РЕНТГЕНОПРОФИЛОГРАФ Российский патент 2005 года по МПК G01B15/08 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для неразрушаемого контроля пористой структуры связки абразивного инструмента.

Известны установки для исследования металлов рентгеноскопическим методом. Общим элементом для рентгеноскопических установок всех групп является рентгеновский аппарат как источник рентгеновского излучения. Выбор типа рентгеновского аппарата для рентгеноскопической установки зависит от ее назначения. Установки по схеме построения в зависимости от используемого преобразователя рентгеновского изображения разделены на пять групп. К первой группе относят установки, в которых в качестве преобразователя используются флуороскопические экраны, ко второй - в которых в качестве преобразователя используются монокристаллические сцинтилляционные кристаллы, к третьей - установки с использованием рентгеновских электронноптических преобразователей, к четвертой - установки, в которых преобразователи рентгеновского изображения, флуороскопические экраны или сцинтилляционные кристаллы используются в сочетании со световыми электронноптическими преобразователями, к пятой - установки прямого преобразования рентгеновского изображения в телевизионное.

Применение рентгеновских стереоскопических установок для контроля отливок позволяет получить объемные изображения дефектов (крупной пористости, газовых и усадочных раковин, неметаллических включений, микрорыхлот и трещин) в контролируемых изделиях и место расположения дефекта по толщине отливки. Основными узлами установок являются два рентгеновских аппарата, флуороскопический экран и телевизионная установка. Рентгеновские стереоскопические установки оснащены манипулятором с шестью степенями свободы, устройствами для измерения глубины залегания дефекта, для маркировки и фотографирования изображения дефектных участков [1].

Недостатками установок для рентгеноскопического контроля являются отсутствие возможности регистрации контурных карт микрорельефа поры через заданный шаг во взаимно перпендикулярных направлениях, необходимой для построения модульной геометрической модели микрорельефа, недостаточная степень увеличения изображения дефекта, восстанавливаемого в видимом диапазоне электромагнитного излучения и различного рода искажения при восстановлении изображения, которые ограничивают информацию о микрогеометрии дефекта.

В качестве прототипа выбран профилограф, содержащий светоделитель луча лазера, оптические преобразователи, регистрирующие среды - толстослойные эмульсии, при этом увеличение трехмерной интерференционной картины осуществляется микроскопом при записи и копировании голографического изображения микрорельефа поверхности, а для измерений используется индикатор электромагнитного поля [2].

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности получить трехмерное голографическое изображение пористой структуры связки абразивного инструмента в диапазоне рентгеновского излучения для последующего его преобразования в видимое и регистрации характеристик, необходимых для определения топографии микрорельефа пор.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в обеспечении увеличения, точности и возможности измерений микрогеометрии трехмерного голографического изображения пористой структуры связки абразивного инструмента в диапазоне рентгеновского излучения.

Это достигается тем, что в рентгенопрофилографе, содержащем источник рентгеновского излучения, кристаллический резонатор для получения монохроматического рентгеновского излучения, фокусирующие кристаллические системы - коллиматоры, кристаллические зеркала, для разделения и изменения направления распространения рентгеновского излучения, регистрирующую среду - кристалл-анализатор для получения интерференции волн, прошедших различные пути, увеличение трехмерной интерференционной картины осуществляется отражательным рентгеновским микроскопом при регистрации голографического изображения микрорельефа пористой структуры связки абразивного инструмента, а для измерений используется электронно-оптический преобразователь.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема регистрации объемной голограммы с предварительным увеличением в диапазоне рентгеновского излучения λ˜10-10³ (мягкий рентген).

Рентгенопрофилограф имеет схему регистрации голограммы. Схема регистрации голограммы (чертеж) содержит рентгеновскую трубку 1, резонатор 2, кристаллические зеркала 3, 4, фокусирующие кристаллические системы - коллиматоры 5, 6, 7, 8, объект измерений 9, отражательный рентгеновский микроскоп 10, регистрирующую среду - кристалл-анализатор 11 и сканирующий индикатор электромагнитного поля - электрооптический преобразователь: координатно-чувствительные микроканальные пластины 12.

Рентгенопрофилограф работает следующим образом. В устройстве реализуется дифракция рентгеновских лучей на кристалле методами «на отражение» и «на просвечивание».

Предварительное увеличение применяется для того, чтобы получить высокое разрешение в небольшом поле зрения.

Пучок рентгеновского излучения трубки 1 пропускается через кристаллический резонатор 2 для получения монохроматического рентгеновского излучения, направляется на кристаллическое зеркало 3, с помощью которого получаются два пучка - объектный и опорный. Опорный пучок направляется системой элементов дифракционной оптики: коллиматор 5, кристаллическое зеркало 4, коллиматор 6, непосредственно на регистрирующую среду - кристалл-анализатор 11. Объектный пучок, пройдя через коллиматор 7, падает на объект 9, голограмму которого регистрируют, проходит через коллиматор 8, отражательный рентгеновский микроскоп 10, попадает на кристалл-анализатор 11. В результате интерференции волн опорного и объектного пучков за кристаллом 11 можно получить увеличенное изображение 13 объекта 9, которое представляет собой стоячую электромагнитную волну.

Кристаллический резонатор 2 - рентгеновский прибор с замкнутой траекторией луча, полученной на основе отражения от плоскостей кристалла и явления полного внешнего отражения.

В качестве коллиматора применяются многослойные структуры (МИС), состоящие из чередующихся слоев двух различных веществ, при толщине слоя, начиная с моноатомного, нанесенные на слегка искривленные подложки. МИС позволяют сфокусировать и концентрировать излучение в существенно большем угле, чем однородные структуры.

Контурные карты микрорельефа исследуемого объекта 9 визуализируются при помощи координатно-чувствительных микроканальных пластин. Информация о снятых контурных картах после последующей обработки ее на персональном компьютере дает возможность построить модульную геометрическую модель пористой структуры связки абразивного инструмента.

В состав устройства рентгенопрофилографа входит кинематический блок (не показан), позволяющий посредством электронно-оптического преобразователя снимать профиль микрорельефа в двух взаимно перпендикулярных направлениях через заданный шаг Δх по оси Х и Δу по оси у.

Точность восстановления профиля микрорельефа определяется координатным разрешением для координатно-чувствительных микроканальных пластин σ=0,01 мм и увеличением отражательного рентгеновского микроскопа. Так, чтобы обеспечить восстановление профиля микрорельефа R_а=0,001 мкм достаточно выбрать отражательный микроскоп с двумя скрещенными зеркалами с увеличением N=10⁴ для λ˜10-10³ т.к. σ=NR_а.

Применение предлагаемого рентгенопрофилографа позволяет увеличить точность, снизить оперативное время регистрации профиля микрорельефа, исследовать реальную картину пористой структуры связки абразивного инструмента.

Источники информации

1. В.С.Токмаков, Ю.В.Мойш. Рентгеноскопия в металлургии. М., «Металлургия», 1976. 264 с.

2. Патент №2215317. Профилограф. G 03 Н 1/00, G 01 В 21/20, 2003.

Использование: для неразрушающего контроля пористой структуры связки абразивного инструмента. Сущность изобретения заключается в том, что рентгенопрофилограф содержит источник рентгеновского излучения, кристаллический резонатор для получения монохроматического рентгеновского излучения, кристаллические зеркала для разделения и изменения направления распространения рентгеновского излучения, фокусирующие кристаллические системы - коллиматоры, регистрирующую среду - кристалл-анализатор для получения интерференции волн, прошедших различные пути, при этом один из двух полученных пучков рентгеновского излучения, имеющих различные направления, являющийся опорным, направляется системой элементов дифракционной оптики: кристаллическое зеркало, коллиматор непосредственно на регистрирующую среду - кристалл-анализатор, а другой пучок рентгеновского излучения, являющийся объектным, проходя по другому пути через коллиматор, падает на объект, голограмму которого регистрируют, далее вновь проходит через еще один коллиматор, отражательный рентгеновский микроскоп, после чего также попадает на кристалл-анализатор, для измерений используется электронно-оптический преобразователь, при этом увеличение трехмерной интерференционной картины осуществляется отражательным рентгеновским микроскопом при регистрации голографического изображения микрорельефа пористой структуры связки абразивного инструмента. Технический результат: увеличение точности измерений, снижение оперативного времени регистрации профиля микрорельефа. 1 ил.

Рентгенопрофилограф, содержащий источник рентгеновского излучения, кристаллический резонатор для получения монохроматического рентгеновского излучения, кристаллические зеркала для разделения и изменения направления распространения рентгеновского излучения, фокусирующие кристаллические системы - коллиматоры, регистрирующую среду - кристалл-анализатор для получения интерференции волн, прошедших различные пути, отличающийся тем, что один из двух полученных пучков рентгеновского излучения, имеющих различные направления, являющийся опорным, направляется системой элементов дифракционной оптики: кристаллическое зеркало, коллиматор непосредственно на регистрирующую среду - кристалл-анализатор, а другой пучок рентгеновского излучения, являющийся объектным, проходя по другому пути через коллиматор, падает на объект, голограмму которого регистрируют, далее вновь проходит через еще один коллиматор, отражательный рентгеновский микроскоп, после чего также попадает на кристалл-анализатор, для измерений используется электронно-оптический преобразователь, при этом увеличение трехмерной интерференционной картины осуществляется отражательным рентгеновским микроскопом при регистрации голографического изображения микрорельефа пористой структуры связки абразивного инструмента.