ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕНТРАТОР ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ Российский патент 2011 года по МПК H05G1/02 

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

Известен лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий лазер с двусторонним выходом излучения и два отражателя, первый отражатель установлен на пересечении оптических осей лазерного и рентгеновского пучков, второй - на оптической оси выхода излучения лазера из его второго торца, средство индикации расстояния от рентгеновского излучателя до объекта, две цилиндрические линзы, установленные на оси лазера перед его торцами, первая из которых может выводиться из лазерного пучка и заменяться на сферическую линзу, формирующую конический пучок света, адекватный по структуре пучку рентгеновского излучения и создающий на поверхности объекта изображение диска, по степени эллиптических искажений формы которого судят о перпендикулярности поверхности объекта оси рентгеновского пучка с возможностью ее количественной оценки с помощью шкал на экране монитора телевизионной системы, входящей в состав центратора [1].

Недостатки данного устройства - субъективность способа измерения расстояния до объекта, а также неопределенность значения цены деления шкалы на экране монитора, величина которой зависит от расстояния от объекта до центратора и соответствующему ему значению масштаба оптического изображения. Кроме того, наличие светоделителя вызывает существенное ослабление информационных потоков оптического излучения.

Цель изобретения - устранение этих недостатков.

Для этого в лазерный центратор, содержащий корпус, в котором находятся лазер, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два отражателя, первый из которых из оргстекла, установлен на пересечении осей лазера и рентгеновского пучка, а второй установлен на оси лазера между его излучающим торцом и первым отражателем на расстоянии Н от центра первого отражателя, равного расстоянию от этого центра до фокуса рентгеновской трубки по оси рентгеновского пучка, сферическая линза, устанавливаемая на оси лазера на расстоянии от центра второго отражателя на расстоянии, равном фокусному расстоянию сферической линзы, с помощью которой формируется конический лазерный пучок, соосный с рентгеновским пучком, имеющий одинаковый с ним угол расхождения и формирующий на объекте изображение светлого диска, диаметр которого равен диаметру зоны объекта, просвечиваемой рентгеновским излучением, а по степени его эллиптичности судят о перпендикулярности поверхности объекта оси рентгеновского пучка, телекамера, оптическая ось объектива которой совпадает с осью, проведенной из центра второго отражателя перпендикулярно оси лазера и измерительный шкалы для количественной оценки размеров дефектов поверхности объекта и ее перпендикулярности пучку рентгеновского излучения, отличающийся тем, что дополнительно в него введены компьютер и лазерный дальномер, установленный на корпусе центратора вне зоны распространения пучка рентгеновского излучения, причем оптическая ось дальномера параллельна оси рентгеновского пучка, а его цифровой выход сопряжен с входом компьютера, второй отражатель выполнен с центральным отверстием для прохода лазерного пучка, центр этого отверстия совпадает с точкой пересечения фокальной плоскости сферической линзы с осью лазерного пучка, а его диаметр Д=Дл, Дл - диаметр лазерного пучка, компьютер производит автоматическое вычисление текущего значения цены деления шкалы, устанавливаемое на экране дисплея компьютера или формируемой программно по соотношению С=Со/М, где М - масштаб изображения, равный М=Мт×Мо, где Мт=В/А - телевизионное увеличение, А и В - размеры растров ПЗС-матрицы и экрана дисплея соответственно, Мо=F/L - оптическое увеличение, F - фокусное расстояние объектива телекамеры, L - текущее расстояние от объекта до центратора.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема центратора.

Лазерный центратор содержит рентгеновский излучатель 1, к которому прикреплен корпус 2, в котором расположены первый отражатель 3 из оргстекла, второй отражатель 4, сферическая линза 5, лазер 6, объектив-трансфокатор 8 со светофильтром 7 телекамеры с ПЗС-матрицей 9, компьютер 10 и лазерный дальномер 11. Светофильтр 7 имеет максимальное пропускание в области длин волн, излучаемых лазером 6, и предназначен для контрастирования изображений лазерных структур на объекте.

Центратор работает следующим образом.

При выведенной из лазерного пучка линзе 5 лазер 6 формирует на объекте 12 яркую точку, которая с помощью средств перемещения центратора совмещается с центром контролируемой зоны. Затем линза 5 вводится в лазерный пучок и на мониторе 13 наблюдают изображение светлого диска. Если он имеет эллиптичность, ее устраняют, совершая линейные и угловые перемещения центратора. В случае необходимости производят количественную оценку степени эллиптичности диска и/или размеров дефектов поверхности объекта с помощью измерительных шкал на экране монитора. При этом текущая цена деления этих шкал и текущее расстояние от центратора до объектива индицируется на дисплее компьютера. После завершения этих процедур приступают к рентгенографированию объекта контроля.

Приведем некоторые численные оценки расчетов цены деления измерительных шкал по вышеприведенным соотношениям.

Как правило, цена деления шкалы на экране дисплея выбирается из эргономических и технологических соображений равной Со=1 мм. Размер растра ПЗС-матриц обычно находится в диапазоне А=5-10 мм, а размер экрана монитора портативных мобильных приборов равен В=150-200 мм. Расстояние от центратора до объекта находится обычно в пределах L=3-5 м.

Фокусное расстояние объектива телекамер для формирования изображений объектов, находящихся на этих расстояниях, выбирается исходя из требований к углу поля зрения и разрешающей способности телевизионной системы и находится обычно в пределах F=50-100 мм.

Для характерных значений этих параметров А=10 мм, В=200 мм, L=5000 мм, F=50 мм будем иметь Мт=20, Мо=0,01, М=0,2 и С=Со/М=1/0,2=5 мм, т.е. 1 мм шкалы на экране соответствует 5 мм в плоскости объекта. Например, если изображение дефекта на экране дисплея занимает 20 мм (и, соответственно, 20 делений шкалы), то его истинный размер в плоскости объекта составит 100 мм для приведенных выше характерных значений параметров телевизионной системы.

Следует заметить, что формула для вычисления оптического увеличения носит приближенный характер и справедлива для соотношений фокусного расстояния объектива и расстояний от центратора до объекта, при которых L>30F, что практически всегда имеет место при радиационном контроле крупногабаритных изделий авиационной техники [2].

Литература

1. Патент РФ 2250575. Лазерный центратор.

2. Справочник конструктора оптико-механических приборов. Панов В.А. и др. Л.: Машиностроение, 1980 г., 742 с.

Изобретение относится к неразрушающему контролю с использованием рентгеновского излучения и может быть применено для контроля материалов и изделий в различных отраслях машиностроения. Технический результат - устранение субъективности способа измерения расстояния до объекта, а также неопределенности значения цены деления шкалы на экране монитора, величина которой зависит от расстояния от объекта до центратора и соответствующего ему значения масштаба оптического изображения. Для этого в лазерный центратор, содержащий корпус, в котором находятся лазер, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два отражателя, первый из которых установлен на пересечении осей лазера и рентгеновского пучка, а второй установлен на оси лазера перед его излучающим торцом между ним и первым отражателем на расстоянии Н от центра первого отражателя, равного расстоянию от этого центра до фокуса рентгеновской трубки по оси рентгеновского пучка, сферическая линза, устанавливаемая перед излучающим торцом лазера и вторым отражателем и формирующая конический лазерный пучок, геометрические параметры которого идентичны параметрам рентгеновского пучка, по степени эллиптичности светлого диска, формируемого этим пучком на объекте, судят о перпендикулярности его поверхности оси рентгеновского пучка, телекамера, оптическая ось объектива которой совпадает с осью, проведенной из центра второго отражателя перпендикулярно оси лазера, и измерительные шкалы для количественной оценки размеров дефектов поверхности объекта и ее перпендикулярности пучку рентгеновского излучения, дополнительно введены компьютер и лазерный дальномер, установленный на корпусе центратора вне зоны распространения рентгеновского пучка, причем оптическая ось дальномера параллельна оси рентгеновского пучка, а его цифровой выход сопряжен с входом компьютера, второй отражатель выполнен с центральным отверстием Д=Дл для прохождения лазерного пучка, где Дл - диаметр этого пучка, компьютер производит автоматическое вычисление текущего значения С цены деления в плоскости объекта шкалы, располагаемой на экране дисплея или генерируемой программно, по соотношению С=Со/М, где М - общее увеличение. Со - цена деления шкалы на экране дисплея, М=Мт×Мо, где Мт=В/А - телевизионное увеличение, А и В - размеры растров ПЗС-матрицы и дисплея соответственно, Mo=F/L - оптическое увеличение, где F - фокусное расстояние объектива телекамеры, L - текущее расстояние от объекта до центратора. 1 ил.

Лазерный центратор, содержащий корпус, в котором находятся лазер, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два отражателя, первый из которых из оргстекла установлен на пересечении осей лазера и рентгеновского пучка, а второй установлен на оси лазера между его излучающим торцем и первым отражателем на расстоянии Н от его центра, равного расстоянию от этого центра до фокуса рентгеновской трубки по оси рентгеновского пучка, сферическая линза, устанавливаемая на оси лазера на расстоянии от центра второго отражателя на расстоянии, равному фокусному расстоянию сферической линзы, с помощью которой формируется конический лазерный пучок, соосный с рентгеновским пучком, имеющий одинаковый с ним угол расхождения и формирующий на объекте изображение светлого диска, диаметр которого равен диаметру зоны объекта, просвечиваемой рентгеновским излучением, а по степени его эллиптичности судят о перпендикулярности поверхности объекта оси рентгеновского пучка, телекамера, оптическая ось объектива которой совпадает с осью, проведенной из центра второго отражателя перпендикулярно оси лазера и измерительный шкалы для количественной оценки размеров дефектов поверхности объекта и ее перпендикулярности к пучку рентгеновского излучения, отличающийся тем, что дополнительно в него введены компьютер и лазерный дальномер, установленный на корпусе центратора вне зоны распространения пучка рентгеновского излучения, причем оптическая ось дальномера параллельна оси рентгеновского пучка, а его цифровой выход сопряжен с входом компьютера, второй отражатель выполнен с центральным отверстием для прохода лазерного пучка, центр этого отверстия совпадает с точкой пересечения фокальной плоскости сферической линзы с осью лазерного пучка, а его диаметр Д=Дл, Дл - диаметр лазерного пучка, компьютер производит автоматическое вычисление текущего значения цены деления шкалы, устанавливаемое на экране дисплея компьютера или формируемой программно по соотношению С=Со/М, где М - масштаб изображения, равный М=Мт×Мо, где Мт=В/А - телевизионное увеличение, А и В - размеры растров ПЗС-матрицы и экрана дисплея соответственно, Mo=F/L - оптическое увеличение, F - фокусное расстояние объектива телекамеры, L - текущее расстояние от центратора до объекта.