ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕНТРАТОР ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ Российский патент 2008 года по МПК H05G1/00 

Изобретение относится к неразрушающему контролю с помощью рентгеновского излучения и может быть использовано для контроля материалов и изделий в машиностроении, авиакосмической и оборонной технике, например сотовых панелей и т.п. объектов.

Известен центратор для рентгеновского излучателя, содержащий корпус рентгеновского излучателя, в котором размещен лазер, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, зеркало из оргстекла, установленное на пересечении осей рентгеновского и лазерного пучков перпендикулярно образованной ими плоскости и направляющее на объект лазерный луч, совпадающий с осью симметрии рентгеновского пучка и формирующий на объекте изображение яркой точки, определяющей центр зоны просвечивания объекта рентгеновским излучением, ультразвуковой дальномер, ось пучка излучения которого параллельна оси рентгеновского пучка, а базовая плоскость его корпуса, от которой ведется отсчет расстояния до объекта, совмещена с плоскостью, проходящей через продольную ось рентгеновского излучателя перпендикулярно плоскости, образованной этой осью и осью рентгеновского пучка, цифровая камера, оптическая ось которой параллельна оси рентгеновского пучка и расположена на расстоянии Δ от нее, угол поля зрения фотокамеры определяется соотношением

где F - расстояние от рентгеновского излучателя до объекта, α - угол излучения рентгеновского пучка.

Объектив с диаметром D и фокусным расстоянием f, оптическая ось которого совпадает с оптической осью центрального лазера, при этом передний фокус его находится на расстоянии от точки пересечения осей лазерного и рентгеновского пучков, равном расстоянию А от фокуса рентгеновского пучка до точки пересечения осей лазерного и рентгеновского пучков, кольцевая матрица полупроводниковых микролазеров с диаметром d, установленная перед объективом со стороны его заднего фокуса, ось симметрии матрицы совпадает с осью центрального лазера, оси полупроводниковых микролазеров параллельны этой оси и друг другу, диаметр матрицы d выбирается из условия d≤D, а фокусное расстояние объектива f отвечает соотношению f=d/2·tgα, что обеспечивает формирование на объекте кольцевой структуры лазерных точек, диаметр которой соответствует размеру просвечиваемой рентгеновским излучением зоны объекта [1].

Недостаток центратора - невозможность оценки соотношения размеров зоны, просвечиваемой пучком рентгеновским, и кассеты с рентгеновской пленкой, накладываемой на объект, что приводит к необходимости пробных снимков, а, следовательно, потери дорогостоящей серебросодержащей пленки и снижению производительности радиографического контроля.

Цель изобретения - устранение этого недостатка.

Для этого в лазерный центратор рентгеновского излучателя, содержащий корпус рентгеновского излучателя, лазер, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, зеркало из оргстекла, установленное на пересечения осей рентгеновского и лазерного пучков перпендикулярно образованной ими плоскости и направляющее на объект лазерный луч, совпадающий с осью симметрии рентгеновского пучка, формирующий на объекте изображение яркой точки, определяющей центр зоны просвечивания объекта рентгеновским излучением, ультразвуковой дальномер, ось пучка излучения которого параллельна оси рентгеновского пучка, а базовая плоскость его корпуса, от которой ведется отсчет расстояния до объекта, совмещена с плоскостью, проходящей через продольную ось рентгеновского излучателя перпендикулярно плоскости, образованной этой осью и осью рентгеновского пучка, цифровая фотокамера, оптическая ось которой параллельна оси рентгеновского пучка и расположена на расстоянии Δ от нее, угол поля зрения фотокамеры определяется соотношением

где F - расстояние от рентгеновского излучателя до объекта, α - угол излучения рентгеновского пучка, объектив с диаметром D' и с фокусным расстоянием f, оптическая ось которого совпадает с оптической осью лазера, при этом передний фокус его находится на расстоянии от точки пересечения осей лазерного и рентгеновского пучков, равном расстоянию А от фокуса рентгеновского излучателя по оси рентгеновского пучка до точки пересечения осей лазерного и рентгеновского пучков, кольцевая матрица полупроводниковых микролазеров с диаметром d, установленная перед объективом со стороны его заднего фокуса, ось симметрии матрицы совпадает с осью лазера, оси полупроводниковых микролазеров параллельны этой оси и друг другу, диаметр матрицы d выбирается из условия d≤D', а фокусное расстояние объектива f отвечает соотношению f=d/2tgα, что обеспечивает формирование на объекте кольцевой структуры лазерных точек, диаметр которой соответствует размеру просвечиваемой рентгеновским излучением зоны объекта, дополнительно введены четыре идентичных микролазера, оптические оси которых параллельны друг другу и оси рентгеновского пучка и равноудалены от нее, оптические оси двух микролазеров находятся в плоскостях, параллельных плоскости, образованной осью рентгеновского пучка и продольной осью рентгеновского излучателя, а оси двух других микролазеров в плоскостях, параллельных плоскости, перпендикулярной плоскости, задаваемой продольной осью рентгеновского излучателя и осью рентгеновского пучка, микролазеры расположены симметрично относительно оси рентгеновского пучка на расстояниях от нее в плоскости, перпендикулярной оси рентгеновского пучка, где В - сторона листа радиографической пленки квадратного сечения, перед микролазерами на их оптических осях установлены идентичные цилиндрические линзы с фокусными расстояниями f'=d_л/2tg(α/2), где d_л - диаметр лазерного пучка, α - угол расхождения рентгеновского пучка, линзы ориентированы таким образом, что каждая из них формирует плоский расходящийся пучок света, распространяющийся в плоскости, в которой расположена оптическая ось соответствующего микролазера, с помощью цилиндрических линз на объекте формируются изображения лазерных полосок, каждая из которой ортогональна по отношению к соседней, длина полосок определяется соотношением L=F·tg(α/2), где F - расстояние от объекта до рентгеновского излучателя, а расстояние между параллельными полосками, равное D=2R, не зависит от этого расстояния, при расстоянии от объекта до рентгеновского излучателя F=F_оптим=Dtg(α/2) полоски образуют квадрат с диагональю D=2R, в который вписано изображение кольцевой структуры микролазеров, диаметр которой D_л, соответствующий диаметру сечения рентгеновского пучка, равен в этот момент диагонали пленки D_F, что обеспечивает необходимое и достаточное условие оптимального, полного использования поверхности радиографической пленки.

Изобретение поясняется чертежами 1, 2, 3, на которых представлена общая схема устройства (фиг.1), оптическая схема, поясняющая расчетные соотношения (фиг.2), и картины лазерных изображений на объекте при различных расстояниях до него (фиг.3).

Центратор содержит корпус рентгеновского излучателя 1, на котором закреплены ультразвуковой дальномер 2, лазер 9, ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, цифровая фотокамера 3, зеркало 4 из оргстекла, установленное в точке пересечения осей рентгеновского излучателя и лазера, объектив 5 с диаметром D' и фокусным расстоянием f, оптическая ось которого совпадает с оптической осью лазера 9 и осью симметрии кольцевой матрицы 6 полупроводниковых микролазеров, причем передний фокус этого объектива находится от точки пересечения осей рентгеновского и лазерного пучков на расстоянии, равном расстоянию от фокуса рентгеновского излучателя до этой точки по оси рентгеновского пучка. Перед дополнительным объективом на его оптической оси со стороны заднего фокуса расположена кольцевая матрица 6 полупроводниковых микролазеров диаметром d. Оптические оси микролазеров параллельны друг другу и оптической оси объектива, поэтому после объектива они фокусируются в переднем фокусе дополнительного объектива и затем распространяются, после отражения от зеркала 4 в виде веера лучей, расположенных на поверхности конуса с углом при вершине α, равным углу излучения рентгеновского пучка. Поэтому на поверхности объекта 7 формируется кольцевое структурное смещение точек, диаметр которых равен диаметру зоны, просвечиваемой рентгеновским пучком, а центр зоны подсвечивается лазером 9.

В корпусе на конструктивном элементе 10, выполненном, например, в виде квадратной рамы соответствующего размера, расположены четыре идентичных микролазера 11, перед которыми расположены четыре одинаковых цилиндрических линзы 12.

Расстояния между лазерами в плоскости, перпендикулярной оси рентгеновского пучка, равны , где В - сторона листа пленки квадратного сечения. Оптические оси микролазеров 11 параллельны друг другу и оси рентгеновского пучка и распространяются в плоскостях, попарно параллельных и перпендикулярных друг другу и образующих поверхность прямоугольной призмы квадратного сечения.

Схема расположения микролазеров 11 и цилиндрических линз 12 показана на фиг.2.

Устройство работает следующим образом.

Перемещая рентгеновский излучатель относительно объекта, ориентируют его таким образом, чтобы просвечиваемая зона объекта совпала с предназначенным для радиационного контроля участком изделия. Анализируя форму у кольцевой структуры, контролируют перпендикулярность плоскости объекта оси рентгеновского пучка, в этом случае структура имеет форму круга в отличие от эллиптической формы, наблюдаемой при неперпендикулярности объекта оси пучка.

Затем производится измерение расстояния от рентгеновского излучателя до объектов с помощью ультразвукового дальномера и фотографирование контролируемого участка объекта цифровой фотокамерой.

Перемещая рентгеновский излучатель относительно объекта по оси рентгеновского пучка, добиваются момента, при котором полоски образуют квадрат, в который вписано изображение кольцевой лазерной структуры.

При этом диаметр этой структуры D, равный диаметру сечения рентгеновского пучка на объекте, равен диагонали радиографической пленки, т.е. D_л=D_F и происходит экспонирование всей поверхности радиографической пленки, т.е. оптимальное ее использование.

На фиг.3 показаны изображения на объекте полосок и кольцевой структуры микролазеров для различных расстояний F от объекта до рентгеновского излучателя. Очевидно, что только при F=F_оптим=D/tg(α/2), когда D_л=D, происходит оптимальное использование пленки (фиг.3б). При F<F_опт рентгеновский пучок облучает только центральную часть пленки (фиг.3а). При F>F_опт (фиг.3в) часть рентгеновского пучка расходуется впустую.

После этого включается рентгеновский излучатель и производится экспонирование рентгеновский пленки 8, размещенной на противоположной от излучателя поверхности объекта 7 в зоне его просвечивания рентгеновским излучением.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент РФ №2263421. Лазерный центратор для рентгеновского излучателя.

Использование для ориентации рентгеновского излучателя по отношению к объекту. Сущность заключается в том, что в лазерный центратор дополнительно введены четыре идентичных микролазера, оптические оси которых параллельны друг другу и оси рентгеновского пучка и равноудалены от нее, оптические оси двух микролазеров находятся в плоскостях, параллельных плоскости, образованной осью рентгеновского пучка и продольной осью рентгеновского излучателя, а оси двух других микролазеров в плоскостях, параллельных плоскости, перпендикулярной плоскости, задаваемой продольной осью рентгеновского излучателя и осью рентгеновского пучка, микролазеры расположены симметрично относительно оси рентгеновского пучка на расстояниях от нее в плоскости, перпендикулярной оси рентгеновского пучка, где В - сторона листа радиографической пленки квадратного сечения, перед микролазерами на их оптических осях установлены идентичные цилиндрические линзы с фокусными расстояниями f'=d_л/2tg(α/2), где d_л - диаметр лазерного пучка, α - угол расхождения рентгеновского пучка, линзы ориентированы таким образом, что каждая из них формирует плоский расходящийся пучок света, распространяющийся в плоскости, в которой расположена оптическая ось соответствующего микролазера, с помощью цилиндрических линз на объекте формируются изображения лазерных полосок, каждая из которой ортогональна по отношению к соседней. Технический результат - повышение производительности радиографического контроля. 3 ил.

Лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий корпус рентгеновского излучателя, лазер, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, зеркало из оргстекла, установленное на пересечения осей рентгеновского и лазерного пучков перпендикулярно образованной ими плоскости и направляющее на объект лазерный луч, совпадающий с осью симметрии рентгеновского пучка, формирующий на объекте изображение яркой точки, определяющей центр зоны просвечивания объекта рентгеновским излучением, ультразвуковой дальномер, ось пучка излучения которого параллельна оси рентгеновского пучка, а базовая плоскость его корпуса, от которой ведется отсчет расстояния до объекта, совмещена с плоскостью, проходящей через продольную ось рентгеновского излучателя перпендикулярно плоскости, образованной этой осью и осью рентгеновского пучка, цифровая фотокамера, оптическая ось которой параллельна оси рентгеновского пучка и расположена на расстоянии А от нее, угол поля зрения фотокамеры определяется соотношением где F - расстояние от рентгеновского излучателя до объекта, α - угол излучения рентгеновского пучка, объектив с диаметром D' и с фокусным расстоянием f, оптическая ось которого совпадает с оптической осью лазера, при этом передний фокус его находится на расстоянии от точки пересечения осей лазерного и рентгеновского пучков, равном расстоянию А от фокуса рентгеновского излучателя по оси рентгеновского пучка до точки пересечения осей лазерного и рентгеновского пучков, кольцевая матрица полупроводниковых микролазеров с диаметром d, установленная перед объективом со стороны его заднего фокуса, ось симметрии матрицы совпадает с осью лазера, оси полупроводниковых микролазеров параллельны этой оси и друг другу, диаметр матрицы d выбирается из условия d≤D', а фокусное расстояние объектива f отвечает соотношению f=d/2tgα, что обеспечивает формирование на объекте кольцевой структуры лазерных точек, диаметр которой соответствует размеру просвечиваемой рентгеновским излучением зоны объекта, дополнительно введены четыре идентичных микролазера, оптические оси которых параллельны друг другу и оси рентгеновского пучка и равноудалены от нее, оптические оси двух микролазеров находятся в плоскостях, параллельных плоскости, образованной осью рентгеновского пучка и продольной осью рентгеновского излучателя, а оси двух других микролазеров в плоскостях, параллельных плоскости, перпендикулярной плоскости, задаваемой продольной осью рентгеновского излучателя и осью рентгеновского пучка, микролазеры расположены симметрично относительно оси рентгеновского пучка на расстояниях от нее в плоскости, перпендикулярной оси рентгеновского пучка, где В - сторона листа радиографической пленки квадратного сечения, перед микролазерами на их оптических осях установлены идентичные цилиндрические линзы с фокусными расстояниями f'=d_л/2tg(α/2), где d_л - диаметр лазерного пучка, α - угол расхождения рентгеновского пучка, линзы ориентированы таким образом, что каждая из них формирует плоский расходящийся пучок света, распространяющийся в плоскости, в которой расположена оптическая ось соответствующего микролазера, с помощью цилиндрических линз на объекте формируются изображения лазерных полосок, каждая из которой ортогональна по отношению к соседней, длина полосок определяется соотношением L=F·tg(α/2), где F - расстояние от объекта до рентгеновского излучателя, а расстояние между параллельными полосками, равное D=2R, не зависит от этого расстояния, при расстоянии от объекта до рентгеновского излучателя F=F_оптим=Dtg(α/2) полоски образуют квадрат с диагональю D=2R, в который вписано изображение кольцевой структуры микролазеров, диаметр которой D_л, соответствующий диаметру сечения рентгеновского пучка, равен в этот момент диагонали пленки D_F, что обеспечивает необходимое и достаточное условие оптимального, полного использования поверхности радиографической пленки.