Патент на изобретение №2369999

(54) ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕНТРАТОР ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ

(57) Реферат:

Использование: для ориентации рентгеновского излучателя по отношению к объекту. Сущность: заключается в том, что лазерный центратор содержит первое зеркало, установленное под углом 45° к оси рентгеновского пучка в точке пересечения осей рентгеновского пучка и оси, параллельной продольной оси рентгеновского излучателя и проходящей на определенном расстоянии от фокуса рентгеновской трубки, лазерный дальномер и телевизионную систему, состоящую из телекамеры на базе ПЗС-матрицы, объектива и монитора, установленного вне зоны раскрытия рентгеновского пучка, 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 и второе зеркало. Технический результат: повышение степени визуализации на объекте зоны, просвечиваемой рентгеновским излучением, а также упрощение юстировки кольцевой матрицы лазеров. 2 ил.

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 /2, где – 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 – 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 f10 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 /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 , 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 f10 Гц изображение кольца визуально воспринимается как слитное.

Угол наклона 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 наклона второго полупрозрачного зеркала имеет единственное значение, равное

Действительно, из прямоугольного треугольника ОМК имеем откуда .

Рассматривая углы, прилегающие к оси OD, получим 2=180°-, 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.

Формула изобретения

Лазерный центратор для рентгеновского излучателя, в котором расположены первое зеркало, установленное под углом 45° к оси рентгеновского пучка в точке пересечения осей 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 – 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 f10 Гц.

РИСУНКИ