Лазерный центратор для рентгеновского излучателя

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов. Устройство содержит корпус с расположенной в нем телекамерой с лазерным целеуказателем, ось которой параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, отражатель из оргстекла, установленный на пересечении осей рентгеновского пучка и телекамеры. Устройство отличается тем, что оно дополнительно снабжено наклоненной к продольной оси рентгеновского излучателя линейной матрицей полупроводниковых лазеров, оси которых параллельны друг другу и находятся на расстоянии С друг от друга, перед матрицей лазеров установлена непрозрачная шторка с отверстием, перемещающаяся перед излучающими торцами лазеров и снабженная шкалой, перед матрицей лазеров параллельно их излучающим торцам установлена с возможностью поворотов плоскопараллельная пластина с определенными показателем преломления и толщиной, механизм поворотов пластинки соединен с корпусом излучателя и имеет шкалу, расстояние от объекта до излучателя отсчитывается по шкале шторки до лазера матрицы, изображение луча которого на объекте находится на минимальном расстоянии от центра поля зрения телекамеры, и по шкале поворота плоскопараллельной пластинки. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений при больших расстояниях. 1 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий с использованием рентгеновского излучения и может быть использовано 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 из оргстекла 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 прерывания пучка от второго отражателя, установленные до или после второго отражателя, дополнительно центратор снабжен двумя цилиндрическими линзами, установленными на оси излучения лазера, первая - между одним из торцев лазерного отражателя и первым отражателем, а вторая - между вторым торцем лазерного излучателя и вторым отражателем, их фокусное расстояние выбирается из соотношения f=h/tgα, 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 крупногабаритных объектов авиакосмической техники. В этом случае для обеспечения требуемой точности измерений расстояния (порядка ±30 мм) точность 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 B≤300 мм (B - расстояние между отражателями по оси лазера). Линейный размер деления шкалы индикатора, соответствующий этим углам, составляет t≤0,1 мм даже при диаметре шкалы D=2R≈200 мм, что следует из очевидного уравнения [2] t=R·α=100·10^-3=0,1 мм (α=3`=0,001 в радиальной мере). Это обстоятельство, в свою очередь, приводит к высоким требованиям и качеству выполнения шкалы индикатора и соответствующим средствам отсчета по шкале, что ухудшает технико-экономические показатели устройства. Кроме того, шкала является нелинейной, т.к. расстояние между ее штрихами пропорционально тангенсу угла наклона к оси лазера луча, отраженного от второго отражателя.

Цель изобретения - устранение этих недостатков.

Для этого лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий корпус с расположенной в нем телевизионной камерой с лазерным целеуказателем, ось которой параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, отражатель из оргстекла, установленный на пересечении осей рентгеновского пучка и телекамеры, дополнительно снабжен линейной матрицей полупроводниковых лазеров, оси которых параллельны друг другу и находятся в плоскости, образованной продольной осью рентгеновского излучателя и осью рентгеновского пучка, которая наклонена под углом α к продольной оси рентгеновского излучателя, и находятся оси на расстоянии С друг от друга, перед матрицей лазеров установлена непрозрачная шторка с отверстием, перемещающаяся перед излучающими торцами лазеров параллельно им и снабженная шкалой, расстояние между штрихами которой равно С и цена деления штрихов которой в пространстве объектов равна ΔН=C·tgα, где ΔН - изменение расстояния от объекта до рентгеновского излучателя, соответствующее расстоянию между осями соседних лазеров матрицы, перед матрицей лазеров параллельно их излучающим торцом и перпендикулярно плоскости, образованной осью рентгеновского пучка и продольной осью рентгеновского излучателя, установлена с возможностью поворотов относительно оси, перпендикулярной этой плоскости, плоскопараллельная пластина толщиной d, показателем преломления n и длиной L≥А/cosβ, где β - угол поворота пластинки, механизм поворотов пластинки соединен c корпусом излучателя и имеет шкалу, оцифрованную в единицах расстояния от объекта до рентгеновского излучателя, максимальный угол поворота пластины выбирается из условия минимальное и, соответственно, максимальное значения измеряемых расстояний от объекта до излучателя связаны с углом наклона матрицы лазеров к продольной оси излучателя соотношениями H_min=B·tgα и H_max=(A+B)tgα, где А - длина матрицы лазеров, B - расстояние от оси рентгеновского пучка до матрицы, расстояние от объекта до излучателя рассчитывается по формуле H=H_г±δH_ti, H=H_min+ΔH·n₁±δH·n₂, где H_г - отсчет по шкале шторки, изображение луча которого на объекте находится на минимальном расстоянии от центра поля зрения телекамеры, δH - цена деления шкалы поворота плоскопараллельной пластинки, n₂ - число этих делений, соответствующее точному совмещению луча лазера с центром поля зрения телекамеры, где n_max - максимальное число штрихов шкалы механизма поворота пластинки, соответствующее максимальному углу ее поворота β_max.

На чертеже представлена схема устройства (а, б, в, г, д).

Лазерный центратор состоит из корпуса, на котором крепятся зеркало из оргстекла 2, телекамера 3 с лазерным целеуказателем и видеомонитором 4, а также линейная матрица (линейка) полупроводниковых лазеров 5, остановленная под углом α к продольной оси излучателя. Перед матрицей установлена шторка 6 с отверстием и шкалой, с помощью перемещения которой выделялось излучение лазера матрицы, изображение луча которого на экране монитора 4 располагается ближе остальных к центру поля зрения телекамеры (д). Перед шторкой установлена плоскопараллельная пластина 7 с механизмом ее поворота относительно оси, перпендикулярной к плоскости, образованной осью рентгеновского пучка и продольной осью излучателя. Отсчет угла поворота пластины производится по шкале 8.

Лазеры установлены на расстоянии С между осями (б). Длина матрицы А определяется их числом.

Представлена схема смещения луча при поворотах пластинки (г).

Устройство работает следующим образом.

Центратор наводят на нужную зону объекта, совмещая ее центр с изображением лазерного целеуказателя на телекамере.

Затем включают лазеры матрицы и, перемещая шторку, выделяют излучение лазера, изображение луча которого на объекте ближе всего к центру поля зрения телекамеры (д). При этом снимают отсчет по шкале шторки (в), показывающий расстояние до объекта от излучателя с точностью, определяемой ценой ее деления, равной ΔН=С·tgα.

Для точного измерения расстояния вращают пластинку 7 и в момент совмещения изображений луча целеуказателя телекамеры с лучом лазера, проходящего через отверстие шторки, снимают по шкале 8 отсчет, характеризующий поправку к величине расстояния, определенного по грубой шкале шторки 6. Поправка δН_ti может иметь положительное или отрицательное значение, что отражено на шкала.

Шкала поправок расстояний до объекта оцифрована в единицах длины (мм, см), приведенных к плоскости объектов.

Окончательное точное значение расстояния до объекта от излучателя, очевидно, будет равно Н=H_г+δH_ti.

В макете устройства, например, число лазеров принято N=10, С=10 мм, tgα=10 (α≈84°). При этом цена деления шкалы шторки в пространстве объектов равна C'=C·tgα=100 мм, а полный диапазон измерений будет равен 1000 мм, что достаточно для практики.

Пластинка выполнена из стекла ТФ-10 с показателем преломления n=1,80. Толщина пластины 40 мм, длина порядка 120 мм.

Литература

1. Патент РФ №2106619. Лазерный центратор.

2. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Наука, 1957, 608 с.

Лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий корпус с расположенной в нем телевизионной камерой с лазерным целеуказателем, ось которой параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, отражатель из оргстекла, установленный на пересечении осей рентгеновского пучка и телекамеры, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен наклоненной под углом α к продольной оси рентгеновского излучателя линейной матрицей полупроводниковых лазеров, оси которых параллельны друг другу, находятся в плоскости, образованной продольной осью рентгеновского излучателя и осью рентгеновского пучка, и находятся на расстоянии С друг от друга, перед матрицей лазеров установлена непрозрачная шторка с отверстием, перемещающаяся перед излучающими торцами лазеров параллельно им, и снабженная шкалой, расстояние между штрихами которой равно С и цена деления штрихов которой в пространстве объектов равна ΔH=C·tgα, где ΔН - изменение расстояния от объекта до рентгеновского излучателя, соответствующее расстоянию между осями соседних лазеров матрицы, перед матрицей лазеров параллельно их излучающим торцам и перпендикулярно плоскости, образованной осью рентгеновского пучка и продольной осью рентгеновского излучателя, установлена с возможностью поворотов относительно оси, перпендикулярной этой плоскости, плоскопараллельная пластина толщиной d, показателем преломления n и длиной L≥A/cosβ, где А - длина матрицы лазеров, β - угол поворота пластинки, механизм поворотов пластинки соединен с корпусом излучателя и имеет шкалу, оцифрованную в единицах расстояния от объекта до рентгеновского излучателя, максимальный угол поворота пластины выбирается из условия минимальное и, соответственно, максимальное значения измеряемых расстояний от объекта до излучателя связаны с углом наклона матрицы лазеров к продольной оси излучателя соотношением H_min=B·tgα и H_max=(A+B)tgα, где А - длина матрицы лазеров, В - расстояние от оси рентгеновского пучка до матрицы, расстояние от объекта до излучателя рассчитывается по формуле Н=Н_г±δН_ti, где H_г - отсчет по шкале шторки до лазера матрицы, изображение луча которого на объекте находится на минимальном расстоянии от центра поля зрения телекамеры, ±δН_ti - поправка, отсчитываемая со шкалы поворота плоскопараллельной пластинки.