RU2237983C2

RU2237983C2 - Laser x-radiation localizer

Info

Publication number: RU2237983C2
Application number: RU2002134744/28A
Authority: RU
Inventors: А.А. Кеткович (RU); А.А. Кеткович; В.Я. Маклашевский (RU); В.Я. Маклашевский
Original assignee: Войсковая часть 75360; Кеткович Андрей Анатольевич; Маклашевский Виктор Яковлевич
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-10-10

Abstract

FIELD: nondestructive inspections of objects using roentgen rays.

SUBSTANCE: device has laser; two mirrors of which first one is installed at intersection point of laser and X-ray beam axes and functions to convey laser beams concentric with respect to X-ray beams to object; linear scale; telescope designed for expanding and collimating laser radiation and for shaping actual image of luminous disk by means of second mirror; and television system. Novelty is that device lens is mounted for entering and escaping laser beam, first focus of lens being spaced from intersection point of X-ray beam axis and first mirror through distance equal to that from this point to X-ray radiator anode and that focal length of lens is specified by definite relation.

EFFECT: facilitated evaluation of object area size.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю с использованием рентгеновского излучения и может быть применено для контроля материалов и изделий радиационным методом в различных отраслях машиностроения.The invention relates to non-destructive testing using x-ray radiation and can be used to control materials and products by the radiation method in various engineering industries.

Известен лазерный центратор для рентгеновского излучателя [1], содержащий корпус с расположенным в нем лазером, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два зеркала, первое из которых выполнено из оргстекла, установлено на пересечении оптических осей лазерного и рентгеновского пучков излучения, перпендикулярно образованной ими плоскости и направляет на объект коллимированный лазерный пучок, концентричный с рентгеновским пучком, шкалу, телескоп для расширения и коллимации лазерного излучения, состоящий из микрообъектива и объектива, позволяющий посредством первого зеркала, объектива и второго зеркала, выполненного полупрозрачным, сформировать в фокальной плоскости объектива телескопа, совпадающей со шкалой, действительное изображение светящегося диска, получаемого на поверхности объекта в зоне освещения лазерным пучком, телевизионную систему, включающую телекамеру и видеоконтрольное устройство, причем шкала выполнена линейной, установлена перед лазером и расположена в фокальной плоскости объектива телескопа таким образом, что изображение шкалы и освещаемой лазерным пучком зоны объекта дополнительным микрообъективом проектируется в плоскость миниатюрной ПЗС-матрицы телекамеры, видеосигнал с которой подают на вход видеоконтрольного устройства, на экране которого наблюдают изображение лазерного пятна и оценивают его размер с помощью изображения линейной шкалы, деления которой оцифрованы непосредственно в фокусных расстояниях рентгеновского излучателя и число которых, приходящихся на изображение лазерного пятна, определяет величину фокусного расстояния рентгеновского излучателя для его конкретного положения относительно объекта.Known laser centralizer for an x-ray emitter [1], containing a housing with a laser located in it, the optical axis of which is parallel to the longitudinal axis of the x-ray emitter, two mirrors, the first of which is made of plexiglass, is installed at the intersection of the optical axes of the laser and x-ray radiation beams perpendicular to plane and directs a collimated laser beam concentric with the x-ray beam onto the object, a scale, a telescope for expanding and collimating laser radiation, consisting of a micro-lens and a lens, which allows using the first mirror, the lens and the second mirror, made translucent, to form in the focal plane of the telescope lens, coinciding with the scale, a real image of the luminous disk received on the surface of the object in the area of illumination by a laser beam, a television system including a television camera and a video monitoring device, the scale being linear, mounted in front of the laser and located in the focal plane of the telescope lens in such a way that the image of the scale and the area of the object illuminated by the laser beam with an additional micro lens is projected onto the plane of the miniature CCD matrix of the camera, the video signal from which is fed to the input of the video monitoring device, on the screen of which the image of the laser spot is observed and its size is estimated using the linear scale image, the divisions of which are directly digitized at the focal lengths of the x-ray emitter and the number of which per image of the laser spot determines the magnitude of the focal length X-ray emitter tions for its particular position relative to the object.

Это устройство не позволяет оценивать размеры зоны объекта, просвечиваемой расходящимся рентгеновским пучком, что затрудняет проведение процесса контроля.This device does not allow to estimate the size of the zone of the object, illuminated by a diverging x-ray beam, which complicates the control process.

Цель изобретения - устранение этого недостатка. Для этого в устройство дополнительно введена линза, которая располагается на оси лазера между первым зеркалом и объективом телескопа, и установлена с возможностью ввода/вывода из пучка лазерного излечения, причем передний фокус линзы удален от точки пересечения оси рентгеновского пучка с первым зеркалом на расстояние А, равное расстоянию от этой точки до анода рентгеновского излучателя, а фокусное расстояние линзы отвечает условию

, где D - диаметр коллимированного лазерного пучка, β-угол излучения рентгеновского излучателя.The purpose of the invention is the elimination of this disadvantage. For this, a lens is additionally introduced into the device, which is located on the laser axis between the first mirror and the telescope objective, and is installed with the possibility of input / output from the laser beam, and the front focus of the lens is removed from the point of intersection of the x-ray axis with the first mirror at a distance of equal to the distance from this point to the anode of the x-ray emitter, and the focal length of the lens meets the condition

where D is the diameter of the collimated laser beam, β is the angle of radiation of the x-ray emitter.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана общая схема лазерного центратора (а) и вид его шкалы с изображением лазерного пятна на экране телевизионного монитора (б).The invention is illustrated by the drawing, which shows the General diagram of the laser centralizer (a) and the type of scale with the image of the laser spot on the screen of a television monitor (b).

Лазерный центратор содержит закрепляемый на рентгеновском излучателе 1 корпус 12, в котором располагаются лазер 2 с односторонним выходом излучения, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя. Перед лазером на его оптической оси установлен телескоп, состоящий из объектива 5 и микрообъектива 5, два зеркала, первое из которых 6, выполненное из оргстекла, установлено на пересечении оптической оси лазера с осью рентгеновского пучка с возможностью котировочных поворотов вокруг оси, перпендикулярной плоскости, задаваемой оптической осью выхода излучения лазера с осью рентгеновского пучка, а второе 4 выполнено полупрозрачным и установлено между объективом 5 и микрообъективом 5 телескопа под углом 45° к оптической оси лазера. В плоскости изображения лазерного пятна, формируемого объективом 5 и полупрозрачным отражателем 4, установлена линейная шкала из стекла 7. Второй объектив 8 проектирует изображения лазерного пятна и шкалы 7 на видеопреобразователь 9 телекамеры, (например, ПЗС-матрицы), с помощью которой они наблюдаются на экране видеомонитора 10. Подсветка шкалы 7 осуществляется рассеянным на ней лазерным излучением.The laser centralizer comprises a housing 12 fixed to the x-ray emitter 1, in which the laser 2 is arranged with a single-sided radiation output, the optical axis of which is parallel to the longitudinal axis of the x-ray emitter. In front of the laser, a telescope is installed on its optical axis, consisting of a lens 5 and a micro lens 5, two mirrors, the first of which 6, made of plexiglass, is mounted at the intersection of the laser optical axis with the x-ray axis with the possibility of quoted rotations around an axis perpendicular to the plane specified optical axis of the output of the laser radiation with the axis of the x-ray beam, and the second 4 is made translucent and mounted between the lens 5 and the microscope 5 of the telescope at an angle of 45 ° to the optical axis of the laser. In the image plane of the laser spot formed by the lens 5 and the translucent reflector 4, a linear scale of glass 7 is installed. The second lens 8 projects the images of the laser spot and scale 7 onto the video converter 9 of the camera, (for example, a CCD), with which they are observed on screen of the video monitor 10. The backlight of the scale 7 is carried out by laser radiation scattered on it.

Дополнительная линза 11 установлена на оптической оси лазера между первым зеркалом 6 и объективом телескопа 5 с возможностью ввода/вывода из пучка излучения. Линза 11 имеет диаметр, D≥D₀, где D₀ - диаметр пучка коллимированного лазерного пучка на выходе объектива телескопа 5, ее фокусное расстояние выбирается из соотношения

, где β - угол излучения рентгеновского излучателя. Передний фокус линзы (точка F на чертеже а) находится на расстоянии А от точки пересечения от лазера с первым зеркалом.An additional lens 11 is mounted on the optical axis of the laser between the first mirror 6 and the telescope lens 5 with the possibility of input / output from the radiation beam. Lens 11 has a diameter, D≥D ₀ , where D ₀ is the diameter of the collimated laser beam at the output of the telescope lens 5, its focal length is selected from the relation

where β is the radiation angle of the x-ray emitter. The front focus of the lens (point F in Figure a) is at a distance A from the point of intersection from the laser with the first mirror.

Лазерный центратор работает следующим образом. Излучение лазера 1 с помощью телескопа, состоящего из микрообъектива 5 и объектива 5, расширяется до диаметра D и коллимируется для уменьшения угловой расходимости, а в целях сохранения постоянства этого диаметра во всем диапазоне требуемых фокусных расстояний центратора. После отражения от первого отражателя 4 коллимированный лазерный пучок, ось которого совмещается юстировкой с осью рентгеновского пучка, направляется на объект 15 (на схеме показаны два положения объекта 1 и 11, соответствующие различным фокусным расстоянием, различающимся на ΔL). После отражения от диффузной поверхности объекта, лазерный пучок теряет параллельность и распространяется в обратном направлении в пределах широкого телесного угла β≥а, что позволяет с помощью отражателя 4, объектива 5 и полупрозрачного отражателя 6 сформировать в фокальной плоскости объектива 5, совпадающей со шкалой 7, действительное изображение светящегося диска, получаемого на поверхности объекта в зоне освещения лазерным пучком. Изображения шкалы 7 и освещаемой лазерным пучком зоны объекта объективом 8 проектируются в плоскость видеопреобразователя телекамеры (например, миниатюрной ПЗС-матрицы), видеосигнал от которой подается на вход видеоконтрольного устройства 10. На экране видеоконтрольного устройства оператор наблюдает изображение лазерного пятна и оценивает его размер с помощью изображения линейной шкалы, оцифрованной непосредственно в единицах фокусного расстояния рентгеновского излучателя, например, в метрах. На чертеже (б) показаны изображения лазерного пятна для расстояния до объекта L’₀ и L’’₀.Laser centralizer operates as follows. The radiation of laser 1 using a telescope consisting of a micro lens 5 and lens 5, is expanded to a diameter D and collimated to reduce angular divergence, and in order to maintain the constancy of this diameter over the entire range of required focal lengths of the centralizer. After reflection from the first reflector 4, a collimated laser beam whose axis is aligned with the axis of the x-ray beam is directed to object 15 (the diagram shows two positions of object 1 and 11 corresponding to different focal lengths that differ by ΔL). After reflection from the diffuse surface of the object, the laser beam loses parallelism and propagates in the opposite direction within a wide solid angle β≥а, which allows using reflector 4, lens 5 and translucent reflector 6 to form in the focal plane of lens 5 that matches the scale 7, a real image of a luminous disk obtained on the surface of an object in the area of illumination by a laser beam. The images of the scale 7 and the objective zone of the object illuminated by the laser beam by the lens 8 are projected onto the plane of the video converter of the camera (for example, a miniature CCD), the video signal from which is fed to the input of the video monitoring device 10. On the screen of the video monitoring device, the operator observes the image of the laser spot and estimates its size using images of a linear scale digitized directly in units of the focal length of the x-ray emitter, for example, in meters. In the drawing (b) shows the image of the laser spot for the distance to the object L ' ₀ and L'' ₀ .

При введении дополнительной линзы 11 в лазерный пучок она формирует с помощью первого зеркала 6 расходящийся конический пучок лазерного излучения, концентричного с рентгеновским пучком, и имеющий одинаковый с ним угол расхождения β. При этом на объекте 13 формируется изображение светлого диска, размер которого в плоскости объекта совпадает с размером зоны объекта, просвечиваемой рентгеновским излучением. Это позволяет оператору осуществлять кривизну зоны просвечивания к конкретным участкам объекта.When an additional lens 11 is introduced into the laser beam, it forms, using the first mirror 6, a diverging conical beam of laser radiation concentric with the x-ray beam and having the same angle of divergence β. At the same time, an image of a light disk is formed on the object 13, the size of which in the plane of the object coincides with the size of the zone of the object that is exposed to x-ray radiation. This allows the operator to implement the curvature of the transillumination zone to specific areas of the object.

Применение телевизионной системы повышает безопасность работы с лазерным излечением (устраняет ослепление и т.п.) и позволяет, в случае необходимости, автоматизировать процесс вычисления фокусных расстояний, например, с помощью ПЭВМ или калькулятора. Кроме того, оператор может контролировать совпадение оси рентгеновского пучка с выбранным направлением просвечивания изделия, а также осуществлять визуальное наблюдение поверхности объекта в зоне, освещаемой лазерным пучком.The use of a television system increases the safety of working with laser healing (eliminates blinding, etc.) and allows, if necessary, to automate the process of calculating focal lengths, for example, using a PC or a calculator. In addition, the operator can control the coincidence of the axis of the x-ray beam with the selected direction of transmission of the product, as well as carry out visual observation of the surface of the object in the area illuminated by the laser beam.

Для упрощения расчетов фокусных расстояний фокусное расстояние 1 объектива 5 выбирается из условия L≥20f’, где L - минимальное расстояние до объекта.To simplify the calculation of focal lengths, the focal length 1 of the lens 5 is selected from the condition L≥20f ’, where L is the minimum distance to the object.

При этом выполняется условие сохранения глубины резкости изображения во всем диапазоне измеряемых фокусных расстояний. В этом случае согласно законам геометрической оптики, размер изображения лазерного пятна связан с расстоянием L до объекта соотношением L=C/D’(мм), где D’ - размер изображения лазерного пятна (мм), C=Df’ - константа дальномера, D - размер (диаметр) падающего лазерного пучка (мм), f’ - фокусное расстояние объектива 5 (мм).In this case, the condition for maintaining the depth of field of the image in the entire range of measured focal lengths is fulfilled. In this case, according to the laws of geometric optics, the image size of the laser spot is related to the distance L to the object by the ratio L = C / D '(mm), where D' is the image size of the laser spot (mm), C = Df 'is the range finder constant, D is the size (diameter) of the incident laser beam (mm), f 'is the focal length of the lens 5 (mm).

Источники информацииSources of information

1. Патент РФ №2136124 от 27.08.99. Лазерный центратор для рентгеновского излучателя.1. Patent of the Russian Federation No. 2136124 dated 08/27/99. Laser centralizer for x-ray emitter.

Claims

A laser centralizer for an x-ray emitter, comprising a housing with a laser located therein, whose optical axis is parallel to the longitudinal axis of the x-ray emitter, two mirrors, the first of which is made of plexiglass and mounted at the intersection of the optical axes of the laser and x-ray beams perpendicular to the plane they form and directing to the object laser beams concentric to the x-ray beam, a linear scale digitized at distances from the object to the x-ray emitter, a telescope for expansion and collimating laser radiation, consisting of a micro-lens and a lens and allowing by means of the first mirror, the lens and the second mirror, made translucent, to form in the focal plane of the telescope lens, coinciding with the scale, a real image of the luminous disk obtained on the surface of the object in the area of illumination by a laser beam, a television system, a micro lens for transferring a disk image to the input of a CCD matrix of a television system, characterized in that it further comprises a lens, a cat the paradise is located on the laser axis between the first mirror and the telescope objective and is mounted with the possibility of input / output from the laser beam, the front focus of the lens being removed from the point of intersection of the x-ray axis with the first mirror by a distance A equal to the distance from this point to the x-ray anode emitter, and the focal length of the lens meets the condition

,

where D is the diameter of the collimated laser beam;

β is the angle of emission of the x-ray emitter.