УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРИЕНТИРОВКИ МОНОКРИСТАЛЛОВ

Устройство для определения ориентировки монокристаллов, относится к области рентгеновского приборостроения и предназначено для исследования и контроля материалов и изделий посредством дифракции рентгеновских лучей.
При определении ориентировки монокристальных изделий принято использовать либо дифрактометрический способ, либо метод Лауэ. Дифрактометрический способ может обеспечивать очень высокую точность измерений, но он менее экспрессный и для его реализации требуются точные гониометирические средства измерения.
Точность метода Лауэ значительно ниже (около 0,5-1 угл. град), но для его исполнения требуется предельно простое рентгенографическое оборудование. Поскольку в исследовательской работе и в промышленном контроле очень часто не требуется точности выше 1 угл. град, метод Лауэ имеет очень широкое практическое применение.
Известно устройство для определения ориентировки монокристаллов, (Ч.С.Барретт. Структура металлов, М., Металлургиздат, 1948, с.122-123), которое включает источник рентгеновских лучей, заключенный в кожух с отверстиями, через которые выпускаются рентгеновские лучи, и против этих отверстий на кожухе выполнены посадочные места для установки рентгеновских камер, снабженных диафрагмами и рамками для рентгеновской пленки. Исследуемый образец в таком устройстве крепится непосредственно на диафрагме против ее отверстия, а пленка располагается за образцом. Устройство имеет очень простую конструкцию, оно предполагает, что фокусное пятно используемой рентгеновской трубки имеет достаточно большие размеры и нет необходимости в юстировке диафрагмы подвешенной камеры, однако в этом случае нет возможности получить достаточно высокую светосилу и обеспечить хорошую экспрессность и производительность контроля. К тому же в такой камере нельзя производить съемку обратных лауэграмм от образцов, через которые рентгеновский луч не проходит.
Известно устройство для определения ориентировки монокристаллов методом Лауэ, представляющее собой рентгеновскую камеру (Я.С.Уманский и др. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. М., Металлургия, 1982, с.223-224). Оно включает основание, на котором закреплены две стойки для установки на одну или другую, в зависимости от условий съемки, кассеты с фотопленкой, регистрирующей лауэграмму или эпиграмму. На передней стойке выполнен блок крепления сменного коллиматора. Между стойками на основании смонтирован узел крепления и юстировки держателя образца. В основании камеры смонтированы средства ее юстировки по отношению к источнику рентгеновских лучей. Основной недостаток камеры состоит в том, что она выполнена автономно от источника рентгеновских лучей, что не вызывает серьезных затруднений при исследовании индивидуальных образцов, но существенно ограничивает производительность при массовом контроле изделий.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является установка для определения ориентировки монокристаллов методом Лауэ (Frank H. Chung, Deane К. Smith, «Industrial Applications of X-ray Diffraction», изд. М. Dekker, 2000, p.139-141), которая включает корпус, который одновременно выполняет функции рентгенозащитного экрана, с размещенными внутри него источником рентгеновских лучей, снабженным кожухом с головкой для крепления рентгеновской трубки, против окна которой установлен коллиматор, детектором и держателем образца, снабженным манипулятором, и блок управления и обработки информации.
Недостаток наиболее близкого технического решения состоит в том, что в нем коллиматор рентгеновского пучка и детектор разнесены, механически не связаны между собой и каждый из них имеет свое независимое юстировочное устройство. Вследствие этого и устройство прибора, и выполнение съемки в нем, и компьютерная обработка регистрируемых эпиграмм оказываются чрезмерно сложными для практического использования.
В предлагаемой полезной модели для устранения указанных недостатков коллиматор рентгеновского пучка, детектор, его держатель, снабженный фиксатором и позиционером детектора, и механизм их котировочных перемещений выполнены в виде единого узла, смонтированного на головке источника рентгеновских лучей, при этом в детекторе, представляющем собой пластину, снабженную с одной стороны слоем фотостимулируемого люминофора, выполнено отверстие, через которое пропущен конец коллиматора.
Сущность технического решения иллюстрируют чертежи, представленные на фиг.1 и фиг.2. Установка в сборе показан на фиг.1 в виде корпуса, являющегося рентгенозащитным экраном, с заключенным внутри него штативом и смонтированными на нем элементами устройства. Узел коллиматора, средства юстировки и крепления детектора показаны в более крупном масштабе на фиг.2. Блоки управления и обработки информации не показаны. В корпусе 1 на его основании закреплен штатив 2, в верхней части которого на кронштейне смонтирован источник рентгеновского излучения 3 с вставленной в него сбоку съемной рентгеновской трубкой 4, закрепленной через охладитель в ее торце на головке 5. Снизу к головке 5 прикреплен через клиновидный упор 6 составной коллиматор 8, введенный своим верхним концом в отверстие 9 в головке 5, через которое выпускается рентгеновский пучок, возбуждаемый в фокусе 10 рентгеновской трубки 4. Он состоит из корпуса 7 со сквозным отверстием по оси, юстировочного механизма 11 и сменной диафрагмы 15. Котировочный механизм 11 закреплен на нижнем фланце корпуса 7 и выполненн в виде двух салазок, размещенных одни под другими. В обоих салазках в центре выполнены отверстия, располагающиеся под отверстием в корпусе 7, а их оси параллельны его оси. На нижних салазках закреплен держатель 12 съемного детектора 13 в виде пластины с отверстием, снабженный фиксатором и позиционером детектора 13, с возможностью их совместного перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях, перпендикулярно оси коллиматора 8. Между нижними салазками и держателем 12 установлен механизм 14 фиксации и позиционирования детектора 13. В отверстии нижних салазок установлена сменная диафрагма 15, которая проходит через отверстие в детекторе 13. На основании 16 в нижней части штатива 2 установлен столик 17 с подвижками и возможностью поворота вокруг оси рентгеновского пучка, на котором крепится сменная оснастка с держателями для контролируемых образцов, на которые направляют рентгеновский пучок, выходящий из отверстия диафрагмы 15. Блок рентгеновского излучения 3 смонтирован на кронштейне 2 с возможностью вертикального перемещения посредством маховичка 18 для регулирования расстояния от столика 17 до детектора 13. Место 19 падения рентгеновского пучка на поверхности объекта 21 указывает лазерный луч, идущий от блока 20, закрепленного на штативе 2. В качестве детектора 13, регистрирующего дифракционный спектр контролируемого объекта, используются пластины, снабженные слоем фотостимулируемого люминофора, многоразового пользования, имеющие для энергий рентгеновского излучения, обычно применяемого в рентгеноструктурном анализе материалов, существенно более высокую чувствительность по сравнению с фотопленкой.
Работа на подготовленной и отъюстированной установке осуществляется следующим образом. Открывают имеющиеся в передней части корпуса 1 дверцы и вставляют контролируемый образец в держатель оснастки (на фиг.1 не показана), закрепленной на столике 17. Посредством подвижек столика 17 подводят место предполагаемого рентгенографического контроля на поверхности образца 21 в точку 19 падения лазерного луча, идущего от лазерного блока 20. Во время предварительной юстировки точку падения лазерного луча на поверхности контролируемого образца совмещают с точкой падения рентгеновского луча, выходящего из диафрагмы 15 коллиматора, используя для этого перекрестие на флюорисцентном экранчике. Затем в держателе 12 устанавливают детектор 13, который фиксируется и позиционируется магнитной ловушкой. Дверцы рентгенозащитного корпуса установки закрывают и включают на блоке управления высокое напряжение, которое по завершении экспозиции автоматически отключается таймером. Открыв дверцы установки, снимают детектор 13 и помещают его в блок обработки информации, который включает лазерный считыватель изображения и компьютер, снабженный программой, предназначенной для конкретного типа исследования или контроля.
Благодаря тому, что коллиматор и держатель детектора в отличие от известного устройства установлены на едином механизме юстировки, который в свою очередь закреплен на головке источника рентгеновских лучей напротив окна рентгеновской трубки, а в качестве съемного детектора применена пластина с отверстием в центре, покрытая фотостимулируемым люминофором, обеспечиваются очень простые условия съемки и высокая производительность, что особенно важно при заводском контроле. В процессе работы нет причин, которые приводили бы к нарушению предварительной юстировке и сбоям, т.к. все действия сводятся к установке и съему детектора или образца и никак не затрагивают механизмов, обеспечивающих работу установки. В силу того, что примененный детектор в виде пластины, покрытой люминофором, имеет высокую чувствительность появляется возможность значительно снизить мощность источника рентгеновских лучей и его габариты, а тем самым и габариты самой установки, придав ей вид настольного прибора. К тому же поскольку коллиматор пропущен сквозь отверстие в детекторе, рентгеновский луч может быть направлен перпендикулярно плоскости детектора, а это позволяет существенно упростить работу системы обработки первичной информации, заключенной на снятой эпиграмме,и применять приемы, способствующие повышению производительности в условиях массового контроля.