ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕНТРАТОР ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ Российский патент 2007 года по МПК H05G1/00 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля объектов с использованием рентгеновского излучения. Известен центр для рентгеновского излучателя, который заключает в себя лазер, два зеркала, первое зеркало установлено на пересечении оптических осей лазерного и рентгеновского пучков и направляет на объект лазерные пучки, концентричные рентгеновским пучкам, линейную шкалу, телескоп для расширения и коллимации лазерного излучения, позволяющий сформировать посредством зеркал и объектива действительное изображение светящегося диска, телевизионную систему. Особенностью устройства является кольцевая матрица лазеров, расположенная в задней фокальной плоскости объектива, причем диаметр окружности расположения лазеров матрицы задан определенным соотношением. Техническим результатом изобретения является возможность оценивать размеры исследуемой зоны объекта [1].

Недостаток данного устройства - малый контраст лазерного пятна на объекте в условиях солнечной засветки, субъективность процесса измерения, невысокая точность определения расстояния от объекта до рентгеновского излучателя, зависящая от величины этого расстояния.

Цель изобретения - устранение этих недостатков.

Лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий корпус с расположенным в нем лазером, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два зеркала, первое из которых выполнено из оргстекла и установлено на пересечении оптических осей лазерного и рентгеновского пучков перпендикулярно образуемой ими плоскости и направляющее на объект лазерные пучки, концентричные оси рентгеновского пучка, второе зеркало, выполненное полупрозрачным и установленное на оси лазера между ним и первым зеркалом перпендикулярно плоскости, образованной осями рентгеновского и лазерного пучков, телевизионную систему, состоящую из ПЗС-матрицы и видеомонитора, ось объектива ПЗС-матрицы проходит через точку пересечения второго зеркала с осью лазера перпендикулярно к ней и кольцевую матрицу лазеров, установленную симметрично относительно оси лазера перпендикулярно к ней между лазером и вторым зеркалом, отличающийся тем, в него дополнительно введен узкополосный светофильтр, полоса пропускания которого совпадает с длиной волны излучения лазера, установленный перед объективом телевизионной системы, для измерения расстояния от объектива до рентгеновского излучателя использован лазерный дальномер, установленный в корпусе центратора, луч которого распространяется с помощью первого зеркала в направлении, совпадающем с осью рентгеновского пучка, и формирует на объекте лазерное пятно, положение которого совпадает с точкой пересечения объекта с осью рентгеновского пучка, оси лазеров кольцевой матрицы в плоскостях, образованных осями лазеров и осью лазера дальнометрической системы, наклонены к оси лазера дальномера под углами α/2, где α - угол излучения рентгеновского излучателя, сходятся в одной точке на расстоянии В от корпуса матрицы на оси лазера дальномера, расположенной на расстоянии А от точки пересечения первого зеркала с осью рентгеновского пучка, равном расстоянию от этой точки до фокуса рентгеновской трубки по оси рентгеновского пучка, и после отражения от первого зеркала распространяются в виде конического пучка из N лучей, где N - число лазеров кольцевой матрицы, формирующих на поверхности объекта кольцевую структуру из N пятен, симметричную относительно центрального пятна, формируемого на объекте лазером дальномера, причем диаметр этой структуры совпадает с размером зоны объекта, просвечиваемой рентгеновским излучением.

Изобретение поясняется фиг.1 и 2, на которых изображены общая схема устройства (фиг.1) и конструкция кольцевой матрицы лазеров (фиг.2), а также вид поля зрения телевизионной системы (фиг.3).

Лазерный центратор содержит корпус 2 и устройство обработки сигнала и индикации расстояния от рентгеновского излучателя до объекта 13, причем ось лазера 7 параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, первое зеркало 3 из оргстекла, установленное на пересечении осей лазера 7 и оси симметрии рентгеновского пучка перпендикулярно образуемой ими плоскости под углом 45° к оси лазера и направляющее на объект 13 луч лазера 7 в направлении, совпадающем с осью симметрии рентгеновского пучка.

На оси лазера 7 между ним и первым зеркалом 3 установлено второе зеркало 4, выполненное полупрозрачным и расположенное перпендикулярно плоскости, образованной осями рентгеновского пучка и лазера 7. Между вторым зеркалом 4 и лазером 7 расположена кольцевая матрица лазера 5.

Лазеры матрицы расположены симметрично относительно оси лазера 7 на окружности диаметра d, а их оси в плоскостях, образованных осью лазера 7 и осями лазеров матрицы, наклонены к оси лазера 7 на углы α/2, где α - угол расхождения пучка рентгеновского излучателя.

Лучи лазеров кольцевой матрицы 5 пересекаются с осью лазера 7 в одной точке, расположенной на расстоянии В от корпуса кольцевой матрицы лазеров и на расстоянии А от точки пересечения оси лазера 7 с первым зеркалом 3, равном расстоянию от этой точки до фокуса рентгеновского излучателя 1.

На оси, проведенной из точки пересечения второго зеркала 4 с осью лазера 7 перпендикулярно оси этого лазера, расположены последовательно светофильтр 9 и телевизионная система, состоящая из объектива 10, ПЗС-матрицы 11 и видеомонитора 12 для визуализации телевизионных изображений.

На фиг.2 представлена конструктивная схема кольцевой матрицы лазеров 5. Она состоит из корпуса 14, в котором выполнен ряд отверстий под углами α/2 к оси симметрии корпуса 14. Отверстия диаметром d_л расположены в корпусе 14 симметрично под углами ϕ=360°/N, где N - число лазеров матрицы. В корпусе 14 выполнено также центральное отверстие диаметром d≥d₀ для прохождения луча лазера 7 диаметром d₀. В отверстиях корпуса 14 располагаются N лазеров диаметром d_л, лучи которых, в силу симметрии конструкции матрицы, пересекаются с осью симметрии корпуса 14 в одной точке, расположенной на расстоянии где d_м - диаметр, на котором расположены центры выходов отверстий в корпусе 14.

В свою очередь он определяется из соотношения где Δ=(0,1-0,2), d_л - технологический зазор между корпусами лазеров. Толщина Н корпуса 14 определяется очевидным соотношением Н≥1, где l - длина лазеров. Внешний диаметр D корпуса 14 отвечает соотношению D≥d_м+2H·tg(α/2)+t, где t≅0,1D - технологический параметр.

Фокусное расстояние f′ объектива телевизионной системы выбирается с учетом соотношения f′≤K/2·tg(α/2), где К - размер ПЗС-матрицы, т.к. угол поля зрения телевизионной системы должен быть равен или больше угла расхождения рентгеновского пучка.

Устройство работает следующим образом. Оператор наблюдает на экране видеомонитора кольцевую структуру лазерных пятен (фиг.3) на объекте, совмещает ее с нужной зоной контроля и производит измерение расстояния от рентгеновского излучателя до объекта с помощью лазерного дальномера 6.

Затем производится радиографический контроль объекта.

Наличие узкополосного фильтра на объективе телевизионной системы позволяет существенно снизить падение контраста лазерных пятен на объекте при солнечной засветке. Существенно, что измерение расстояния до объекта производится автоматически, исключая субъективные факторы.

В макете устройства нами использованы портативные - лазерные дальномеры фирмы Leicu (Австрия), модель "Disto". Мощность лазера дальномера 5 мВт, длина волны λ=0,63 мкм (красный цвет). Погрешность измерения ±1 мм в диапазоне расстояния L=0,5-20 м.

В кольцевой матрице использованы восемь полупроводниковых лазеров с длиной волны излучения λ=0,63 мкм и мощностью 5 мВт. Опытным путем установлено, что число лазеров N=8 достаточно для четкого определения зоны просвечивания объекта рентгеновским излучением.

Одинаковая мощность излучения лазеров кольцевой матрицы и лазера дальномера обеспечивает одинаковую яркость их изображений на объекте.

Высокая точность измерений во всем диапазоне расстояний от объекта до рентгеновского излучателя - решающее преимущество данного устройства перед прототипом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент РФ №2237984. Лазерный центратор.

2. Проспект фирмы Leicu (Австрия). Лазерный дальномер "Disto".

Использование: для ориентации рентгеновского излучателя по отношению к объекту. Сущность: заключается в том, что в него дополнительно введен узкополосный светофильтр, полоса пропускания которого совпадает с длиной волны излучения лазера, установленный перед объективом телевизионной системы, для измерения расстояния от объекта до рентгеновского излучателя использован лазерный дальномер, установленный в корпусе центратора, луч которого распространяется с помощью первого зеркала в направлении, совпадающем с осью рентгеновского пучка, и формирует на объекте лазерное пятно, положение которого совпадает с точкой пересечения объекта с осью рентгеновского пучка, оси лазеров кольцевой матрицы в плоскостях, образованных осями лазеров и осью лазера дальнометрической системы, наклонены к оси лазера дальномера под углами α/2, где α - угол излучения рентгеновского излучателя, сходятся в одной точке на расстоянии В от корпуса матрицы на оси лазера дальномера, расположенной на расстоянии А от точки пересечения первого зеркала с осью рентгеновского пучка, равного расстоянию от этой точки до фокуса рентгеновской трубки по оси рентгеновского пучка, и после отражения от первого зеркала распространяются в виде конического пучка из N лучей, где N - число лазеров кольцевой матрицы, формирующих на поверхности объекта кольцевую структуру из N пятен, симметричную относительно центрального пятна, формируемого на объекте лазером дальномера, причем диаметр этой структуры совпадает с размером зоны объекта, просвечиваемой рентгеновским излучением. Технический результат: повышение контраста лазерного пятна на объекте в условиях солнечной засветки, а также повышение точности определения расстояния от объекта до рентгеновского излучателя. 3 ил.

Лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий корпус с расположенным в нем лазером, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два зеркала, первое из которых выполнено из оргстекла и установлено на пересечении оптических осей лазерного и рентгеновского пучков перпендикулярно образуемой ими плоскости и направляющее на объект лазерные пучки, концентричные оси рентгеновского пучка, второе зеркало, выполненное полупрозрачным и установленное на оси лазера между ним и первым зеркалом перпендикулярно плоскости, образованной осями рентгеновского и лазерного пучков, телевизионную систему, состоящую из ПЗС-матрицы и видеомонитора, ось объектива ПЗС-матрицы проходит через точку пересечения второго зеркала с осью лазера перпендикулярно к ней и кольцевую матрицу лазеров, установленную симметрично относительно оси лазера перпендикулярно к ней между лазером и вторым зеркалом, отличающийся тем, что в него дополнительно введен узкополосный светофильтр, полоса пропускания которого совпадает с длиной волны излучения лазера, установленный перед объективом телевизионной системы, для измерения расстояния от объекта до рентгеновского излучателя использован лазерный дальномер, установленный в корпусе центратора луч которого распространяется с помощью первого зеркала в направлении, совпадающем с осью рентгеновского пучка, и формирует на объекте лазерное пятно, положение которого совпадает с точкой пересечения объекта с осью рентгеновского пучка, оси лазеров кольцевой матрицы в плоскостях, образованных осями лазеров и осью лазера дальнометрической системы, наклонены к оси лазера дальномера под углами α/2, где α - угол излучения рентгеновского излучателя, сходятся в одной точке на расстоянии В от корпуса матрицы на оси лазера дальномера, расположенной на расстоянии А от точки пересечения первого зеркала с осью рентгеновского пучка, равного расстоянию от этой точки до фокуса рентгеновской трубки по оси рентгеновского пучка и после отражения от первого зеркала распространяются в виде конического пучка из N лучей, где N - число лазеров кольцевой матрицы, формирующих на поверхности объекта кольцевую структуру из N пятен, симметричную относительно центрального пятна, формируемого на объекте лазером дальномера, причем диаметр этой структуры совпадает с размером зоны объекта, просвечиваемой рентгеновским излучением.