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

Изобретение относится к области неразрушающего контроля объектов с помощью рентгеновского излучения. Известен центратор для рентгеновского излучателя, содержащий лазерный дальномер и телевизионную камеру, оптические оси которых параллельны оси пучка рентгеновского излучения, а также кольцевую матрицу микролазеров, формирующую на объекте изображение кольцевой структуры лазерных пятен, положение, размеры и форма которой совпадают с аналогичными геометрическими параметрами зоны, просвечиваемой рентгеновским излучением [1].
Недостатки данного центратора - наличие перед лазерным дальномером полупрозрачного зеркала, что вызывает сбои в его работе из-за паразитных световых бликов на поверхности этого зеркала, а также невозможность оценки соотношения размеров зоны просвечивания объекта рентгеновским излучением и кассеты с пленкой, используемой при радиографировании.
Цель изобретения - устранение этих недостатков.
Для этого в лазерном центраторе для рентгеновского излучателя, содержащем корпус, в котором расположены лазерный дальномер, ось лазера которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два зеркала, первое из которых из оргстекла установлено на пересечении осей лазерного и рентгеновского пучков перпендикулярно образуемой ими плоскости под углом 45 градусов к оси лазера, а второе расположено на оси лазера под углом 45 градусов к ней, причем его центр находится на расстоянии А от центра первого зеркала, равного расстоянию от него до фокуса рентгеновской трубки по оси рентгеновского пучка, телевизионная система, состоящая из объектива, ПЗС-матрицы и монитора, при этом оптическая ось объектива проходит через центр второго зеркала и совпадает с перпендикуляром, проведенным из этого центра к оси лазера, перед объективом расположен светофильтр для повышения контраста изображений лазерных структур на объекте, а на оси лазера дальномера перпендикулярно к ней и симметрично относительно нее на расстоянии В от центра второго зеркала установлена кольцевая структура микролазеров числом N>8, оптические оси которых наклонены к оси лазера дальномера под углами α/2 в плоскостях, образованных осями микролазеров и осью лазера, и которые после отражения от первого зеркала формируют на объекте изображение кольцевой структуры лазерных пятен, размеры и форма которой соответствуют размеру и форме зоны, просвечиваемой рентгеновским излучением, ось лазера дальномера после отражения от первого зеркала совпадает с осью рентгеновского пучка и формирует на объекте лазерное пятно, совпадающее с точкой пересечения оси рентгеновского пучка с объектом и с центром кольцевой структуры лазерных пятен, формируемой кольцевой матрицей микролазеров, второе зеркало выполнено с центральным отверстием для прохода луча лазерного дальномера, кольцевая матрица микролазеров диаметром Д установлена от центра второго зеркала на расстоянии В=Д/2tg(α/2), где α - угол расхождения пучка рентгеновских лучей, в центратор дополнительно введена прямоугольная матрица микролазеров размером К*Т, где К и Т - размеры радиографической пленки в кассете для радиографирования, эта матрица расположена на корпусе центратора симметрично относительно оси рентгеновского пучка, оптические оси микролазеров числом М>8 параллельны друг другу и оси рентгеновского пучка и формируют на объекте прямоугольную структуру лазерных пятен размером К*Т, который не изменяется при изменении расстояния от объекта до центратора L, и с помощью которой можно судить о соотношении размеров зоны объекта, просвечиваемой рентгеновским излучением и реальной зоны регистрации радиографических изображений, определяемой размерами применяемой радиографической пленки, причем для лучшего различения этой и кольцевой структуры лазерных пятен излучение микролазеров, формирующих прямоугольную структуру, может быть промодулировано с частотой Ф>=1-10 герц, а фокусное расстояние F объектива телекамеры выбирается с учетом соотношения F<R*Lмин/С, где Lмин - минимальное расстояние от объекта до центратора в рабочем диапазоне изменений этих расстояний, С - размер ПЗС-матрицы телекамеры, R - диагональ листа радиографической пленки размером К*Т.
Изобретение поясняется чертежами (фиг.1, а, б, в, г, д), на которых представлены общая схема центратора (фиг.1 а) и отдельные ее элементы.
Центратор 1 содержит корпус 2, в котором расположены первое зеркало 3 из оргстекла, второе зеркало 4 с центральным отверстием для прохода луча лазерного дальномера 6 [2], кольцевая матрица 5 микролазеров 13, светофильтр 7, объектив 8, ПЗС-матрица 9 и монитор 10 телевизионной системы, рама 11 с прямоугольной матрицей микролазеров 14. На фиг 1 б, в, показано расположение микролазеров 13 и 14 в соответствующих матрицах. На фиг.1 г представлена расчетная схема для выбора фокусного расстояния объектива. На фиг.1 д представлен вид экрана монитора с изображениями кольцевой и прямоугольной структур лазерных пятен на объекте 12. Микролазеры 13 и 14 могут быть идентичными или с различающимися спектральными, модуляционными и энергетическими характеристиками в зависимости от оптических характеристик объекта 12 для обеспечения достаточного контраста изображений соответствующих структур лазерных пятен.
Лазерный центратор работает следующим образом. Оператор совмещает кольцевую структуру лазерных пятен с подлежащим контролю участком объекта и производит визуальный контроль его поверхности. Микролазеры прямоугольной матрицы при этом могут быть отключены для устранения мешающих этому процессу факторов. Затем производят измерение расстояния от объекта до центратора. Включают микролазеры прямоугольной матрицы и производят оценку соответствия размеров пленки и зоны, просвечиваемой рентгеновским излучением. В случае необходимости производят коррекцию расположения центратора относительно объекта, добиваясь максимального заполнения площади пленки полезной информацией, т.е. полного вписания кольцевой структуры лазерных пятен в прямоугольную структуру лазерных пятен. Затем производят повторное измерение расстояние от объекта до центратора с помощью лазерного дальномера и приступают непосредственно к выполнению процедур радиографического контроля.
Приведенные выше соотношения между основными геометрическими параметрами оптических элементов центратора - фокусным расстоянием объектива F, размером матрицы С, диагональю прямоугольной матрицы R и расстоянием от объекта до центратора L иллюстрируются рис.1 а и не нуждаются в дополнительных пояснениях. Заметим, что угол поля зрения объектива W=2arctg(C/2F), что также понятно из фиг.1 а [3]. На фиг.1 г показаны подобные треугольники ОАВ и ОЕП, отношение высот которых пропорционально отношению их оснований, т.е. R*C=Lмин/F, откуда следует F<R*Lмин/C. Выполнение этого условия обеспечивает нахождение изображения прямоугольной матрицы микролазеров в поле зрения объектива телевизионной системы во всем диапазоне изменений расстояния от центратора до объекта, начиная с его минимального значения. При этом фокусное расстояние объктива считается значительно меньше этого расстояния, т.е. F<<L, что практически всегда выполняется на практике, т.к. обычно L>=3 м, а F<=50-100 мм.
Источники информации
1. Патент РФ №2237984. Лазерный центратор для рентгеновского излучателя.
2. Лазерный дальномер «ДИСТО», проспект фирмы LEICA, Австрия.
3. Справочник конструктора оптико-механических приборов, Л., Машиностроение, 1986, 680 стр.