ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕНТРАТОР ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК H05G1/00 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля объектов с использованием рентгеновского излучения.

Известен 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 рентгеновских 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 и перпендикулярно к ней между лазером и вторым зеркалом, узкополосный светофильтр, полоса пропускания которого совпадает с длиной волны излучения лазера, установленный перед объективом телевизионной системы, для измерения расстояния 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 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 лазера и дальномера, причем диаметр этой структуры совпадает с размером зоны объекта, просвечиваемой рентгеновским излучением [1].

Недостаток известного центратора - невозможность оценки размера облучаемого рентгеновским пучком участка поверхности рентгеновской пленки в кассете, располагаемой на объекте, и его сопоставления с размером зоны объекта, просвечиваемой рентгеновским излучением на конкретных различных расстояниях от объекта до рентгеновского излучателя.

Цель изобретения - устранение этих недостатков.

Для этого в лазерный центратор дополнительно введена рама квадратного сечения и размером стороны А, располагаемая симметрично относительно оси рентгеновского пучка и перпендикулярно к ней, на раме в центрах ее сторон установлены идентичные микролазеры, оси которых параллельны друг другу и оси рентгеновского пучка, перед микролазерами установлены одинаковые цилиндрические линзы, ориентированные относительно их осей таким образом, что формируемые или плоские расходящиеся пучки света распространяются в плоскостях, проходящих через соответствующую сторону рамы, параллельны оси рентгеновского пучка и формируют на поверхности объекта четыре взаимно перпендикулярные световые полоски, расстояние между которыми остается постоянным при любых расстояниях от объекта до рентгеновского излучателя и равно размеру стороны рамы А, а длина L линейно зависит от этого расстояния согласно выражению

где D - расстояние от объекта до рентгеновского излучателя,

- угол расхождения плоских лазерных пучков, формируемых цилиндрическими линзами, d - диаметр лазерного пучка, f - фокусное расстояние цилиндрических линз, при этом размер стороны рамы выбирается равным стороне кассеты с рентгеновской пленкой, используемой при радиографическом контроле, а угол α выбирается с учетом соотношения

Изобретение поясняется на чертежах, на которых изображены общая схема устройства (фиг.1, а и б), оптическая схема, поясняющая принцип его действия (фиг.2), и вид изображения лазерных фигур на поверхности объекта при различных расстояниях от него до рентгеновского излучателя (фиг.3, а, б и в).

Лазерный центратор содержит корпус 2, в котором расположены лазерный дальномер 6 с лазером 7, ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя 1, первое зеркало 3 из оргстекла, установленное на пересечении осей лазера 7 и рентгеновского пучка, второе зеркало 4, выполненное полупрозрачным и расположенное перпендикулярно плоскости, образованной осями рентгеновского пучка и лазера 7, между ним и первым зеркалом 3, кольцевая матрица лазеров 5, установленная на оси лазера 7 между ним и вторым зеркалом 4, и телевизионная система, состоящая из объектива 10 со светофильтром 9, ПЗС-матрицы 11 и видеомонитора 12 для визуализации телевизионных изображений объекта 13. Лазеры матрицы 5, расположенные симметрично относительно оси лазера 7, наклонены к ней под углами α/2, где α - угол расхождения рентгеновского пучка. Их оси пересекают ось лазера 7 в точке пересечения первого зеркала 3 с осью рентгеновского пучка.

Плоскость рамы перпендикулярна оси рентгеновского пучка. Лазеры 15 установлены на раме 14 вне зоны распространения рентгеновского излучения.

Цилиндрические линзы 16 устанавливают перед лазерами 15 таким образом, что формируемые ими плоские расходящиеся пучки света с углами, равными

где d - диаметр пучков микролазеров 15, f' - фокусное расстояние линз 16, распространяются в плоскостях, проходящих через соответствующую сторону рамы 14 параллельно оси рентгеновского пучка. Эти пучки создают на объекте изображения четырех взаимно ортогональных полосок, расстояние между которыми не изменяется при изменении расстояния от объекта до рентгеновского излучателя, а длина L линейно зависит от этого расстояния.

Лазерный центратор работает следующим образом.

Оператор наводит рентгеновский излучатель на нужную зону поверхности объекта. Наблюдает за соотношением диаметра кольцевой структуры лазерных пятен, формируемых матрицей 5, и размерами лазерных полосок, формируемых микролазерами, установленными на раме. Изменяют расстояние от объекта до рентгеновского излучателя, добиваясь получения слитного контура квадратного сечения, вписанного в кольцевую структуру лазерных пятен. Затем измеряют с помощью лазерного дальномера расстояние от рентгеновского излучателя до объекта и приступают непосредственно к радиографированию.

Схема фиг.2 поясняет принцип действия устройства. Диаметр кругового сечения конического расходящегося пучка рентгеновского излучения линейно зависит от расстояния D от объекта до рентгеновского излучателя согласно очевидному соотношению (см., ΔOCD)

Поэтому при изменении расстояния D меняется соотношение между диаметром рентгеновского пучка В в поперечном его сечении и размером пленки А×А. Очевидно, что для оптимального использования информационного потенциала рентгеновской пленки ее поверхность должна быть полностью засвечена рентгеновским пучком. Однако при этом диаметр сечения этого пучка должен быть по возможности минимизирован для рационального использования энергии рентгеновского пучка. Оптимальным является случай, когда диаметр сечения рентгеновского пучка равен диагонали пленки в квадратной кассете размером А×А, т.е. при этом Этого необходимо и достаточно для полной засветки пленки, с одной стороны, и максимального использования энергии рентгеновского пучка, с другой. Понятно, что при этом L=A, т.е. длина полосок равна стороне кассеты.

Для оперативной оценки соотношения диаметра сечения рентгеновского пучка при конкретном расстоянии от объекта до рентгеновского излучателя и размера пленки в данном изображении предлагается выбрать угол расхождения β плоских лазерных пучков, формируемых микролазером и цилиндрическими линзами, с учетом угла расхождения рентгеновского пучка α.

Для этого угол β выбирается таким образом, чтобы достигалось указанное выше оптимальное соотношение между диаметром сечения рентгеновского пучка В и размерами пленки, т.е. На объекте лазерные полоски от микролазеров, установленных на раме, образуют слитный контур квадратного сечения с размерами сторон А, который вписан в окружность диаметром формируемой лазерами кольцевой матрицы 5.

Очевидно, что для конкретного значения угла α это может иметь место только при одном значении расстояния от объекта до рентгеновского излучателя D, когда L=A.

Действительно, при имеем равенство

откуда

С другой стороны, при этом длина каждой из лазерных полосок, формируемых микролазерами 15 и линзами 16, равна

Приравнивая правые части этих выражений, получаем

или

При значениях расстояний D<D_O лазерные полоски образуют не полностью слитный контур квадрата (фиг.3, а), а при D>D_O - длина полоски превышает размер слитного контура (фиг.3, в).

Это позволяет быстро оценить соотношение между размерами пленки и сечения рентгеновского пучка и внести необходимую коррекцию в процедуру контроля, например изменять расстояния до достижения полного слияния лазерных полосок в квадратный контур, вписанный в окружность, диаметр которой равен сечению рентгеновского пучка.

Литература

1. Патент РФ N 2293453.

Использование: для ориентации рентгеновского излучателя по отношению к объекту. Сущность: заключается в том, что лазерный центратор для рентгеновского излучателя содержит рентгеновский излучатель, лазер, два зеркала, телевизионную систему, кольцевую матрицу лазеров, лазерный дальномер, при этом в лазерный центратор дополнительно введена рама квадратного сечения, располагаемая симметрично относительно оси рентгеновского пучка перпендикулярно к ней, на раме в центрах ее сторон установлены идентичные микролазеры, оси которых параллельны друг другу и оси рентгеновского пучка, перед микролазерами установлены одинаковые цилиндрические линзы, ориентированные относительно их осей таким образом, что формируемые ими плоские расходящиеся пучки света распространяются в плоскостях, проходящих через соответствующую сторону рамы параллельно оси рентгеновского пучка, и формируют на поверхности объекта четыре взаимно перпендикулярные световые полоски, расстояние между которыми остается постоянным при любых расстояниях от объекта до рентгеновского излучателя и равно размеру стороны рамы, а длина линейно зависит от этого расстояния согласно заданному выражению, при этом размер стороны рамы выбирается равным стороне кассеты с рентгеновской пленкой, используемой при радиографическом контроле. Технический результат: обеспечение дополнительной возможности оценки размера облучаемого рентгеновским пучком участка поверхности рентгеновской пленки в кассете, располагаемой на объекте, и его сопоставления с размером зоны объекта, просвечиваемой рентгеновским излучением на конкретных различных расстояниях 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 рентгеновских 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, 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, 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 лазера и дальномера, причем диаметр этой структуры совпадает с размером зоны объекта, просвечиваемой рентгеновским излучением, отличающийся тем, что в него дополнительно введена рама квадратного сечения и размером сторон А, располагаемая симметрично относительно оси рентгеновского пучка перпендикулярно к ней, на раме в центрах ее сторон установлены идентичные микролазеры, оси которых параллельны друг другу и оси рентгеновского пучка перед микролазерами установлены одинаковые цилиндрические линзы, ориентированные относительно их осей таким образом, что формируемые ими плоские расходящиеся пучки света распространяются в плоскостях, проходящих через соответствующую сторону рамы, параллельно оси рентгеновского пучка и формируют на поверхности объекта четыре взаимно перпендикулярных световых полоски, расстояние между которыми остается постоянным при любых расстояниях от объекта до рентгеновского излучателя и равно размеру стороны рамы А, а длина L линейно зависит от этого расстояния согласно выражению
где D - расстояние от объекта до рентгеновского излучателя;
- угол расхождения плоских лазерных пучков, формируемых цилиндрическими линзами;
d - диаметр лазерного пучка;
f - фокусное расстояние цилиндрических линз,
при этом размер стороны рамы выбирается равным стороне кассеты с рентгеновской пленкой, используемой при радиографическом контроле, а угол α выражается с учетом соотношения