ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕНТРАТОР ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ Российский патент 2005 года по МПК H05G1/00 

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий с использованием рентгеновского излучения и может быть применено для контроля объектов авиакосмической техники и других отраслей машиностроения радиационным методом.

Известен лазерный центратор, имеющий корпус, в котором расположен лазер с двухсторонним выходом излучения, оптическая ось выхода излучения которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два отражателя, первый из которых выполнен из оргстекла и установлен на пересечении оптической оси лазера с осью рентгеновского пучка излучателя, а второй установлен с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси поворота первого отражателя на оси выхода излучения лазера вне проекции на нее выходного окна рентгеновского излучения, средство индикации расстояния от рентгеновского излучателя до объекта и средство прерывания пучка от второго отражателя, установленное до или после второго отражателя, дополнительно центратор снабжен двумя цилиндрическими линзами, установленными на оси излучения лазера, первая - между одним из горцев лазерного отражателя и первым отражателем, а вторая - между вторым торцем лазерного излучателя и вторым отражателем, их фокусное расстояние выбирается из соотношения f=h/tgα , где h - радиус лазерного пучка, α - угол излучения рентгеновского пучка, при этом линзы установлены с возможностью вращения вокруг оси лазерного пучка [ 1] .

Недостаток данного устройства - невысокая точность измерений расстояния от объекта до излучателя при расстояниях порядка 3000-5000 м, что характерно для контроля крупногабаритных объектов авиакосмической техники. В этом случае для обеспечения требуемой точности измерений расстояние погрешность (порядка ± 30 мм), погрешность отсчета по шкале индикатора этих расстояний составляет в угловой мере L=(1-3) угловых минут даже при предельно допустимых из-за конструктивных ограничений размеров базы дальномера центратора порядка B≤ 300 мм, В - расстояние между отражателями по оси лазера. Линейный размер деления шкалы индикатора, соответствующих этим углам, составляет t≤ 0,1 мм даже при диаметре шкалы D=2R≈ 200 мм, что следует из очевидного уравнения t=R· α =100· 10^-3=0,1 мм (α =3’=0,001 в радианной мере). Это обстоятельство, в свою очередь, приводит к неоправданно высоким требованиям и соответствующим средствам отсчета по шкале, что ухудшает технико-экономические показатели устройства. Кроме того, шкала является нелинейной, т.к. расстояние между ее штрихами пропорционально тангенсу угла наклона к оси лазера луча, отраженного от второго отражателя.

Однако при использованной в центраторе схемы отражения лучей от второго отражателя его поворот на угол α приводит к отклонению отраженного луча от первоначального направления на угол 2α , что дополнительно уменьшает угловой размер рабочего диапазона шкалы и линейного размера ее делений, снижает точность измерений и ухудшает эксплуатационные и эргономические характеристики центратора в целой.

Применение в центраторе цилиндрических линз, формирующих на объекте две световые полоски, угловой размер которых в пространстве изображения соответствует углу излучения рентгеновского излучателя, не всегда рационально, т.к. обычно достаточно высветить на объекте светящуюся точку, соответствующую точке его пересечения с осью рентгеновского пучка. При этом область объекта, просвечиваемая рентгеновским пучком, определяется размером кассеты с пленкой, накладываемой на него при радиографировании.

Для устранения вышесказанных недостатков второй отражатель остановлен на оптической оси лазера за его вторым торцем перпендикулярно плоскости, образованной осями рентгеновского и лазерного пучков под постоянным углом наклона α к оси лазера с возможностью поступательного перемещения вдоль оси лазера, шкала выполнена линейной и отвечает уравнению L=x· tgα , где x - линейное перемещение второго отражателя вдоль оси лазера, L -расстояние от рентгеновского излучателя до объекта tgα =const, при этом деление шкалы, соответствующее минимальному Lmin и соответственно максимальному Lmax расстоянию от объекта до рентгеновского излучателя, расположены на расстояниях от оси рентгеновского пучка вдоль оси лазера, равных Xmin=Lmin· tgα и Xmax=Lmax· tgα , длина шкалы, соответствующая рабочему диапазону расстояний от объекта до рентгеновского излучателя, равна , а цена минимального деления шкалы tmin в пространстве объектов равна to=t_min ·_{tgα .}

Особенно удобно построение шкалы при tgα =10. При этом используются стандартные линейные центрические шкалы (ГОСТ 427-75) с ценой минимального деления tmin=1 мм, оцифрованные через 10 мм, цена этого деления в пространстве объектов равна to=tmin· 10=10 мм, что вполне достаточно для практики радиационного контроля. Расстояние or оси рентгеновского пучка до деления шкалы, соответствующего минимальному расстоянию от объекта до рентгеновского излучателя, равно Хmin=Lmin/10=0,1 Lmin, расстояние, соответствующее максимальному удалению объекта от рентгеновского излучателя, равно Lmax=Lmmax/10=0,1 Lmax, а длина шкалы равна .

Для определения текущего расстояния от объекта до рентгеновского излучателя достаточно отсчет по шкале, равной Х (см), умножить на десять, т.е. L=10× (см). Понятно, что начальный участок шкалы (Xo≤ Xmin) при этом удаляется, чтобы он не экранировал рентгеновский пучок.

Величина этого удаляемого участка стандартной шкалы определяется из очевидного соотношения Xо≥ Н· tg (β /2), где β - угол раскрытия рентгеновского пучка, Н - расстояние от фокуса рентгеновского излучателя до первого отражателя

Изобретение поясняется фиг.1 и 2, на которых показана общая схема центратора и схема расположения шкалы.

Центратор содержит рентгеновский издатель 1, к которому крепится корпус 2 с расположенным в нем лазером 3 с двухсторонним выходом излучения, ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, отражатель 4 из оргстекла, расположенный на пересечении осей рентгеновского и лазерного пучков, второй отражатель 5, остановленный на оси лазера за его вторым излучающим горцем под постоянным углом α к этой оси и имеющий возможность поступательного перемещения вдоль нее линейную шкалу 7, оцифрованную, например, через 1 см, указатель 6, закрепленный на второй отражателе 5 для снятия отсчетов по шкале 7, прямо пропорциональных расстоянию от излучателя 1 до объекта 8.

На фиг.1 показаны крайние положения второго отражателя 5 (1 и 2), соответствующие минимальному и максимальному удалению объекта 8 от излучателя 1.

Лазерный центратор работает следующим образом. Лазер 3 с помощью отражателя 4 формирует на объекте 8 яркую точку, соответствующую точке его пересечения поверхности с осью рентгеновского пучка.

Излучение из второго торца лазера с помощью второго отражателя 5, установленного перпендикулярно плоскости, образованной осями рентгеновского излучателя и лазера, под постоянным углом α к оси лазера, также направляется на объект 8, формируя на его поверхности вторую яркую точку. Перемещая второй отражатель 5 вдоль оси лазера, совмещают изображения обоих лазерных пятен и в этот момент снимают по шкале 7 с помощью указателя 6 отсчет, равный соответствующему числу делений N шкалы 7 и, умножая это число на константу, равную tgα =const, определяют расстояние от объекта до излучателя L=tmin· N· tgα .

При tgα =10(α =84° · 1.8)’ применяют линейные децимальные метрические шкалы, например, по ГОСТ 427-75, с ценой деления tmin=1,0 мм, оцифрованные через 10 мм.

Например, если отсчет по шкале равен Х=N· tmin=105 мм (см. фиг.2), то расстояние до объекта при tgα =10 будет равно L=105· 10=1050 мм.

Погрешность измерения расстояния от объекта до излучателя определяется погрешностью шкалы, т.е. ценой ее минимального деления, при предложенной схеме измерения определяется величиной Δ L=tmin· tgα и при tgα =10Δ L=10tmin, т.е. для стандартных метрических шкал с tmin=1,0 мм Δ L=10 tmin=10 мм, что вполне достаточно для практики. Общая погрешность измерения расстояния от объекта до излучателя, определяемая, кроме цены деления шкалы 7, погрешностью совмещения лазерных точек на объекте (Δ Lс) и погрешностью за счет непараллельных перемещений второго отражателя 5 вдоль оси лазера (Δ Ln) может быть в первом приближении оценена суммой этих погрешностей, т.е. Δ LΣ =Δ Lm+Δ Lc+Δ Ln.

Для реального макета центратора получено Δ Lm=10,0 мм, Δ Lc=1 мм, Δ Ln≈ 1 мм, т.е. Δ LΣ ≈ 12 мм, что вполне отвечает требованиям практики.

Литература:

1. Патент РФ №2106619. Лазерный центратор.

2. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М., Наука, 1957, 608 с.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля объектов с использованием рентгеновского излучения. Устройство включает в себя лазер, отражатель, установленный на пересечении оптических осей лазерного и рентгеновского пучков, средство индикации расстояния от рентгеновского излучателя до объекта. Особенностью устройства является наличие второго отражателя, связанного с указателем средства индикации и установленного за вторым торцом лазера на оси лазера и перпендикулярно плоскости, образованной осями лазера и рентгеновского пучка, при постоянном угле к оси лазера, с возможностью поступательного перемещения вдоль этой оси. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений и эргономичность устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий корпус с расположенным в нем лазером с двухсторонним выходом излечения, ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, отражатель из оргстекла, установленный на пересечении осей лазера и рентгеновского излучателя, заслонку для перекрывания излучения из второго торца лазера, средство индикации расстояния от объекта до рентгеновского излучателя в виде указателя со шкалой, закрепленной на корпусе центратора, отличающийся тем, что второй отражатель установлен на оси лазера за его вторым излучающим торцом перпендикулярно плоскости, образованной осями лазера и рентгеновского пучка под постоянньм углом α к оси лазера с возможностью поступательного перемещения вдоль этой оси, шкала выполнена линейной, равномерной, отвечает уравнению L=X· tgα =N· t_min·_{tgα , где Х - положение второго отражателя относительно шкалы, L - расстояние от объекта до рентгеновского излучателя, N - число делений шкалы, соответствующее положению указателя перемещения второго отражателя, tmin - цена деления шкалы, tgα =const, причем Х0 - расстояние от первого отражателя до начала шкалы по оси лазера, X0≥H· tg(β /2), где Н - расстояние от фокуса рентгеновского излучателя до центра первого отражателя, β - угол излучения рентгеновского пучка.}2. Лазерный центратор по п.1, отличающийся тем, что принято tgα =10,0, а шкала выполнена линейной, равномерной и децимальной.