RU2242846C1 - Laser localizer for x-ray radiation - Google Patents
Laser localizer for x-ray radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2242846C1 RU2242846C1 RU2003116298/28A RU2003116298A RU2242846C1 RU 2242846 C1 RU2242846 C1 RU 2242846C1 RU 2003116298/28 A RU2003116298/28 A RU 2003116298/28A RU 2003116298 A RU2003116298 A RU 2003116298A RU 2242846 C1 RU2242846 C1 RU 2242846C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- axis
- telescope
- ray
- centralizer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий с использованием рентгеновского излучения и может быть применено для контроля объектов авиакосмической техники и других отраслей машиностроения радиационным методом.The invention relates to non-destructive testing of materials and products using x-ray radiation and can be used to control objects of aerospace engineering and other engineering industries by the radiation method.
Известен лазерный центратор, имеющий корпус, в котором расположен лазер с двухсторонним выходом излучения, оптическая ось выхода излучения которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два отражателя, первый из которых выполнен из оргстекла и установлен на пересечении оптической оси лазера с осью рентгеновского пучка излучателя, а второй установлен с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси поворота первого отражателя, на оси выхода излучения лазера вне проекции на нее выходного окна рентгеновского излучения, средство индикации расстояния от рентгеновского излучателя до объекта и средство прерывания пучка от второго отражателя, установленное до или после второго отражателя, центратор снабжен двумя цилиндрическими линзами, установленными на оси излучения лазера, первая - между одним из торцев лазерного отражателя и первым отражателем, и вторая - между вторым торцем лазерного излучателя и вторым отражателем, их фокусное расстояние выбирается из соотношения f=h/tgα, где h - радиус лазерного пучка, α - угол излучения рентгеновского пучка, при этом линзы установлены с возможностью вращения вокруг оси лазерного пучка [1].A known laser centralizer having a housing in which there is a laser with a two-sided output of radiation, the optical axis of the output of which is parallel to the longitudinal axis of the x-ray emitter, two reflectors, the first of which is made of plexiglass and is installed at the intersection of the optical axis of the laser with the axis of the x-ray beam of the emitter, and the second is mounted to rotate around an axis parallel to the axis of rotation of the first reflector, on the axis of the output of the laser radiation outside the projection onto it of the output window of the x-ray ia, means for indicating the distance from the x-ray emitter to the object and means for interrupting the beam from the second reflector, installed before or after the second reflector, the centralizer is equipped with two cylindrical lenses mounted on the axis of the laser radiation, the first between one of the ends of the laser reflector and the first reflector, and the second is between the second end of the laser emitter and the second reflector, their focal length is selected from the relation f = h / tgα, where h is the radius of the laser beam, α is the angle of radiation of the x-ray beam, while lenses are mounted rotatably around the axis of the laser beam [1].
Недостаток данного устройства - невысокая точность измерений расстояния от объекта до излучателя при расстояниях порядка D≥3000 мм, что характерно при контроле крупногабаритных объектов авиакосмической техники. В этом случае для обеспечения требуемой точности измерений расстояния (порядка ±30 мм) точность отсчета по шкале индикатора этих расстояний составляет в угловой мере 1≤(1-3) угловых минут даже при предельно допустимых из-за конструктивных ограничений размеров базы дальномера центратора порядка В≤300 мм (В - расстояние между отражателями по оси лазера). Линейный размер деления шкалы индикатора, соответствующих этим углам, составляет t≤0,l мм даже при диаметре шкалы D=2R≈200 мм, что следует из очевидного уравнения t=R·α=100·10-3=0,1 мм (α=3'=0,001 в радианной мере). Это обстоятельство, в свою очередь, приводит к неоправданно высоким требованиям к качеству выполнения шкалы индикатора и соответствующим средствам отсчета по шкале, что ухудшает технико-экономические показатели устройства.The disadvantage of this device is the low accuracy of measuring the distance from the object to the emitter at distances of the order of D≥3000 mm, which is typical for the control of large-sized objects in aerospace engineering. In this case, to ensure the required accuracy of distance measurements (of the order of ± 30 mm), the accuracy of reading on the indicator scale of these distances is in the angular measure of 1≤ (1-3) arc minutes, even at maximum permissible due to design limitations of the size of the base of the range finder of the centralizer of order B ≤300 mm (B is the distance between the reflectors along the laser axis). The linear division size of the indicator scale corresponding to these angles is t≤0, l mm even with the diameter of the scale D = 2R≈200 mm, which follows from the obvious equation t = R · α = 100 · 10 -3 = 0.1 mm ( α = 3 '= 0.001 in radian measure). This circumstance, in turn, leads to unreasonably high requirements for the quality of the indicator scale and the corresponding means of reference on the scale, which affects the technical and economic performance of the device.
При использованной в центраторе схеме отражения лучей от второго отражателя его поворот на угол приводит к отношению отраженного луча от первоначального направления на угол α, что дополнительно уменьшает угловой размер рабочего диапазона шкалы и линейного размера ее делений, снижает точность измерений и ухудшает эксплуатационные и эргономические характеристики центратора в целом [2].When the scheme of reflection of rays from the second reflector used in the centralizer, its rotation by an angle leads to the ratio of the reflected beam from the initial direction to the angle α, which further reduces the angular size of the working range of the scale and the linear size of its divisions, reduces the accuracy of measurements and degrades the operational and ergonomic characteristics of the centralizer as a whole [2].
Наконец применение в центраторе цилиндрических линз, формирующих на объекте две световые полоски, угловой размер которых в пространстве изображения соответствует углу излучения рентгеновского излучателя, не всегда рационально, т.к. обычно достаточно высветить на объекте светящуюся точку, соответствующую точке его пересечения с осью рентгеновского пучка. При этом область объекта, просвечиваемая рентгеновским пучком, определяется размером кассеты с пленкой, накладываемой на него при радиографировании.Finally, the use of cylindrical lenses in the centralizer, forming two light strips on the object, whose angular size in the image space corresponds to the radiation angle of the x-ray emitter, is not always rational, because usually it’s enough to highlight a luminous point on the object corresponding to the point of its intersection with the axis of the x-ray beam. In this case, the region of the object that is illuminated by the x-ray beam is determined by the size of the cassette with the film superimposed on it during radiography.
Для устранения вышеуказанных недостатков в лазерный центратор, содержащий корпус с расположенным в нем лазером с двухсторонним выходом излучения, ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, отражатель из оргстекла, установленный на пересечении оптической оси лазера с осью рентгеновского пучка, средство индикации расстояния от рентгеновского излучателя до объекта в виде указателя со шкалой, закрепленной на корпусе центратора, дополнительно введены телескоп и световод с закрепленными на его входном и выходном торцах микролинзами, фокальные плоскости которых совпадают с этими торцами, первая микролинза расположена на оси лазера перед его вторым излучающим торцем, а вторая - перед окуляром телескопа и скреплена с указателем шкалы индикатора расстояния от объекта до излучателя, указатель шкалы установлен с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной плоскости, образованной осями лазерного и рентгеновского пучков и проходящей через центр проекции на эту плоскость входного зрачка окуляра телескопа.To eliminate the above drawbacks, a laser centralizer, comprising a housing with a laser located therein with a two-sided output of radiation, whose axis is parallel to the longitudinal axis of the x-ray emitter, plexiglass reflector mounted at the intersection of the optical axis of the laser with the x-ray axis, means for indicating the distance from the x-ray emitter to object in the form of a pointer with a scale mounted on the centralizer housing, an additional telescope and a light guide are introduced with fixed on its input and output t On the other hand, with micro lenses whose focal planes coincide with these ends, the first micro lens is located on the laser axis in front of its second radiating end, and the second is in front of the telescope’s eyepiece and fastened to the scale indicator of the distance indicator from the object to the emitter, the scale pointer is mounted to rotate about the axis, perpendicular to the plane formed by the axes of the laser and x-ray beams and passing through the center of the projection of the entrance pupil of the telescope’s eyepiece onto this plane.
Оптическая ось телескопа лежит в плоскости, образованной осями лазерного и рентгеновского пучков, проходит через точку пересечения этой плоскости с осью вращения указателя индикатора расстояний и наклонена к оси лазера на уголThe optical axis of the telescope lies in a plane formed by the axes of the laser and x-ray beams, passes through the point of intersection of this plane with the axis of rotation of the pointer of the distance indicator and is tilted to the axis of the laser by an angle
где В - база дальномерной системы центратора, равная расстоянию от оси рентгеновского пучка до оси вращения указателя расстояний;where B is the base of the rangefinder centralizer system, equal to the distance from the axis of the x-ray beam to the axis of rotation of the distance indicator;
Dmin и Dmax - соответственно минимальное и максимальное расстояния от объекта до излучателя,D min and D max - respectively, the minimum and maximum distances from the object to the emitter,
при этом угол поля зрения телескопа равен β≥(αmax-αmin).the angle of the telescope’s field of view is β≥ (αmax-αmin).
Изобретение поясняется фиг.1 и 2, на которых показана оптическая ось центратора и схема для расчета его точностных характеристик.The invention is illustrated in figures 1 and 2, which shows the optical axis of the centralizer and the scheme for calculating its accuracy characteristics.
Центратор содержит рентгеновский излучатель 1, к которому крепится корпус 2 с расположенным в нем лазером 3 с двухсторонним выходом излучения, ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, отражатель 4, выполненный из оргстекла и расположенный на пересечении осей лазерного и рентгеновского пучков, световод 6 с закрепленными на его торцах микролинзами, фокальные плоскости которых совпадают с этими торцами, шкалу 8 индикатора расстояний, закрепленную на корпусе 2, указатель 7 шкалы, на котором закреплена микролинза, установленная на выходном торце световода 6 и который может вращаться относительно оси, перпендикулярной плоскости, образованной осями лазерного и рентгеновского пучков, телескоп 9, плоскость входного зрачка окуляра которого проходит через ось вращения указателя 7, причем оптическая ось телескопа расположена в плоскости, образованной осями лазерного и рентгеновского пучков и наклонена к оси лазера на угол α.The centralizer contains an x-ray emitter 1, to which the housing 2 is mounted with a laser 3 located in it with a two-sided output of radiation, the axis of which is parallel to the longitudinal axis of the x-ray emitter, a reflector 4 made of plexiglass and located at the intersection of the axes of the laser and x-ray beams, the light guide 6 with fixed at its ends microlenses, the focal planes of which coincide with these ends, the scale 8 of the distance indicator mounted on the housing 2, the pointer 7 of the scale on which the microlens is mounted, updated at the output end of the fiber 6 and which can rotate about an axis perpendicular to the plane formed by the axes of the laser and x-ray beams, a telescope 9, the plane of the entrance pupil of the eyepiece which passes through the axis of rotation of the pointer 7, and the optical axis of the telescope is located in the plane formed by the axes of the laser and x-ray beams and tilted to the laser axis at an angle α.
Лазерный центратор работает следующим образом.Laser centralizer operates as follows.
Лазер 3 с помощью отражателя 4 формирует на объекте 10 яркую точку, соответствующую точке пересечения объекта с осью рентгеновского пучка.Laser 3 using a reflector 4 forms a bright dot on the object 10, corresponding to the point of intersection of the object with the axis of the x-ray beam.
Излучение из второго торца лазера первой микролинзой 5 фокусируется на входном торце световода 6. На выходе световода вторая микролинза 5 формирует параллельный пучок, угловая расходимость которого практически равна расходимости исходного лазерного пучка (1-3). Вторая микролинза укреплена на указателе 7 индикатора расстояний и вместе с ним может вращаться относительно оси, перпендикулярной плоскости, образованной осями лазерного и рентгеновского пучков и проходящей через центр проекции плоскости входного зрачка окуляра телескопа на эту плоскость. При этом при вращении указателя 7 излучение лазера на выходе второй микролинзы всегда проходит через центр зрачка окуляра телескопа. В соответствии со свойством телескопической системы при повороте указателя 7 и соответственно изменение угла падения лазерного пучка на зрачок окуляра Δα' ось лазерного пучка на выходе из телескопа отклоняется на угол Δα=Δα'/m, где m=fo/fon - увеличение телескопа, fo и fon - фокусное расстояние объектива и окуляра телескопа соответственно [2].The radiation from the second end of the laser by the first micro lens 5 is focused on the input end of the fiber 6. At the output of the fiber, the second micro lens 5 forms a parallel beam, the angular divergence of which is almost equal to the divergence of the original laser beam (1-3). The second microlens is mounted on the pointer 7 of the distance indicator and with it can rotate about an axis perpendicular to the plane formed by the axes of the laser and x-ray beams and passing through the center of the projection plane of the entrance pupil of the telescope’s eyepiece on this plane. Moreover, when the pointer 7 is rotated, the laser radiation at the output of the second microlens always passes through the center of the pupil of the telescope’s eyepiece. In accordance with the property of the telescopic system, when the pointer 7 rotates and, accordingly, the angle of incidence of the laser beam on the pupil of the eyepiece Δα 'changes, the axis of the laser beam at the exit from the telescope is deflected by the angle Δα = Δα' / m, where m = fo / fon is the increase of the telescope, fo and fon is the focal length of the lens and telescope eyepiece, respectively [2].
Оптическая ось телескопа наклонена к оси лазерного пучка на угол α=(αmax-αmin)/2, соответствующий среднему значению угла рентгеновского пучка с объектом при максимальном Dmax и соответственно минимальном Dmin расстоянием до объекта от излучателя. Угол поля зрения телескопа В выбирается из очевидного условия B≥(αmax-αmin).The optical axis of the telescope is inclined to the axis of the laser beam by an angle α = (αmax-αmin) / 2, which corresponds to the average value of the angle of the x-ray beam with the object at the maximum Dmax and, accordingly, the minimum Dmin distance to the object from the emitter. The angle of view of the telescope B is selected from the obvious condition B≥ (αmax-αmin).
В начале работы оператор наводит рентгеновский излучатель с центратором на нужную точку объекта, при этом излучение из второго торца лазера перекрывают заслонкой.At the beginning of the work, the operator directs the x-ray emitter with the centralizer to the desired point on the object, while the radiation from the second end of the laser is blocked by a shutter.
Затем заслонку убирают, оператор наблюдает на объекте две светящихся точки и, вращая указатель индикатора расстояний с установленным на нем выходным торцем световода с микролинзой, добивается совмещения лазерных пятен и в момент их совпадения производят отсчет по шкале индикатора расстояний от объекта до излучателя.Then the shutter is removed, the operator observes two luminous points on the object and, rotating the distance indicator pointer with the output end of the fiber with the microlens installed on it, achieves the alignment of the laser spots and, at the moment of their coincidence, counts the distance from the object to the emitter on a scale.
На фиг.2 представлена схема для расчета точностных характеристик центратора. На фиг.2 приняты следующие обозначения: В - база дальномера центратора, D - расстояние от объекта до излучателя, ΔD - минимальное изменение расстояния до объекта, соответствующее минимальному значению (цене деления) t шкалы индикатора расстояний, D' - расстояние от объекта до телескопа, t'o и t'on - фокусные расстояния объектива и окуляра телескопа, α - угол наклона оптической оси телескопа и оси лазера, параллельной базе дальномера В, Δα' - угловой размер минимального деления шкалы индикатора расстояний при радиусе шкалы, равном R, Δα=Δα'/m - угловой размер этого минимального деления шкалы в пространстве объектов, m=f'o/f'on - увеличение телескопа.Figure 2 presents a diagram for calculating the accuracy characteristics of the centralizer. In Fig. 2, the following notation is used: B is the base of the centralizer range finder, D is the distance from the object to the emitter, ΔD is the minimum change in the distance to the object corresponding to the minimum value (division price) t of the distance indicator scale, D 'is the distance from the object to the telescope , t'o and t'on are the focal lengths of the telescope objective and eyepiece, α is the angle of inclination of the optical axis of the telescope and the laser axis parallel to the base of the range finder B, Δα 'is the angular size of the minimum division of the distance indicator scale at a radius of the scale equal to R, Δα = Δα '/ m - angular time measures of this minimum division of the scale in the space of objects, m = f'o / f'on is the magnification of the telescope.
При контроле крупногабаритных изделий, например авиакосмической техники, расстояние D составляет D≥3000 мм. База дальномера обычно составляет В≈300 мм в связи с конструктивными ограничениями. При этом угол α=arctg (D/B)≈8,5°, из фиг. 2 следует, согласно тригонометрическим соотношениям, что Δα'=t/R (в радианной мере), D'=D/sinα, отрезок AC=D'·Δα. В прямоугольном треугольнике ДЕС угол ЕАС=α (углы со взаимно перпендикулярными сторонами), АЕ=ВД=АС/соsα.In the control of large-sized products, such as aerospace engineering, the distance D is D≥3000 mm. The rangefinder base is typically ≈300 mm due to design limitations. In this case, the angle α = arctan (D / B) ≈ 8.5 °, from FIG. 2 it follows, according to trigonometric relations, that Δα '= t / R (in radian measure), D' = D / sinα, segment AC = D '· Δα. In the right triangle of the DES, the angle EAC = α (angles with mutually perpendicular sides), AE = VD = AC / cosα.
После несложных преобразований, производя подстановки в соответствии с вышеприведенной формулами, получим выражение, связывающее цену деления шкалы индикатора t с соответствующим ему минимальным значением изменения расстояния до объекта AD через основные параметры схемы дальномера центратораAfter simple transformations, making substitutions in accordance with the above formulas, we obtain an expression relating the division price of the indicator scale t with the corresponding minimum value for changing the distance to the object AD through the main parameters of the centralizer rangefinder circuit
Приведен численный пример оценки этой величины для характерных значений параметров схемы дальномера центратора: D≈3000 мм, В=300 мм, α=arctg(D/B)=84°, sinα=0,995, cosα=0,10, R=100 мм, t=l мм, Δα=0,01 (в радианной мере), f'o=100 мм, f'on=10 мм, m=fo/fon=10.A numerical example of an estimate of this value is given for the characteristic values of the parameters of the centralizer rangefinder circuit: D≈3000 mm, B = 300 mm, α = arctg (D / B) = 84 °, sinα = 0.995, cosα = 0.10, R = 100 mm , t = l mm, Δα = 0.01 (in radian measure), f'o = 100 mm, f'on = 10 mm, m = fo / fon = 10.
Подставляя это значение в выражение (1), получимSubstituting this value into expression (1), we obtain
Таким образом точность определения расстояния от объекта до излучателя составила 30 мм в относительных величинах, ΔD/D=30/3000=1%, что достаточно для большинства практических случаев радиографирования объектов техники.Thus, the accuracy of determining the distance from the object to the emitter was 30 mm in relative values, ΔD / D = 30/3000 = 1%, which is sufficient for most practical cases of radiography of technical objects.
В случае необходимости повышения точности измерения (ΔD) или ее сохранения при увеличении расстояния (D) выражение (1) позволяет подобрать необходимые значения параметров схемы дальномера центратора (В, t, R, m).If it is necessary to increase the measurement accuracy (ΔD) or maintain it with increasing distance (D), expression (1) allows you to select the necessary values of the parameters of the centralizer rangefinder circuit (B, t, R, m).
Отметим, что при использовании схемы измерения расстояния до объекта согласно изобретению-прототипу для аналогичных значений D=3000 мм, B=300 мм, α=84°, ΔD=30 мм, Δα=0,001, R=100 мм получим значение цены деления шкалы t=0,05 мм, что требует сложной технологии изготовления шкалы, применения нониусных шкал отсчета и существенно снижает эргономические характеристики центратора.Note that when using the scheme for measuring the distance to the object according to the invention of the prototype for similar values of D = 3000 mm, B = 300 mm, α = 84 °, ΔD = 30 mm, Δα = 0.001, R = 100 mm, we obtain the value of the scale division value t = 0.05 mm, which requires sophisticated scale manufacturing technology, the use of nonius reference scales and significantly reduces the ergonomic characteristics of the centralizer.
Литература:Literature:
1. Патент РФ №2106619, Лазерный центратор.1. RF patent No. 2106619, Laser centralizer.
2. Справочник конструктора оптико-механических приборов. /Под ред. В.А.Панова. - Л.: Машиностроение, 1980, с.742.2. Reference designer of optical-mechanical devices. / Ed. V.A. Panova. - L .: Engineering, 1980, p. 742.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003116298/28A RU2242846C1 (en) | 2003-06-03 | 2003-06-03 | Laser localizer for x-ray radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003116298/28A RU2242846C1 (en) | 2003-06-03 | 2003-06-03 | Laser localizer for x-ray radiation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003116298A RU2003116298A (en) | 2004-12-10 |
| RU2242846C1 true RU2242846C1 (en) | 2004-12-20 |
Family
ID=34388162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003116298/28A RU2242846C1 (en) | 2003-06-03 | 2003-06-03 | Laser localizer for x-ray radiation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2242846C1 (en) |
-
2003
- 2003-06-03 RU RU2003116298/28A patent/RU2242846C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7298468B2 (en) | Method and measuring device for contactless measurement of angles or angle changes on objects | |
| JP2019095799A (en) | Optical waveguide for guiding illumination light | |
| US3345120A (en) | Light spot apparatus | |
| US3619070A (en) | Method and apparatus for measuring thickness | |
| US3263087A (en) | Electro-optical distance gage | |
| RU2242846C1 (en) | Laser localizer for x-ray radiation | |
| US5355209A (en) | Device for measuring the diameter of an object that is largely cylindrical, for example an optical fiber, without contact | |
| RU2237985C1 (en) | Laser localizer for x-ray radiator | |
| RU2254694C2 (en) | Laser localizer for x-ray emitter | |
| US3288021A (en) | Microscope for measuring the size of an object | |
| RU2106619C1 (en) | Laser centralizer for x-radiator | |
| RU2369997C1 (en) | Laser positioner for x-ray emitter | |
| RU2369998C1 (en) | Laser positioner for x-ray emitter | |
| US3375754A (en) | Lens testing autocollimator | |
| RU2136124C1 (en) | Laser centering skid for x-ray source | |
| US3535042A (en) | Optical gage | |
| RU2242845C1 (en) | Laser localizer for x-ray radiator | |
| RU2421948C1 (en) | Laser centraliser for x-ray emitter | |
| RU2315446C2 (en) | Laser localizer for x-ray emitter | |
| RU2251229C2 (en) | Laser centralizer for x-ray emitter | |
| RU2280857C2 (en) | Laser centering mount for x-ray radiator | |
| RU2297115C1 (en) | Laser centering mount for roentgen radiator | |
| US3658419A (en) | Device to facilitate the focusing of a distance meter | |
| RU2251682C2 (en) | Laser centering mount for x-ray radiator | |
| RU2243629C2 (en) | Laser localizer for x-ray generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050604 |