Лазерный центратор для рентгеновского излучателя

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля объектов с использованием рентгеновского излучения. Устройство включает в себя лазер, два отражателя, первый отражатель установлен на пересечении оптических осей лазерного и рентгеновского пучков, второй установлен на оптической оси выхода излучения лазера из его второго торца, средство индикации расстояния. Особенностью устройства является дополнительный третий отражатель, установленный за вторым отражателем на оси, проходящей через точку пересечения оси лазера с центром второго отражателя параллельно оси рентгеновского пучка. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения и улучшение эргономических характеристик центратора. 1 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий с использованием рентгеновского излучения и может быть применено для контроля объектов авиакосмической техники и других отраслей машиностроения радиационным методом.

Известен лазерный центратор, имеющий корпус, в котором расположен лазер с двухсторонним выходом излучения, оптическая ось выхода излучения которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два отражателя, первый из которых выполнен и установлен на пересечении оптической оси лазера с осью рентгеновского пучка излучателя, а второй установлен с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси поворота первого отражателя, на оси выхода излучения лазера вне проекции на нее выходного окна рентгеновского излучения, средство индикации расстояния от рентгеновского излучателя до объекта и средство индикации - прерывания пучка от второго отражателя, установленного до или после второго отражателя, дополнительно центратор снабжен двумя цилиндрическими линзами, установленными на оси излучения лазера, первая - между одним из торцов лазерного отражателя и первым отражателем, а вторая - между вторым торцом лазерного излучателя и вторым отражателем, их фокусное расстояние выбирается из соотношения f=h/tg α, где h - радиус лазерного пучка, α - угол излучения рентгеновского пучка, при этом линзы установлены с возможностью вращения вокруг оси лазерного пучка [1].

Недостаток данного устройства - невысокая точность измерений расстояния от объекта до излучателя при расстояниях порядка 3000÷5000 мм, что характерно для контроля крупногабаритной авиакосмической техники. В этом случае для обеспечения требуемой точности измерений расстояния (порядка ±30 мм) погрешность отсчета по шкале индикатора этих расстояний составляет в угловой мере α=(1÷3) угловых минут даже при предельно допустимых из конструктивных ограничений размерах базы дальномера центратора порядка В≤500 мм (В - расстояние между отражателями по оси лазера). Линейный размер деления шкалы индикатора, соответствующих этим углам, составляет t≤0,1 мм даже при диаметре шкалы D=2R≈200 мм, что следует из очевидного уравнения t=R·α=100·10^-3=0,1 мм (α=3’=0,001 в радиальной мере). Это обстоятельство в свою очередь приводит к неоправданно высоким требованиям к качеству выполнения шкалы индикатора, применяемым средствам отсчета по шкале, что ухудшает технико-экономические показатели устройства типа отсчетных устройств теодолитов и других геодезических приборов.

Однако при использованной в центраторе схеме отражения лучей от второго отражателя его поворот на угол α приводит к отклонению отраженного луча от первоначального направления на угол 2, что дополнительно уменьшает угловой размер рабочего диапазона шкалы и линейного размера ее делений, снижает точность измерений и ухудшает эксплуатационные и эргономические характеристики центратора в целом [2].

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения и улучшения эргономических характеристик центратора.

Он достигается тем, что в лазерном центраторе, содержащем корпус, расположенный в нем лазер с двухсторонним выходом излучателя, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два отражателя, первый из которых установлен на пересечении оптической оси лазера с осью рентгеновского пучка, а второй - на оси лазера за его вторым торцом вне проекции на него выходного окна рентгеновского излучателя, средство индикации расстояния от излучателя до объекта в виде указателя со шкалой, закрепленной на корпусе центратора, две цилиндрические линзы, установленные на оси лазера соответственно между первым торцом лазерного излучателя и первым отражателем и между вторым его торцом и вторым отражателем, их фокус выбирается из соотношения t=h/tg α, где h - радиус лазерного пучка, α - угол излучения рентгеновского пучка, второй отражатель установлен неподвижно под углом 45° к оси лазера, нормаль к нему расположена в плоскости, проходящей через ось лазера перпендикулярно плоскости, образованной осями рентгеновского и лазерного пучков, центратор дополнительно содержит третий отражатель, установленный на оси, проходящей через точку пересечения оси лазера с центром второго отражателя параллельно оси рентгеновского пучка с возможностью вращения относительно этой оси, нормаль и отражающей поверхности третьего отражателя расположена под углом 45° к этой оси, угол между падающим на третий отражатель и отраженным от него лучами лазера составляет 90°, что обеспечивает при вращении третьего отражателя угловое перемещение отраженного лазерного пучка, равное углу поворота третьего отражателя, при этом ось подвижного лазерного пучка перемещается в плоскости, параллельной плоскости, образованной оптической осью лазера и осью рентгеновского пучка и отстоит от нее на расстоянии h, равном расстоянию между центрами второго и третьего отражателей по оси вращения третьего отражателя, что может быть полезно при реализации метода совмещения лазерных полос на объекте.

Изображение поясняется чертежом, на котором показана общая схема устройства.

Лазерный центратор содержит рентгеновский излучатель 1, к которому крепится корпус 2 с расположенным в нем лазером 3 с двусторонним выходом излучения, оптическая ось выхода излучения которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, три отражателя 4, 5 и 6, первый из которых (4) выполнен из оргстекла и установлен на пересечении оптической оси лазера 8 с осью рентгеновского пучка, а второй (5) установлен на оптической оси (9) лазера выхода оизлучения лазера вне проекции на нее выходного окна рентгеновского излучателя, средство индикации расстояния от излучателя 1 до объекта 6 в виде указателя 10 со шкалой 11, закрепленной на корпусе 2 центратора, связанного с третьим отражателем 14, установленным за вторым отражателем на оси, проходящей через точку пересечения оси лазера с центром второго отражателя с возможностью вращения вокруг этой оси, причем нормаль к третьему отражателю расположена под углом 45° к этой оси и средством прерывания пучка от второго отражателя 5, выполненное в виде откидной шторки, установленной до или после второго отражателя, две цилиндрические линзы 12 и 13, установленные на оси лазера соответственно перед его первым и вторым излучающими торцами с возможностью вращения относительно этой оси, при этом фокусные расстояния линз выбираются из соотношения f’=h/tg α, где h - радиус лазерного пучка, α - угол излучения рентгеновского пучка.

Лазерный центратор работает следующим образом.

Цилиндрические линзы устанавливаются ортогонально друг другу, при этом на объекте возникают изображения двух взаимно перпендикулярных светящихся полос, линейный размер которых соответствует диаметру рентгеновского пучка, просвечивающего объект, а центр перекрытия соответствует центру этого пучка.

Оператор совмещает центр перекрытия с центром контролируемого участка объекта и затем устанавливает цилиндрические линзы в положение, при котором формируемые ими на объекте светящие полосы параллельны друг другу. Вращая третий отражатель 14, оператор совмещает на объекте изображения этих параллельных полос друг с другом и в этот момент считывает со шкалы 1 значение расстояния от объекта 6 до излучателя 1, соответствующее положению индикатора 10.

Существенно, что при предложенной оптической схеме угол поворота третьего отражателя 14 однозначно соответствует углу поворота лазерного луча, т.е. по сравнению с прототипом обеспечивается удвоенная точность измерения расстояния от излучателя до объекта при этом же диаметре шкалы 11. Это связано с удвоением линейного размера делений шкалы, соответствующим углам поворота отражателя по сравнению с прототипом.

Источники информации

1. Патент РФ № 2106619. Лазерный центратор.

2. Справочник конструктора оптикомеханических приборов. /Под ред. В.А. Панова. – Л.: Машиностроение, 1980, с.742.

Формула изобретения

Лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий корпус с расположенным в нем лазером с двусторонним выходом излучения, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два отражателя, первый из которых выполнен из оргстекла и установлен на пересечении оптической оси лазера с осью рентгеновского пучка, а второй установлен на оптической оси выхода излучения лазера из его второго торца вне проекции на нее выходного окна рентгеновского излучателя, средство индикации расстояния от излучателя до объекта в виде указателя со шкалой, закрепленной на корпусе центратора, две цилиндрические линзы, установленные на оси лазера перед его излучающими торцами с возможностью поворота относительно этой оси, отличающийся тем, что второй отражатель установлен на оптической оси лазера неподвижно под углом 45° к ней, нормаль к нему расположена в плоскости, проходящей через ось лазера перпендикулярно плоскости, образованной рентгеновским и лазерным пучками, центратор дополнительно содержит третий отражатель, связанный с указателем средства индикации расстояния и установленный за вторым отражателем на оси, проходящей через точку пересечения оси лазера с центром второго отражателя параллельно оси рентгеновского пучка с возможностью вращения относительно этой оси, при этом нормаль к отражающей поверхности третьего отражателя наклонена к этой оси под углом 45°, а угол между падающим на третий отражатель лазерным пучком и отраженным от него составляет 90°, что обеспечивает при вращении третьего отражателя угловое перемещение отраженного лазерного пучка, равное углу поворота третьего отражателя, при этом ось подвижного лазерного пучка перемещается параллельно плоскости, образованной оптической осью лазера и осью рентгеновского пучка и расположенной от нее на расстоянии h, равном расстоянию между центрами второго и третьего отражателей по оси вращения третьего отражателя.

РИСУНКИРисунок 1