27.01.2014. Bull. № 3.
2. Syriamkin V. I., Bureev A. S., Zhdanov D. S., Osipov A. V., Klestov S. A. Digital X-Ray Tomography, 2015, 231 р. Red SquareStientific, England.
3. Bubenchikov M. A., Gazieva E. E., Gafurov S. A., Glushkov G. S., Zhdanov D. S., Sankov D. V., Syryamkin V. I., Shydlouski S. V., Yurchenko A. V. Modern methods of materials research and nanotechnology. Tomsk: Publishing house of Tom. University Press, 2010. 366 р.
© Клестов С. А., Судакова E. С., Сунцов С. Б., 2016
