ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕНТРАТОР ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ
LASER CENTRATOR FOR X-RAY EMITTER

Изобретение относится к неразрушающему контролю с использованием рентгеновского излучения и может быть применено для контроля материалов и изделий радиационным методом в авиакосмической промышленности и других отраслях машиностроения.
Известен лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий лазерный дальномер и телевизионную камеру видимого диапазона спектра, оптические оси которых параллельны друг другу и оси пучка рентгеновского излучения, а также кольцевую матрицу микролазеров, формирующую на объекте кольцевую структуру лазерных пятен, размеры и форма которой совпадают с аналогичными параметрами зоны, просвечиваемой рентгеновским излучением [1].
Недостаток данного устройства - отсутствие контроля за положением зоны, просвечиваемой рентгеновским излучением, со стороны объекта, противоположной рентгеновскому излучателю.
Цель изобретения - устранение этого недостатка.
Для этого в лазерный центратор, содержащий лазерный дальномер и телекамеру видимого диапазона спектра, оптические оси которых параллельны друг другу и оси пучка рентгеновского излучения, а также кольцевую матрицу микролазеров, формирующую на объекте кольцевую структуру лазерных пятен, форма и размеры которой совпадают с аналогичными параметрами зоны, просвечиваемой рентгеновским излучением, и по степени эллиптичности изображения которой судят о перпендикулярности оси рентгеновского пучка к поверхности контролируемого объекта, дополнительно введены рентгеночувствительная фотоматрица, располагаемая на поверхности объекта, противоположной рентгеновскому излучателю, в центре зоны, на которой устанавливается кассета с радиографической пленкой, видеосигнал рентгеночувствительной фотоматрицы поступает по кабельному или радиоканалу в компьютер и визуализируется на экране дисплея одновременно и/или последовательно с изображением, генерируемым телекамерой видимого диапазона спектра, а также диафрагму с крестообразным вырезом размером В×В из непрозрачного для рентгеновского излучения материала, устанавливаемую с возможностью ввода-вывода на оси рентгеновского пучка на расстоянии Н от фокуса рентгеновской трубки, причем центр перекрестия совпадает с этой осью, на дисплее наблюдают изображение этого перекрестия, размер перекрестия В×В выбирается с учетом соотношения В*=ВТмакс/Н<С, где В* - размер увеличенного теневого рентгеновского изображения перекрестия в плоскости рентгеночувствительной фотоматрицы размером С×С, Тмакс - максимальное расстояние от центратора до объекта, центратор установлен на подвижном основании с дистанционным управлением, перемещением которого добиваются совмещения центра изображения перекрестия с центром экрана дисплея.
Лазерный центратор содержит рентгеновский излучатель 1, к которому прикреплен корпус 2, в котором расположены первый отражатель 3 из оргстекла, установленный на оси рентгеновского пучка на расстоянии А от фокуса рентгеновской трубки под углом 45° к ней, второй отражатель 4 с центральным отверстием для прохождения лучей микролазеров, расположенных симметрично относительно оси, соединяющей центры первого и второго отражателей, в кольцевой матрице 6 диаметром Д, перед которой на ее оси установлена положительная линза с фокусным расстоянием Фл и диаметром Дл=>Д, фокальная плоскость которой находится на расстоянии А от центра первого отражателя. Оптические оси микролазеров параллельны друг другу и оптической оси линзы. Фокусное расстояние линзы Фл и диаметр кольцевой матрицы микролазеров Д связаны с углом расхождения пучка рентгеновского излучения очевидным соотношением Фл=Д/tg(a/2). Фокус линзы и вершина формируемого ею конического пучка лучей совпадают с отверстием во втором отражателе 4. На оси, проходящей через центр второго отражателя перпендикулярно к ней, установлена телекамера видимого диапазона спектра, ось объектива которой совпадает с этой осью. В фокальной плоскости этого объектива с фокусным расстоянием Фо расположена ПЗС-матрица видимого диапазона спектра размером К×К, видеосигнал которой поступает в компьютер 13. Фокусное расстояние объектива телекамеры Фт связано с размером ее ПЗС-матрицы К выражением
Фт=<K/2tg(a/2), что необходимо для постоянного нахождения кольцевой матрицы лазерных пятен на объекте в поле зрения объектива телекамеры. Оптическая ось объектива телекамеры параллельна оси пучка рентгеновского излучения и оптической оси лазерного дальномера 10 на корпусе 2. Сигналы лазерного дальномера 10 и телекамеры видимого диапазона спектра поступают в компьютер 13. Также на корпусе 2 на расстоянии Н от фокуса рентгеновской трубки располагается с возможностью ввода-вывода из пучка рентгеновского излучения диафрагма 9 из непрозрачного для рентгеновского излучения материала с крестообразным вырезом размером В×В, центр которого совпадает с осью пучка рентгеновского излучения. Центратор размещается на дистанционно управляемом подвижном основании 14 (робот, манипулятор и т.п.) для перемещения относительно объекта 11, находящегося от него на расстоянии Т. На объекте 11 со стороны, противоположной центратору, в центре области расположения кассеты с радиографической пленкой устанавливается рентгеночувствительная фотоматрица 12 с размером растра С×С, например матрица фирмы Хамамапу (Япония) С7921СА-02 размером 120×120 мм с преобразователем рентгеновского излучения на основе сцинтиллятора CsJ, нанесенного на волоконно-оптическую пластину, находящуюся в контакте с матрицей фотодиодов размером 50 мкм, которая соединяется кабелем или радиоканалом с компьютером 13.
Изобретение поясняется фиг.1, на которой представлена схема устройства (а), изображения на экране дисплея, генерируемые рентгеночувствительной матрицей (б) и телекамерой видимого диапазона спектра (в), а также вид диафрагмы с крестообразным вырезом (г). На фиг.1,б показан вид экрана при отсутствии наклона поверхности объекта к оси рентгеновского пучка (в=0) и при наличии наклона (в≠0). На фиг.1,в показан вид экрана при наличии смещения оси рентгеновского пучка от центра кассеты (х≠0) и при его отсутствии (х=0).
Центратор работает следующим образом.
Включают телекамеру видимого диапазона спектра, микролазеры кольцевой матрицы и лазерный дальномер и, наблюдая на дисплее изображение кольцевой структуры лазерных пятен на поверхности объекта, обращенной к центратору, контролируют степень ее эллиптичности, характеризующую перпендикулярность оси рентгеновского пучка к поверхности объекта. В случае необходимости производят угловые перемещения центратора относительно соответствующих осей, добиваясь устранения эллиптичности изображения кольцевой структуры микролазеров. Одновременно регистрируют расстояние Т от объекта до центратора, измеряемое лазерным дальномером для контроля режима радиографии. При этом диафрагма с перекрестием выводится из пучка рентгеновского излучения и соосного с ним конического пучка лучей микролазеров кольцевой матрицы. Затем диафрагму располагают на оси рентгеновского пучка, включают рентгеновский излучатель и наблюдают на дисплее изображение перекрестия диафрагмы, формируемое рентгеночувствительной матрицей, добиваясь за счет линейных перемещений центратора относительно объекта совмещения центра его изображения с центром экрана дисплея. При этом, очевидно, ось рентгеновского пучка проходит через центр зоны расположения кассеты с радиографической пленкой перпендикулярно к ней, что, например, совершенно необходимо при контроле сотовых структур в крыльях больших транспортных самолетов на наличие водного конденсата и при решении ряда других диагностических задач.
Литература
1. Патент РФ 2237984. Лазерный центратор для рентгеновского излучателя.