Патент на изобретение №2369994

(54) ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕНТРАТОР ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ

(57) Реферат:

Использование: для ориентации рентгеновского излучателя по отношению к объекту. Сущность: заключается в том, что лазерный центратор для рентгеновского излучателя содержит корпус, в котором расположены лазер с двухсторонним выходом излучения, три отражателя, первый из которых выполнен полупрозрачным и установлен на пересечении оптической оси лазера с осью рентгеновского пучка, второй установлен на оптической оси выхода излучения лазера вне проекции на нее выходного окна рентгеновского излучателя с возможностью его поворота вокруг оси, перпендикулярной плоскости, задаваемой оптической осью выхода излучения лазера и осью рентгеновского пучка, третий отражатель, аналогичный второму и расположенный симметрично по отношению к нему относительно оси рентгеновского пучка, средство индикации расстояния от рентгеновского излучателя до объекта, две цилиндрические линзы, установленные на оси лазера поперек каждого его выходного пучка с возможностью вращения вокруг оси лазера, первая из которых расположена между вторым отражателем и вторым торцом лазерного излучателя, а вторая – между третьим и первым отражателями, второй и третий отражатели установлены с возможностью синхронного и противоположного вращения, две шторки для прерывания лазерных пучков от второго и третьего отражателей, при этом в него дополнительно введен призменный блок раздвоения луча, расположенный на оси лазера между третьим отражателем и второй цилиндрической линзой, блок состоит из светоделительной призмы-куба и прямоугольной призмы, отражательные плоскости которых параллельны друг другу и расположены перпендикулярно плоскости, образованной осями лазерного и рентгеновского пучков. Технический результат: повышение точности определения совмещения двух идентичных лазерных полосок, а также сокращение времени измерения расстояния до объекта. 2 ил.

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, содержащий корпус, расположенный в нем лазер с двухсторонним выходом излучения, оптическую ось рентгеновского излучателя, два отражателя, первый из которых установлен на пересечении оптической оси лазера с осью рентгеновского пучка, второй установлен на оптической оси выхода излучения лазера вне проекции из нее выходного окна рентгеновского излучателя с возможностью его поворота вокруг оси, перпендикулярной плоскости, задаваемой оптической осью выхода излучения лазера и осью рентгеновского пучка, средство индикации расстояния от рентгеновского излучателя до объекта в виде указателя со шкалой, закрепленной на корпусе центратора, две цилиндрические линзы, установленные на оси лазера поперек каждого его выходного пучка с возможностью вращения вокруг оси лазера, одна из которых расположена между вторым отражателем и вторым торцом лазерного излучателя, при этом фокусное расстояние цилиндрических линз выбирается из соотношения f=h/tg, где h – радиус лазерного пучка, – угол излучения рентгеновского пучка, шторку для прерывания лазерного пучка, отражаемого вторым отражателем, отличающийся тем, что первый отражатель выполнен полупрозрачным, а в центратор дополнительно введен третий отражатель, аналогичный второму, расположенный симметрично по отношению к нему относительно оптической оси рентгеновского пучка и установленный вне зоны проекции на него выходного рентгеновского излучателя с возможностью вращения вокруг оси, параллельной оси вращения второго отражателя, синхронно с ним в противоположном направлении с помощью, например, механического привода, содержащего винты с левой и правой резьбой, или другого известного устройства аналогичного назначения, расположенного вне зоны расположения рентгеновского пучка, причем расстояние А между осями вращения второго и третьего отражателя выбирается с учетом соотношения , где В<<А – размер экранирующего лазерные пучки несъемного элемента в плоскости, перпендикулярной оси рентгеновского пучка, tВ – расстояние от этого элемента до объекта, D – расстояние от рентгеновского излучателя до объекта, а перед третьим отражателем расположена дополнительная шторка, вторая цилиндрическая линза установлена на оси лазера между третьим и первым отражателями.

Недостатками известного устройства являются невысокая точность определения совмещения двух идентичных лазерных полосок особенно в условиях солнечного засвета, а также неопределенности определения направления смещения полосок в силу симметрии их расположения относительно оси рентгеновского пучка, что приводит к потере времени при измерении расстояния до объекта.

Цель изобретения – устранение этих недостатков.

Для этого в центратор дополнительно введен призменный блок раздвоения луча, расположенный на оси лазера между третьим отражателем и второй цилиндрической линзой, блок состоит из светоделительной призмы-куба и прямоугольной призмы, отражательные плоскости которых параллельны друг другу и расположены перпендикулярно плоскости, образованной осями лазерного и рентгеновского пучков, расстояние между лучами, выходящими из блока, определяется соотношением:

Zd₀+D_max, где d₀ – диаметр пучка на выходе лазера,

D_max – максимальное расстояние от объекта до рентгеновского излучателя, – угол расходимости лазерного пучка, фокусное расстояние второй цилиндрической линзы выбирается из условия , где – фокусное расстояние первой цилиндрической линзы, k – коэффициент, равный k=0,4÷0,6.

Изобретение поясняется чертежами – фиг.1 и фиг.2, на которых показана схема устройства призменного излучателя блока.

Центратор содержит рентгеновский излучатель 1, к которому крепится корпус 2 с расположенным в нем лазером 3 с двухсторонним выходом излучения, три отражателя – 4, 5 и 6, первый из которых сделан из оргстекла, выполнен полупрозрачным, установлен на пересечении оптической оси лазера 3 с осью рентгеновского пучка 7 (падающий на контролируемый объект 14 с несъемным элементом 15) с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной плоскости, задаваемой оптической осью 8 выхода излучения лазера с осью 7 рентгеновского пучка, второй отражатель 3 установлен с возможностью поворота вокруг оси, параллельной при повороте первого отражателя по оптической оси 8 выхода излучения лазера вне проекции на нее выходного окна рентгеновского излучателя, третий отражатель 6 установлен на оси 8 выхода излучения лазера с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси поворота второго отражателя, при этом третий отражатель расположен симметрично к второму отражателю относительно оси рентгеновского пучка на расстоянии А/2 от этой оси, где А – расстояние между осями вращения второго и третьего отражателя, механизм 14 [2] для синхронного вращения в противоположных направлениях отражателей 5 и 6, средство индикации расстояния от рентгеновского излучателя до объекта 10 со шкалой 11, закрепленной на корпусе центратора, две шторки 17 и 18 для прерывания лазерных пучков от отражателей 5 и 6, две цилиндрические линзы 12 и 13, первая из которых установлена на оси лазера между третьим и первым отражателем (12), а вторая – между лазером и вторым отражателем (13).

Призменный блок 19 установлен на оси лазера между третьим отражателем и первой цилиндрической линзой.

Призменный блок состоит (фиг.2) из светоделительного призмы-куба и приклеенной к ней оптически прозрачным клеем прямоугольной призмы, причем отражающие поверхности элементов призменного блока параллельны друг другу и перпендикулярны плоскости, образованной осями лазерного и рентгеновского пучков, и находятся на расстоянии h друг от друга.

Лазерный центратор работает следующим образом.

При введенных в ход лучей шторках 17 и 18 излучение лазера 3 после отражения его пучка от первого отражателя 4 совпадает с осью рентгеновского пучка и направляется на центр у контролируемой зоны объекта 14 за счет перемещения рентгеновского излучателя.

После этого шторки выводятся из хода лучей и наблюдают две параллельные друг другу лазерные полоски, сформированные цилиндрическими линзами 12, 13 и отражателями 5 и 6 на поверхности объекта 14. С помощью винтового механизма 16 полоски совмещаются друг с другом, и в этот момент по шкале 11 считывают расстояние от рентгеновского излучателя до объекта D. При этом за счет симметрии оптической системы, образованной отражателями 5 и 6 и лазерными пучками, распространяющимися по осям 8 и 9 на выходах лазера 3, изменение расстояния между лазерными полосками происходит синхронно и симметрично. На выходе призменного блока лучи раздваиваются и формируют на поверхности объекта две параллельные полоски с постоянным расстоянием между ними, не зависящим от расстояния до объекта и равным Zd₀+D_max, где d₀ – диаметр пучка на выходе лазера, – угол его расходимости (радиан), D_max – максимальное расстояние до объекта от рентгеновского излучателя. При этом высота этих полосок меньше высоты штриха, формируемого второй цилиндрической линзой в «K» раз, где K=(0,4÷0,6) – эмпирический коэффициент, выбираемый с учетом реальных условий применения центратора, т.е. оптимальной различимости штрихов биссектора, образуемого призменным блоком и штрихом, формируемым линзой 13.

Применение биссектора не только повышает надежность совмещения штрихов и, следовательно, точность определения расстояния до объекта, но и облегчает определять направление, в котором нужно перемещать биссектор и штрих (фиг.2,б).

Источники информации

1. Патент РФ 2242845 на изобретение «Лазерный центратор для рентгеновского излучателя», 2003 г.

2. Справочник конструктора оптико-механических приборов. Под ред. В.А.Панова. Л.: Машиностроение. 1980, 742 с.

Формула изобретения

Лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий корпус, расположенный в нем лазер с двухсторонним выходом излучения, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, три отражателя, первый из которых выполнен полупрозрачным и установлен на пересечении оптической оси лазера с осью рентгеновского пучка, второй установлен на оптической оси выхода излучения лазера вне проекции на нее выходного окна рентгеновского излучателя с возможностью его поворота вокруг оси, перпендикулярной плоскости, задаваемой оптической осью выхода излучения лазера и осью рентгеновского пучка, третий отражатель, аналогичный второму и расположенный симметрично по отношению к нему относительно оси рентгеновского пучка, средство индикации расстояния от рентгеновского излучателя до объекта в виде указателя со шкалой, закрепленной на корпусе центратора, две цилиндрические линзы, установленные на оси лазера поперек каждого его выходного пучка с возможностью вращения вокруг оси лазера, первая из которых расположена между вторым отражателем и вторым торцом лазерного излучателя, а вторая – между третьим и первым отражателями, второй и третий отражатели установлены с возможностью синхронного и противоположного вращения с помощью привода на основе винтов с левой и правой резьбой, две шторки для прерывания лазерных пучков от второго и третьего отражателей, расстояние между осями вращения второго и третьего отражателя выбирается с учетом соотношения ,
где В<<А, В – размер экранирующего лазерные пучки несъемного элемента в плоскости, перпендикулярной оси рентгеновского пучка,
tB, t – расстояние от этого элемента до объекта;
А – расстояние между осями вращения второго и третьего отражателя;
D – расстояние от рентгеновского излучателя до объекта,
отличающийся тем, что в него дополнительно введен призменный блок раздвоения луча, расположенный на оси лазера между третьим отражателем и второй цилиндрической линзой, блок состоит из светоделительной призмы-куба и прямоугольной призмы, отражательные плоскости которых параллельны друг другу и расположены перпендикулярно плоскости, образованной осями лазерного и рентгеновского пучков, расстояние между лучами, выходящими из блока, определяется соотношением Zd₀+D_max,
где d₀ – диаметр пучка на выходе лазера;
D_max – максимальное расстояние от объекта до рентгеновского излучателя;
– угол расходимости лазерного пучка,
фокусное расстояние второй цилиндрической линзы выбирается из условия ,
где – фокусное расстояние первой цилиндрической линзы;
k – коэффициент, равный k=0,4÷0,6.

РИСУНКИ