СКАНИРУЮЩИЙ ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕНТРАТОР ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ Российский патент 2006 года по МПК H05G1/02 

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

Известен лазерный центратор, содержащий корпус, расположенный в нем лазер с двусторонним выходом излучения, оптическая ось выхода излучения которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два отражателя, первый из которых, выполненный из оргстекла, установлен на пересечении оптической оси лазера с осью рентгеновского пучка излучателя с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной плоскости, задаваемой оптической осью выхода излучения лазера с осью рентгеновского пучка, в диапазоне углов 25-65°, а второй установлен с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси поворота первого отражателя, на оптической оси выхода излучения вне проекции на нее выходного окна рентгеновского излучателя, средство индикации фокусного расстояния в виде указателя со шкалой, закрепленной на корпусе центратора, связанного с вторым отражателем, и средство прерывания пучка от второго отражателя, выполненное в виде откидной шторки, установленной до или после второго отражателя [1].

Это устройство не позволяет оценивать размер рентгеновского пучка в плоскости изделия и, кроме того, имеет пониженную точность измерения фокусного расстояния из-за сложностей с совмещением малоразмерных светящихся точек, плохо различимых при больших расстояниях до объекта.

Известен также лазерный центратор, 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, дополнительно снабжен двумя цилиндрическими линзами, установленными на оси излучения лазера, поперек каждого его выходного 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 излучателя, при этом цилиндрические линзы установлены с возможностью вращения вокруг оси лазерного пучка [2].

Недостаток этого центратора - невозможность оценки области объекта, просвечиваемого рентгеновским излучением, а также сложность определения центра этой зоны и определения расстояния от рентгеновского излучателя до объекта в связи с необходимостью вращения цилиндрических линз.

Для устранения этих недостатков в лазерный центратор, 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 перпендикулярно плоскости, задаваемой оптической осью выхода излучения лазера и осью рентгеновского пучка, и средство индикации фокусного расстояния в виде указателя со шкалой, закрепленной на корпусе центратора, цилиндрическую линзу, установленную на оси излучения лазера, поперек его выходного пучка, между вторым торцом лазерного излучателя и вторым отражателем, фокус которой выбирается из соотношения f=h/tgα, где h - радиус лазерного пучка, α - угол излучения рентгеновского излучателя, при этом цилиндрическая линза установлена с возможностью вращения вокруг оси лазерного пучка, дополнительно введены светоделитель, расположенный на оси лазера между первым отражателем и первым торцом лазера под углом 45° к его оси, третий отражатель, расположенный на оси, проведенной из точки пересечения отражающей поверхности светоделителя с осью лазера перпендикулярно этой оси, светоделитель и третий отражатель жестко связаны между собой и установлены на вращающемся фланце, ось которого совпадает с осью лазера и который приводится во вращение с помощью привода, например, фрикционного типа, вращаемого с частотой f≥10 Гц с помощью электродвигателя, закрепленного на корпусе центратора, при этом отражающая поверхность третьего отражателя наклонена под углом β=45°+α/4 к оси лазера, где α - угол излучения рентгеновского излучателя, а расстояние С между центрами светоделителя и третьего отражателя связано с расстоянием В по оси лазера от центра первого отражателя до центра светоделителя соотношением C=(A-B)·tg(α/2), где А - расстояние от фокуса рентгеновского излучателя до центра первого отражателя.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства.

Лазерный центратор содержит рентгеновский излучатель 1, к которому крепится корпус 2 с расположенным в нем лазером 3 с двусторонним выходом излучения, 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 и осью 7 рентгеновского пучка, в диапазоне углов 25-65°, а второй (5) установлен с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси поворота первого отражателя на оптической оси 9 выхода излучения вне проекции на нее выходного окна рентгеновского излучателя, средство индикации фокусного расстояния в виде указателя 10 со шкалой 11, закрепленной на корпусе 2 центратора, связанного с вторым отражателем 5, и средство прерывания пучка от второго отражателя 5, выполненное в виде откидной шторки, установленной до или после второго отражателя.

В центраторе имеется цилиндрическая линза 12, которая установлена на оптической оси лазерного пучка между торцом лазера и отражателем 5 таким образом, что на объекте 6 образуется вертикальная светящаяся полоса. Светоделитель 13 и жестко связанный с ним третий отражатель 14 установлены на оси, перпендикулярной оси лазера, на расстоянии С друг от друга, при этом центр светоделителя, т.е. точка пересечения его отражающей поверхности с осью лазера, расположен на расстоянии В от точки пересечения оси рентгеновского пучка с отражающей поверхностью первого отражателя 4. Отражающая поверхность светоделителя наклонена к оси лазера на 45°, а отражающая поверхность третьего отражателя наклонена к оси лазера под углом 45°+α/4.

Устройство работает следующим образом.

Лазерный луч, выходящий из первого торца лазера 3, после прохождения светоделителя 13 делится на два. Один распространяется вдоль оптической оси лазера и после отражения от первого отражателя формирует на поверхности объекта 6 яркое пятно, совпадающее с точкой пересечения объекта с осью рентгеновского пучка.

Второй луч направляется на жестко связанный со светоделителем 13 третий отражатель 14 и после отражения от него направляется на первый отражатель 4, а после него - на объект 6. В силу закона зеркального отражения после отражения от третьего отражателя, отражающая поверхность которого наклонена под углом β=45°+α/4, этот луч направляется на первый отражатель 4 под углом α/2, равным половине угла излучения рентгеновского излучателя.

Действительно при отклонении нормали к третьему отражателю на угол α/4 относительно направления нормали к отражающей поверхности светоделителя 13 луч, отраженный от него, отклоняется на удвоенное значение этого угла, т.е. на угол α/2 [3].

При этом нормали к отражающим поверхностям светоделителя 13 и третьего отражателя 14 расположены в одной плоскости.

При вращении светоделителя 13 и жестко связанного с ним третьего отражателя 14 относительно оси лазера луч, отраженный от третьего отражателя 14, описывает в пространстве коническую поверхность с углом раствора, равным углу излучения α рентгеновского излучателя. Вершина этого конуса находится на расстоянии A от центра первого отражателя, равном расстоянию от этого центра до фокуса рентгеновской трубки излучателя 1, что обеспечивается подбором величин А, В и С согласно очевидному соотношению С=(А-B)·tg(α/2). В силу этого полый конус лазерных лучей, формируемый при совместном вращении светоделителя 13 и третьего отражателя 14, создает на поверхности объекта 6 святящееся кольцо, диаметр которого равен диаметру зоны, просвечиваемой рентгеновским излучением, а центр этого кольца совпадает с точкой пересечения объекта с осью рентгеновского пучка.

Частота вращения светоделителя и жестко связанного с ним третьего отражателя выбрана из условия получения слитного изображения светящегося кольца с учетом постоянной вращения зрения, равной 0,1 с [3].

Лазерный луч, исходящий из второго торца лазера, преобразуется цилиндрической линзой 12 в плоский расходящийся поток излучения, создающий на поверхности объекта 6 светящуюся полоску, которая перемещается по объекту параллельно самой себе при вращении второго отражателя 5.

В процессе контроля оператор совмещает лазерное пятно в центре светящегося кольца с центром подлежащей просвечиванию зоны объекта и оценивает соответствие диаметра светящегося кольца требуемому размеру зоны контроля. При необходимости изменения размера зоны просвечивания изменяют расстояние от излучателя до объекта. Затем вращением второго отражателя совмещают лазерную полоску, формируемую на объекте цилиндрической линзой, с лазерным пятном в центре светящегося кольца, измеряют расстояние от объекта до рентгеновского излучателя с помощью шкалы с указателем и приступают к процедуре просвечивания объекта.

Литература

1. Патент России 1798935. Лазерный центратор.

2. Патент России 2106619. Лазерный центратор для рентгеновского излучателя.

3. Справочник конструктора оптико-механических приборов, под ред. В.А.Панова. М.: Машиностроение. 1980. 742 с.

Использование: для ориентации излучателя по отношению к объекту. Сущность: заключается в том, что в лазерный центратор дополнительно введены светоделитель, расположенный на оси лазера между первым отражателем и первым торцом лазера, под углом 45° к его оси, третий отражатель, расположенный на оси, проведенной из точки пересечения отражающей поверхности светоделителя с осью лазера перпендикулярно этой оси, светоделитель и третий отражатель жестко связаны между собой и установлены на вращающемся фланце, ось которого совпадает с осью лазера и который приводится во вращение с помощью привода, например, фрикционного типа, вращаемого с частотой f≥10 Гц с помощью электродвигателя, закрепленного на корпусе центратора, при этом отражающая поверхность третьего отражателя наклонена под углом β=45°+α/4 к оси лазера, где α - угол излучения рентгеновского излучателя, а расстояние С между центрами светоделителя и третьего отражателя связано с расстоянием В по оси лазера от центра первого отражателя до центра светоделителя соотношением C=(A-B)·tg(α/2), где А - расстояние от фокуса рентгеновского излучателя до центра первого отражателя. Технический результат: возможность оценки области объекта, просвечиваемого рентгеновским излучением, а также возможность определения центра данной области и, кроме того, упрощение определения расстояния от рентгеновского излучателя до объекта. 1 ил.

Лазерный центратор, 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 и осью рентгеновского пучка, и средство индикации фокусного расстояния в виде указателя со шкалой, закрепленной на корпусе центратора, цилиндрическую линзу, установленную на оси излучения лазера поперек его выходного пучка между вторым торцом лазерного излучателя и вторым отражателем, фокус которой выбирается из соотношения f=h/tgα, где h - радиус лазерного пучка, α - угол излучения рентгеновского излучателя, при этом цилиндрическая линза установлена с возможностью вращения вокруг оси лазерного пучка, отличающийся тем, что в него дополнительно введены светоделитель, расположенный на оси лазера между первым отражателем и первым торцом лазера под углом 45° к его оси, третий отражатель, расположенный на оси, проведенной из точки пересечения отражающей поверхности светоделителя с осью лазера перпендикулярно этой оси, светоделитель и третий отражатель жестко связаны между собой и установлены на вращающемся фланце, ось которого совпадает с осью лазера и который приводится во вращение с помощью привода, например, фрикционного типа, вращаемого с частотой f≥10 Гц с помощью электродвигателя, закрепленного на корпусе центратора, при этом отражающая поверхность третьего отражателя наклонена под углом β=45°+α/4 к оси лазера, где α - угол излучения рентгеновского излучателя, а расстояние С между центрами светоделителя и третьего отражателя связано с расстоянием В по оси лазера от центра первого отражателя до центра светоделителя соотношением C=(A-B)·tg(α/2), где А - расстояние от фокуса рентгеновского излучателя до центра первого отражателя.