RU2237984C1 - Лазерный центратор для рентгеновского излучателя - Google Patents

Abstract

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, позволяющий сформировать посредством зеркал и объектива действительное изображение светящегося диска, телевизионную систему. Особенностью устройства является кольцевая матрица лазеров, расположенная в задней фокальной плоскости объектива, причем диаметр окружности расположения лазеров матрицы задан определенным соотношением. Техническим результатом изобретения является возможность оценивать размеры исследуемой зоны объекта. 1 ил.

Description

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 направляющее на объект коллимированный лазерный пучок, концентричный с рентгеновским пучком, шкалу, телескоп [2] 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 него дополнительно введена кольцевая матрица лазеров, располагаемая в задней фокальной плоскости объектива телескопа соосно с ней, оптические оси лазеров матрицы параллельны оптической оси объектива к друг другу, располагаются на окружности диаметром D_л≤ D, где D - диаметр объектива телескопа, связанной с фокусным расстоянием объектива телескопа f’ соотношением D_л=2f¹· tgα , где α - угол расхождения рентгеновского пучка, а передний фокус объектива телескопа удален от точки пересечения его оптической оси с осью рентгеновского пучка на расстояние А, равное расстоянию от этой точки до анода рентгеновского излучателя.

Лазеры матрицы питаются от отдельного источника питания, независимого от блока питания лазера телескопа, их излучение может модулироваться с частотой V=I+15 Гц для улучшения видимости зоны подсветки объекта в условиях засветок от посторонних источников света, а длина волны излучения выбирается из условия максимального контраста лазерных пятен в зоне подсветки в конкретных условиях наблюдения.

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 3, 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 3 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 оси наблюдаются на экране видеомонитора 10. Подсветка шкалы 7 осуществляется рассеянным на ней лазерным излучением.

Лазерный центратор работает следующим образом. Излучение лазера 1 с помощью телескопа, состоящего из микрообъектива 3 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 13 (на схеме показаны два положения объекта I и II, соответствующие различным фокусным расстояниям, различающимся на величину Δ L). После отражения от диффузной поверхности объекта, лазерный пучок теряет параллельность и распространяется в обратном направлении в пределах широкого телесного угла β ≥ α , 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’_о и L’’_о.

Центр шкалы при юстировке центратора совмещается с оптической осью лазерного пучка, что позволяет выполнить ее симметричной для облегчения снятия показаний. Возможно выполнение шкалы в виде концентрических окружностей, а также использование обычных шкал, оцифрованных в линейных единицах (мм и т.д.). В последнем случае для определения дистанции до объектива измеряется размер изображения лазерного пятна в делениях шкалы (сетки), число которых затем умножается на соответствующий масштабный коэффициент, определяемый при градуировке дальномера центратора.

Кольцевая матрица лазеров 12 установлена в задней фокальной плоскости объектива телескопа соосно с его оптической осью, а оптические оси лазеров матрицы параллельны друг другу и оптической оси телескопа. Число лазеров матрицы подбирается эмпирически, а их максимальное число определяется соотношением N_max≤ 2π D_л(d+Δ ), где d - диаметр корпуса лазера, Δ - технологический зазор между ними по окружности диаметром d.

Питание матрицы лазеров осуществляется от общего источника питания с возможностью модуляции на частоте V=1-15 Гц, оптимальной для наблюдения лазерных пятен на объекте в зоне подсветки в условиях посторонних засветок.

Длина волны лазеров матрицы выбирается из условия максимального контраста изображения зоны подсветки на объекте с учетом спектральной чувствительности ПЗС-телекамеры и атмосферных условий на трассе наблюдения.

Передний фокус объектива телескопа удален от точки пересечения его оптической оси с осью рентгеновского пучка на расстояние А, равное расстоянию от этой точки до анода рентгеновского излучателя.

Для устранения эффекта экранирования выходного пучка телескопа корпусом кольцевой матрицы, кольцевая матрица лазеров располагается в задней фокальной плоскости объектива телескопа, где диаметр пучка лазера телескопа минимален. Схема расположения лазеров матрицы показана на чертеже, (вид по М). Оптические оси лазеров матрицы параллельны друг другу и оптической оси телескопа и поле прохождения объектива телескопа согласно законам геометрической оптики фокусируются в его переднем фокусе, а затем распространяются в виде расходящегося пучка лучей с углом при вершине, равном α =arctg

, где D_л≤ D - диаметр окружности, на которой размещены лазеры матрицы, D и f - диаметр и фокусное расстояние объектива телескопа соответственно. Соотношение Dл и f выбирается из условия равенства угла α - углу расхождения рентгеновского пучка.

Передний фокус обеспечивает точки пересечения его оптической оси с осью рентгеновского пучка на расстояние, равное расстоянию от этой точки до анода рентгеновского излучателя. Поэтому после отражения от первого отражателя конический пучок лучей от лазеров матрицы полностью совпадает с геометрией пучка рентгеновского излучателя и на объекте подсвечивается кольцевая структура лазерных пятен, границы которой определяют зону просвечивания объекта рентгеновским излучением.

Лазеры матрицы могут модулироваться во времени и иметь различную длину волны излучения для обеспечения оптимальных условий наблюдения в конкретной обстановке.

Литература

1. Патент РФ №2136124. Лазерный центратор для рентгенооптического излучателя.

2. Турыгин И.А. Прикладная оптика. - М.: Машиностроение, 1986, 350 с.

Claims (1)

1. 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, получаемого на поверхности объекта в зоне освещения лазерным пучком, телевизионную систему, микрообъектив для переноса изображения диска на вход ПЗС-матрицы телевизионной системы, отличающийся тем, что в него дополнительно введена кольцевая матрица лазеров, располагаемая в задней фокальной плоскости объектива телескопа соосно с его оптической осью, оси лазеров матрицы параллельны друг другу и оптической оси объектива телескопа, лазеры матрицы расположены в ней на окружности диаметром D_л≤ D, где D - диаметр объектива телескопа, связанного с фокусным расстоянием объектива f телескопа соотношением

   D_л=2· f· tg

   

   где α - угол расхождения пучка рентгеновского излучения,

   а передний фокус объектива телескопа удален от точки пересечения его оптической оси с осью рентгеновского пучка на расстояние, равное расстоянию от этой точки до анода рентгеновского излучателя по оси рентгеновского пучка.