ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕНТРАТОР ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК H05G1/02 

Изобретение относится к неразрушающему контролю с использованием рентгеновского излучения и может быть использовано для контроля материалов и изделий радиационным методом в различных отраслях машиностроения.

Известный лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий корпус, расположенный в нем лазер с двусторонним выходом излучения, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два отражателя, первый из которых установлен на пересечении оптической оси лазера с осью рентгеновского пучка, а второй установлен на оптической оси выхода излучения лазера вне проекции на нее выходного окна рентгеновского излучателя с возможностью его поворота вокруг оси, перпендикулярной плоскости, задаваемой оптической осью выхода излучения лазера с осью рентгеновского пучка, и средство индикации фокусного расстояния в виде указателя со шкалой, закрепленной на корпусе центратора. Центратор снабжен двумя цилиндрическими линзами, установленными на оси излучения лазера поперек каждого его выходного пучка и с возможностью вращения вокруг оси лазерного пучка, первая – между одним из торцов лазерного излучателя и первым отражателем, вторая – между вторым торцом лазерного излучателя и вторым отражателем, а их фокус выбирается из соотношения

f=h/tgα

где h – радиус лазерного пучка;

α – угол излучения рентгеновского пучка.

На объекте формируются изображения двух светящихся параллельных друг другу полос, одна из которых неподвижна, а вторая перемещается по объекту до совпадения с изображением неподвижной полосы, и в этот момент со шкалы считывается расстояние до объекта. При повороте одной из цилиндрических линз на 90° изображения полос на объекте становятся ортогональными, а точка их пересечения на объекте совпадает с осью рентгеновского пучка.

Недостаток данного устройства – применение лазера с двухсторонним выходом излучения, сложного в эксплуатации и практически снятого с производства.

Кроме того, первый отражатель, находящийся в пучке рентгеновского излучения в непосредственной близости от фокуса рентгеновской трубки, испытывает сильную лучевую нагрузку, что приводит к деструктивным изменениям структуры его материала, которые проявляются на рентгеновском изображении как артефакты, мешающие расшифровке снимка. Существенно, что дефекты материала первого отражателя проекцируются в плоскость регистрации рентгенограммы в сильно увеличенном виде в силу своего расположения вблизи от фокуса излучателя.

Цель изобретения – устранение этих недостатков.

Для этого в центраторе предлагается использовать лазер с односторонним выходом излучения, например, газовый или полупроводниковый, серийный выпуск которых освоен промышленностью, а для направления лазерного излучения на второй отражатель в оптическую схему центратора введен светоделитель, располагаемый перед лазером на его оптической оси. Для устранения влияния артефактов от дефектов структуры материала первого отражателя, находящегося в зоне сильной концентрации рентгеновских лучей вблизи фокуса излучателя, а также снижения лучевой нагрузки на него первый отражатель предлагается вращать относительно оси, совпадающей с нормалью к его поверхностью и находящуюся вне зоны распространения рентгеновского пучка с помощью электромеханического или иного (пневматического, пьезоэлектрического и т.п.) привода, расположенного вне зоны распространения рентгеновского пучка.

При этом первый отражатель испытывает существенную лучевую нагрузку, и изображения артефактов от дефектов его структуры размываются на изображении за счет эффекта динамической нерезкости.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана общая схема устройства.

Лазерный центратор содержит рентгеновский излучатель 1, к которому крепится корпус 2 с расположенными в нем лазером 3, оптическая ось выхода излучения которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два отражателя 4 и 5, первый (4) из которых, выполненный из оргстекла, установлен на пересечении оптической оси лазера 8 с осью рентгеновского пучка 7 излучателя (падающего на контролируемую поверхность 6) с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной плоскости, задаваемой оптической осью 8 выхода излучения лазера с осью 7 рентгеновского пучка, в диапазоне углов 25-65°, а второй (5) установлен с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси поворота первого отражателя, средство индикации фокусного расстояния в виде указателя 10 со шкалой 11, закрепленной на корпусе 2 центратора, связанного с вторым отражателем 5, и светоделитель 9, установленный перед лазером на его оптической оси и направляющий лазерный поток излучения на второй отражатель 5, связанный с корпусом 2.

В центраторе имеются цилиндрические линзы 12 и 13, установленные на оптической оси лазерного пучка, первая (12) установлена между торцом лазера и отражателя 4 таким образом, что на объекте 6 образуется вертикальная светящаяся полоса, перпендикулярная плоскости, образуемой пересечением оптической оси 7 рентгеновского излучателя с осью 8 лазера, вторая (13) установлена межу торцом лазера и отражателем 5 таким образом, что на объекте 6 контроля образуется вторая светящаяся полоса, параллельная первой и перемещающаяся по объекту при поворотах второго отражателя 5 параллельно первой полосе.

Первый отражатель 4 приводится во вращение относительно оси 16, совпадающей с нормалью к его поверхности и расположенной вне зоны проекции на нее выходного окна рентгеновского излучателя для исключения экранирования пучка рентгеновского излучения элементами привода вращения первого отражателя. Для этого диаметр первого отражателя, выполняемого в виде зеркального диска, выбирается из условия D||2l, где l – размер сечения рентгеновского пучка в зоне нахождения первого отражателя.

Частота вращения зеркала выбирается из условия n≥К(t)^-1, где n – частота вращения, Гц, t – время экспонирования рентгенограммы, с, К=10-20 – коэффициент.

Практически для типичных значений t≈1 с и К=10-20 Гц.

В процессе работы с центратором наводят его на контролируемую область объекта, наблюдают на нем лазерные полосы и, вращая второй отражатель 5, добираются их совмещения и в этот момент с помощью индекса 10 считывают по шкале 11, отградуированной непосредственно в фокусных расстояниях, текущее значение фокусного расстояния, т.е. расстояние от объекта до фокуса рентгеновской трубки.

Изобретение относится к неразрушающему контролю с использованием рентгеновского излучения и может быть использовано для контроля материалов и изделий радиационным методом в различных отраслях машиностроения. В лазерном центраторе, содержащем средство индикации фокусного расстояния в виде указателя со шкалой, использован лазер с односторонним выходом излучения. Оптическая схема содержит два отражателя, две цилиндрические линзы и светоделитель, установленный перед лазером на его оптической оси и направляющий лазерный пучок на второй отражатель. Первый отражатель с помощью электромеханического или иного привода, расположенного вне зоны распространения рентгеновского пучка, приводится во вращение относительно оси, совпадающий с нормалью к первому отражателю и расположенной вне зоны проекции на нее выходного окна рентгеновского излучателя. Частота вращения выбирается из условия n≥k·(t_с)^-1, где n - частота вращения, Гц; t_c -время экспозиции рентгенограммы, k=10-20 – коэффициент. Обеспечено облегчение эксплуатации лазерного центратора. 1 ил.

Лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий корпус, расположенный в нем лазер, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два отражателя, первый из которых установлен на пересечении оптической оси лазера с осью рентгеновского пучка, а второй установлен на оптической оси лазерного пучка вне проекции на нее выходного окна рентгеновского излучателя с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной плоскости задаваемой оптической осью лазерного пучка и осью рентгеновского пучка, средство индикации фокусного расстояния в виде указателя со шкалой, закрепленной на корпусе центратора, две цилиндрические линзы, установленные на оптической оси лазерного пучка с возможностью вращения вокруг нее, первая цилиндрическая линза установлена перед первым отражателем, а вторая перед вторым отражателем, фокусные расстояния линз выбираются из соотношения f=h/tgα, где h - радиус лазерного пучка, α - угол излучения рентгеновского пучка, отличающийся тем, что в нем использован лазер с односторонним выходом излучения, а в оптическую схему дополнительно введен светоделитель, установленный перед лазером на его оптической оси и направляющий лазерный пучок на второй отражатель, связанный с корпусом, первый отражатель с помощью электромеханического или иного привода, расположенного вне зоны распространения рентгеновского пучка, приводится во вращение относительно оси, совпадающей с нормалью к первому отражателю и расположенной вне зоны проекции на нее выходного окна рентгеновского излучателя, частота вращения выбирается из условия n≥k(t_с)^-1, где n - частота вращения (Гц), t_с - время экспозиции рентгенограммы, k=10÷20 – коэффициент.