Лазерный центратор для рентгеновского излучателя

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля объектов с использованием рентгеновского излучения. Устройство включает 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 и позволяющий сформировать посредством второго зеркала действительное изображение светящегося диска, телевизионную систему. Особенностью устройства является линза, установленная с возможностью ввода/вывода из лазерного пучка, причем передний фокус линзы удален от точки пересечения оси рентгеновского пучка с первым зеркалом на расстояние, равное расстоянию от этой точки до анода рентгеновского излучателя, а фокусное расстояние линзы задано определенным соотношением. Техническим результатом изобретения является возможность оценивать размеры зоны объекта, 1 ил.

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

Известен лазерный центратор для рентгеновского излучателя [1], содержащий корпус с расположенным в нем лазером, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два зеркала, первое из которых выполнено из оргстекла, установлено на пересечении оптических осей лазерного и рентгеновского пучков излучения, перпендикулярно образованной ими плоскости и направляет на объект коллимированный лазерный пучок, концентричный с рентгеновским пучком, шкалу, телескоп для расширения и коллимации лазерного излучения, состоящий из микрообъектива и объектива, позволяющий посредством первого зеркала, объектива и второго зеркала, выполненного полупрозрачным, сформировать в фокальной плоскости объектива телескопа, совпадающей со шкалой, действительное изображение светящегося диска, получаемого на поверхности объекта в зоне освещения лазерным пучком, телевизионную систему, включающую телекамеру и видеоконтрольное устройство, причем шкала выполнена линейной, установлена перед лазером и расположена в фокальной плоскости объектива телескопа таким образом, что изображение шкалы и освещаемой лазерным пучком зоны объекта дополнительным микрообъективом проектируется в плоскость миниатюрной ПЗС-матрицы телекамеры, видеосигнал с которой подают на вход видеоконтрольного устройства, на экране которого наблюдают изображение лазерного пятна и оценивают его размер с помощью изображения линейной шкалы, деления которой оцифрованы непосредственно в фокусных расстояниях рентгеновского излучателя и число которых, приходящихся на изображение лазерного пятна, определяет величину фокусного расстояния рентгеновского излучателя для его конкретного положения относительно объекта.

Это устройство не позволяет оценивать размеры зоны объекта, просвечиваемой расходящимся рентгеновским пучком, что затрудняет проведение процесса контроля.

Цель изобретения - устранение этого недостатка. Для этого в устройство дополнительно введена линза, которая располагается на оси лазера между первым зеркалом и объективом телескопа, и установлена с возможностью ввода/вывода из пучка лазерного излечения, причем передний фокус линзы удален от точки пересечения оси рентгеновского пучка с первым зеркалом на расстояние А, равное расстоянию от этой точки до анода рентгеновского излучателя, а фокусное расстояние линзы отвечает условию , где D - диаметр коллимированного лазерного пучка, β-угол излучения рентгеновского излучателя.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана общая схема лазерного центратора (а) и вид его шкалы с изображением лазерного пятна на экране телевизионного монитора (б).

Лазерный центратор содержит закрепляемый на рентгеновском излучателе 1 корпус 12, в котором располагаются лазер 2 с односторонним выходом излучения, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя. Перед лазером на его оптической оси установлен телескоп, состоящий из объектива 5 и микрообъектива 5, два зеркала, первое из которых 6, выполненное из оргстекла, установлено на пересечении оптической оси лазера с осью рентгеновского пучка с возможностью котировочных поворотов вокруг оси, перпендикулярной плоскости, задаваемой оптической осью выхода излучения лазера с осью рентгеновского пучка, а второе 4 выполнено полупрозрачным и установлено между объективом 5 и микрообъективом 5 телескопа под углом 45° к оптической оси лазера. В плоскости изображения лазерного пятна, формируемого объективом 5 и полупрозрачным отражателем 4, установлена линейная шкала из стекла 7. Второй объектив 8 проектирует изображения лазерного пятна и шкалы 7 на видеопреобразователь 9 телекамеры, (например, ПЗС-матрицы), с помощью которой они наблюдаются на экране видеомонитора 10. Подсветка шкалы 7 осуществляется рассеянным на ней лазерным излучением.

Дополнительная линза 11 установлена на оптической оси лазера между первым зеркалом 6 и объективом телескопа 5 с возможностью ввода/вывода из пучка излучения. Линза 11 имеет диаметр, D≥D₀, где D₀ - диаметр пучка коллимированного лазерного пучка на выходе объектива телескопа 5, ее фокусное расстояние выбирается из соотношения , где β - угол излучения рентгеновского излучателя. Передний фокус линзы (точка F на чертеже а) находится на расстоянии А от точки пересечения от лазера с первым зеркалом.

Лазерный центратор работает следующим образом. Излучение лазера 1 с помощью телескопа, состоящего из микрообъектива 5 и объектива 5, расширяется до диаметра D и коллимируется для уменьшения угловой расходимости, а в целях сохранения постоянства этого диаметра во всем диапазоне требуемых фокусных расстояний центратора. После отражения от первого отражателя 4 коллимированный лазерный пучок, ось которого совмещается юстировкой с осью рентгеновского пучка, направляется на объект 15 (на схеме показаны два положения объекта 1 и 11, соответствующие различным фокусным расстоянием, различающимся на ΔL). После отражения от диффузной поверхности объекта, лазерный пучок теряет параллельность и распространяется в обратном направлении в пределах широкого телесного угла β≥а, что позволяет с помощью отражателя 4, объектива 5 и полупрозрачного отражателя 6 сформировать в фокальной плоскости объектива 5, совпадающей со шкалой 7, действительное изображение светящегося диска, получаемого на поверхности объекта в зоне освещения лазерным пучком. Изображения шкалы 7 и освещаемой лазерным пучком зоны объекта объективом 8 проектируются в плоскость видеопреобразователя телекамеры (например, миниатюрной ПЗС-матрицы), видеосигнал от которой подается на вход видеоконтрольного устройства 10. На экране видеоконтрольного устройства оператор наблюдает изображение лазерного пятна и оценивает его размер с помощью изображения линейной шкалы, оцифрованной непосредственно в единицах фокусного расстояния рентгеновского излучателя, например, в метрах. На чертеже (б) показаны изображения лазерного пятна для расстояния до объекта L’₀ и L’’₀.

При введении дополнительной линзы 11 в лазерный пучок она формирует с помощью первого зеркала 6 расходящийся конический пучок лазерного излучения, концентричного с рентгеновским пучком, и имеющий одинаковый с ним угол расхождения β. При этом на объекте 13 формируется изображение светлого диска, размер которого в плоскости объекта совпадает с размером зоны объекта, просвечиваемой рентгеновским излучением. Это позволяет оператору осуществлять кривизну зоны просвечивания к конкретным участкам объекта.

Применение телевизионной системы повышает безопасность работы с лазерным излечением (устраняет ослепление и т.п.) и позволяет, в случае необходимости, автоматизировать процесс вычисления фокусных расстояний, например, с помощью ПЭВМ или калькулятора. Кроме того, оператор может контролировать совпадение оси рентгеновского пучка с выбранным направлением просвечивания изделия, а также осуществлять визуальное наблюдение поверхности объекта в зоне, освещаемой лазерным пучком.

Для упрощения расчетов фокусных расстояний фокусное расстояние 1 объектива 5 выбирается из условия L≥20f’, где L - минимальное расстояние до объекта.

При этом выполняется условие сохранения глубины резкости изображения во всем диапазоне измеряемых фокусных расстояний. В этом случае согласно законам геометрической оптики, размер изображения лазерного пятна связан с расстоянием L до объекта соотношением L=C/D’(мм), где D’ - размер изображения лазерного пятна (мм), C=Df’ - константа дальномера, D - размер (диаметр) падающего лазерного пучка (мм), f’ - фокусное расстояние объектива 5 (мм).

Источники информации

1. Патент РФ №2136124 от 27.08.99. Лазерный центратор для рентгеновского излучателя.

Формула изобретения

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 рентгеновскому пучку, линейную шкалу, оцифрованную в расстояниях от объекта до рентгеновского излучателя, телескоп для расширения и коллимации лазерного излучения, состоящий из микрообъектива и объектива и позволяющий посредством первого зеркала, объектива и второго зеркала, выполненного полупрозрачным, сформировать в фокальной плоскости объектива телескопа, совпадающей со шкалой, действительное изображение светящегося диска, получающееся на поверхности объекта в зоне освещения лазерным пучком, телевизионную систему, микрообъектив для переноса изображения диска на вход ПЗС-матрицы телевизионной системы, отличающийся тем, что дополнительно содержит линзу, которая располагается на оси лазера между первым зеркалом и объективом телескопа, и установлена с возможностью ввода/вывода из пучка лазерного излучения, причем передний фокус линзы удален от точки пересечения оси рентгеновского пучка с первым зеркалом на расстояние А, равное расстоянию от этой точки до анода рентгеновского излучателя, а фокусное расстояние линзы отвечает условию

,

где D - диаметр коллимированного лазерного пучка;

β - угол излучения рентгеновского излучателя.

РИСУНКИРисунок 1