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

Изобретение относится к области неразрушающего контроля объектов с использованием рентгеновского излучения.
Известен лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий корпус с расположенным в нем лазером, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два зеркала - первое зеркало, выполненное из оргстекла и установленное на пересечении оптических осей лазерного и рентгеновских пучков перпендикулярно образуемой ими плоскости и направляющее на объект лазерные пучки, концентричные оси рентгеновского пучка, второе зеркало, выполненное полупрозрачным и установленное на оси лазера между ним и первым зеркалом перпендикулярно плоскости, образованной осями рентгеновского и лазерного пучков, телевизионную систему, состоящую из ПЗС-матрицы и видеомонитора, ось объектива ПЗС-матрицы проходит через точку пересечения второго зеркала с осью лазера перпендикулярно к ней, и кольцевую матрицу лазеров, установленную симметрично относительно оси лазера перпендикулярно к ней между лазером и вторым зеркалом, узкополосный светофильтр, полоса пропускания которого совпадает с длиной волны излучения лазера, установленный перед объективом телевизионной системы, для измерения расстояния до рентгеновского излучателя использован лазерный дальномер, установленный в корпусе центратора, луч которого распространяется с помощью первого зеркала в направлении, совпадающим с осью рентгеновского пучка, и формирует на объекте лазерное пятно, положение которого совпадает с точкой пересечения объекта с осью рентгеновского пучка, оси лазеров кольцевой матрицы в плоскостях, образованных осями лазеров и осью лазера дальнометрической системы, наклонены к оси лазера дальномера под углами α/2, где α - угол излучения рентгеновского излучателя, сходятся в одной точке на расстоянии В от корпуса матрицы на оси лазера дальномера, расположенной на расстоянии А от точки пересечения первого зеркала с осью рентгеновского пучка, равном расстоянию от этой точки до фокуса рентгеновской трубки по оси рентгеновского пучка, и после отражения первого зеркала распространяются в виде конического пучка из N лучей, где N - число лазеров кольцевой матрицы, формирующих на поверхности объекта кольцевую структуру из N пятен, симметричную относительно центрального пятна, формируемого на объекте лазера и дальномера, причем диаметр этой структуры совпадает с размером зоны объекта, просвечиваемой рентгеновским излучением [1].
Недостаток данного изобретения - сложность юстировки кольцевой матрицы лазеров, а также отрицательное влияние второго полупрозрачного зеркала на работу лазерного дальномера, которое существенно зависит от наличия на пути распространения лазерного луча отражающих полупрозрачных поверхностей. Кроме того, лазер дальномера периодически отключается в процессе измерения для экономии энергии источника питания, что мешает его наблюдению при наведении центратора на объект.
Цель изобретения - устранение этих недостатков.
Для этого в центратор, содержащий корпус, в котором расположены первое зеркало, установленное под углом 45° к оси рентгеновского пучка в точке пересечения оси рентгеновского пучка и оси, параллельной продольной оси рентгеновского излучателя и проходящей на расстоянии А от фокуса рентгеновской трубки, лазерный дальномер и телевизионная система, состоящая из телекамеры на базе ПЗС-матрицы, объектива и монитора, установленного вне зоны раскрытия рентгеновского пучка, причем оптические оси лазерного дальномера и объектива телекамеры телевизионной системы параллельны друг другу и оси рентгеновского пучка, а перед объективом телекамеры установлен узкополосный фильтр, полоса пропускания которого совпадает с длиной волны лазера, применяемого в центраторе для подсветки объекта, при этом ось лазера параллельна продольной оси рентгеновского излучателя и проходит через центр первого зеркала, ротор с центральным осевым отверстием, расположенный на оси лазера между ним и первым зеркалом, на поверхности ротора, перпендикулярной оси лазера и обращенной к первому зеркалу, вдоль одного из его радиусов последовательно установлены полупрозрачное зеркало, расположенное на оси лазера под углом 45° к оси, второе зеркало, установленное на расстоянии R от центра полупрозрачного зеркала под углом
к оси лазера, где α - угол расхождения рентгеновского пучка, плоскости полупрозрачного зеркала и второго зеркала перпендикулярны плоскости, проходящей через ось лазера перпендикулярно плоскости, образованной осями лазера и рентгеновского пучка, центр полупрозрачного зеркала находится от центра первого зеркала на расстоянии С=А+В, где А - расстояние от фокуса рентгеновской трубки до центра первого зеркала, , ротор приводится в движение от электрического или иного привода с частотой f≤10 Гц.
Схема устройства приведена на фиг.1.
Центратор содержит корпус 2, закрепленный на рентгеновском излучателе 1. В корпусе 2 расположены лазер 9, ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя и проходит на расстоянии А от фокуса рентгеновской трубки через центр первого зеркала 3. Между лазером 9 и первым зеркалом 3 на оси лазера установлен ротор 4 с центральным отверстием, на поверхности которого, обращенной к первому зеркалу 3, последовательно установлено полупрозрачное зеркало на оси лазера 9 под углом 45° к ней, а также второе зеркало 5, установленное под углом  к оси лазера.
Ротор приводится во вращение относительно оси лазера 9 с помощью электрического привода, состоящего, например, из фрикциона 7 и мотора 8. На корпусе 2 установлены также лазерный дальномер 10 и телевизионная система, включающаяся у телекамеры 11 с объективом 12, ПЗС-матрицу 13 и монитор 14.
Центратор работает следующим образом - часть лучей лазера 9 проходит полупрозрачное зеркало 6, после отражения от первого зеркала 3 распространяются по направлению, совпадающему с осью рентгеновского пучка, и формирует на поверхности объекта 15 яркую точку, положение которой совпадает с точкой пересечения объекта с осью рентгеновского пучка.
Вторая часть излучения лазера 9 направляется на второе зеркало 5 и после отражения от него направляется под углом α/2 к оси лазера в точку, расположенную на расстоянии А от центра первого зеркала 3.
При вращении ротора 4 лучи лазера 9, отраженные от второго зеркала 5, образуют поверхность конуса с углом при вершине α, ось которого совпадает с осью лазера, а вершина которого находится на оси лазера 9 на расстоянии А от центра первого зеркала 3.
После отражения от первого зеркала 3 эти лучи распространяются соосно с осью рентгеновского пучка и формируют на объекте яркое кольцо, диаметр которого равен диаметру участка объекта, просвечиваемого рентгеновским пучком, и которое наблюдают на экране монитора 4.
При частоте вращения f≥10 Гц изображение кольца визуально воспринимается как слитное.
Угол наклона φ второго полупрозрачного зеркала 6 к оси лазерного пучка  выбран с учетом геометрических соотношений, показанных на фиг.2.
Из прямоугольного треугольника ОМК имеем  Таким образом, расстояние от второго полупрозрачного зеркала до лазера определяется углом расхождения рентгеновского пучка и конструктивным параметром В, что позволяет легко перестраивать геометрию пучка конических лучей при вращении ротора 4.
Понятно, что при этом угол φ наклона второго полупрозрачного зеркала имеет единственное значение, равное
Действительно, из прямоугольного треугольника ОМК имеем  откуда .
Рассматривая углы, прилегающие к оси OD, получим 2γ=180°-β, откуда
С учетом (2) получаем .
Из прямоугольника OCD имеем окончательно
Отметим, что гипотенуза треугольника OCD, совпадающая с поверхностью полупрозрачного зеркала 6, проведена через точку О пересечения прямой РО (сторона угла ОРС, равного  по определению) и перпендикулярна СО, направление которого совпадает с радиусом ротора 4. По известному закону отражения геометрической оптики нормаль MN к поверхности второго полупрозрачного зеркала 6 должна совпадать с биссектрисой угла КМО (угол падения равен углу отражения).
Центратор используется следующим образом. Включают лазер 9 и привод ротора 4 и, наблюдая на экране монитора 14 изображение объекта одновременно со сформированными на нем изображениями кольцевой структуры с яркой точкой в центре кольца, совмещают эту структуру с нужной зоной объекта, перемещая рентгеновский излучатель 1 вместе с корпусом 2 относительно объекта 15. После завершения процедуры наведения излучателя на объект производят измерение расстояния лазерного дальномера 10, выбирают необходимый режим просвечивания и производят экспонирование радиографической пленки.
Литература
1. Патент РФ N 2293453, Лазерный центратор.