ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕНТРАТОР ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ Российский патент 2011 года по МПК H05G1/00 

Изобретение относится к неразрушающему контролю с использованием рентгеновского излучения и может быть применено для 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 соответствующего ему значения масштаба оптического изображения. Кроме того, наличие светоделителя вызывает существенное ослабление информационных потоков оптического излучения, а постоянство величины фокусного расстояния объектива телекамеры затрудняет визуальный контроль поверхности объекта, в ходе которого при фиксированном расстоянии от объекта до центратора необходимо изменять оптическое увеличение, что можно осуществить, только изменяя фокусное расстояние объектива.

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 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, сферическую линзу, устанавливаемую перед излучающим торцом лазера и вторым отражателем и формирующую 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 к пучку рентгеновского излучения, дополнительно введены портативный лазерный дальномер, установленный на корпусе центратора вне зоны распространения рентгеновского пучка, причем оптическая ось дальномера параллельна оси рентгеновского пучка, на корпусе центратора вне зоны распространения рентгеновского излучения размещены симметрично относительно оси рентгеновского пучка на расстоянии Н друг от друга два микролазера, оптические оси которых параллельны друг другу и оси рентгеновского пучка, второй отражатель выполнен с центральным отверстием Д=Дл для прохождения лазерного пучка, где Дл - диаметр этого пучка, вычисление текущего значения С цены деления в плоскости объекта шкалы, располагаемой на экране монитора телевизионной системы, по соотношению С=Со/М, где М - общее увеличение, Со - цена деления шкалы на экране монитора, М=Мт×Мо, где Мт=В/А - телевизионное увеличение, А и В - размеры растров ПЗС-матрицы и экрана монитора соответственно, Мо=F/L - оптическое увеличение, где F - фокусное расстояние объектива телекамеры, L - текущее расстояние от объекта до центратора, измеряемое с помощью лазерного дальномера, объектив телекамеры выполнен трансфокальным с возможностью изменения фокусного расстояния в пределах от Fmin=Lmin/M до Fmax=Lmax/M, где Lmax и Lmin - соответственно минимальное и максимальное расстояния от центратора до объекта в рабочем диапазоне их изменений для конкретной модели центратора, а величина М=Со/С выбирается из условия Со/С=K, где K - целое число, значение которого выбирается исходя из конкретных требований к точности измерений дефектов, при этом для повышения стабильности измерений они производятся при фиксированном значении фокусного расстояния трансфокатора, при котором изображение двух реперных лазерных точек на объекте с расстоянием Н между ними совпадает с соответствующими метками на экране монитора, расстояние между которыми равно Н*=Н/М.

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 с светофильтром 7 телекамеры с ПЗС-матрицей 9, лазерный дальномер 10 и два микролазера 11 с параллельными оптическими осями, расстояние между которыми равно Н. 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, предварительно изменяя фокусное расстояния трансфокатора до значения, при котором изображения реперных точек на объекте совмещаются с метками на экране монитора. При этом цена деления шкалы в плоскости объекта будет равна величине, кратной цене деления этой шкалы в плоскости экрана монитора, т.е. С=K·Со, где K выбирается обычно равным 5 или 10, что существенно облегчает и упрощает процесс измерений. 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. При этом при расстоянии между реперными точками, равном, например, 200 мм (выбирается из конструктивных соображений), расстояние между их изображениями на экране монитора будет равно 40 мм, на котором и располагаются соответствующие метки. Понятно, что для каждой конкретной модели центратора эти величины будут различаться в соответствии с их конструктивными особенностями, но методология их оценки остается единой.

Следует заметить, что формула для вычисления оптического увеличения справедлива для соотношения 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, сферическую линзу, устанавливаемую перед излучающим торцом лазера и вторым отражателем и формирующую 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 к 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, измеряемое с помощью лазерного дальномера, объектив телекамеры выполнен трансфокальным с возможностью изменения фокусного расстояния в пределах от Fmin=Lmin/M до Fmax=Lmax/M, где Lmax и Lmin - соответственно минимальное и максимальное расстояния от центратора до объекта в рабочем диапазоне их изменений для конкретной модели центратора, а величина М=Со/С выбирается из условия Со/С=K, где K - целое число, значение которого выбирается исходя из конкретных требований к точности измерений дефектов, при этом для повышения стабильности измерений они производятся при фиксированном значении фокусного расстояния трансфокатора, при котором изображение двух реперных лазерных точек на объекте с расстоянием Н между ними совпадает с соответствующими метками на экране монитора, расстояние между которыми равно Н*=Н/М. 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 торцом 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, 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 измерительные шкалы для количественной оценки размеров дефектов поверхности объекта и ее перпендикулярности к пучку рентгеновского излучения, отличающийся тем, что дополнительно в него введены лазерный дальномер, установленный на корпусе центратора вне зоны распространения пучка рентгеновского излучения, причем оптическая ось дальномера параллельна оси рентгеновского пучка, на корпусе центратора вне зоны распространения рентгеновского излучения размещены симметрично относительно оси рентгеновского пучка на расстоянии Н друг от друга два микролазера, оптические оси которых параллельны друг другу и оси рентгеновского пучка, 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, где Дл - диаметр лазерного пучка, вычисление текущего значения цены деления в плоскости объекта шкалы, устанавливаемой на экране монитора телевизионной системы, производится 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, измеряемое с помощью лазерного дальномера, объектив телекамеры выполнен трансфокальным с возможностью изменения фокусного расстояния в пределах от Fmin=Lmin/M до Fmax=Lmax/M, где Lmax и Lmin - соответственно минимальное и максимальное расстояния от центратора до объекта, величина М выбирается по соотношению М=Со/С в диапазоне целочисленных величин, кратных величине С и равных предпочтительно значениям 5 и 10, и определяемых с учетом требований к точности измерений и конструктивных возможностей центратора, измерения производятся при фиксированном значении фокусного расстояния трансфокатора, при котором изображения двух реперных точек на объекте с расстоянием Н между ними совпадают с соответствующими метками на экране монитора, расстояние между которыми равно Н*=Н/М.