RU2369997C1

RU2369997C1 - Laser positioner for x-ray emitter

Info

Publication number: RU2369997C1
Application number: RU2008108277/28A
Authority: RU
Inventors: Андрей Анатольевич Кеткович (RU); Андрей Анатольевич Кеткович; Виктор Яковлевич Маклашевский (RU); Виктор Яковлевич Маклашевский
Original assignee: Виктор Яковлевич Маклашевский
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2009-10-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention can be used for aligning an X-ray emitter with respect to an object. The positioner additionally contains a fourth reflector, mounted on an axis which passes through the point of intersection of the first reflector and the axis of the laser, perpendicular the plane formed by axes of the X-ray and laser beams at a distance C from that point and aligned such that, the normal, passing from its point of intersection with this axis, lies in a plane passing through the axis of the X-ray beam, perpendicular the plane formed by axes of laser and X-ray beams and inclined at an angle of 45° to it. The first reflector is mounted at an angle of 45° to the axis of the laser, and its reflecting surface is perpendicular to the plane, passing through the axis of the laser, perpendicular to the plane formed by axes of the laser and X-ray beams. The distance C from the axis of the laser to the centre of the fourth reflector is chosen based on the expression

where D - is the distance to the object, F - is the cross dimension of the shielding element of the structural member of the object, t - is the distance from the said shielding element to the object. A third cylindrical lens, similar to the first two, and a third shutter are mounted between the first and fourth reflectors on an axis, passing through the centre of the first and fourth reflectors, with possibility of rotation about this axis.

EFFECT: possibility of aligning a laser view-finder directly onto a monitored region.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля объектов с использованием рентгеновского излучения.The invention relates to the field of non-destructive testing of objects using x-ray radiation.

Известное устройство включает в себя лазер с двухсторонним выходом излучения, отражатель, установленный на пересечении оптических осей лазерного и рентгеновского пучков, средство индикации расстояния. Особенностью устройства является наличие двух дополнительных отражателей, установленных симметрично друг другу относительно оси рентгеновского пучка с возможностью синхронного вращения в противоположных направлениях. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения при больших дистанциях и возможность наблюдения светящихся лазерных полосок при наличии экранирующих лазерных пучков несъемных элементов [1].The known device includes a laser with a two-sided output of radiation, a reflector mounted at the intersection of the optical axes of the laser and x-ray beams, means for indicating the distance. A feature of the device is the presence of two additional reflectors mounted symmetrically to each other relative to the axis of the x-ray beam with the possibility of synchronous rotation in opposite directions. The technical result of the invention is to improve measurement accuracy at large distances and the ability to observe luminous laser strips in the presence of shielding laser beams of non-removable elements [1].

Недостаток данного изобретения - невозможность наведения лазерного визира непосредственно на область контроля из-за экранирования его луча несъемными элементами конструкций объектов.The disadvantage of this invention is the inability to direct the laser sight directly at the control area due to the screening of its beam by non-removable structural elements of objects.

Цель изобретения - устранение этого недостатка.The purpose of the invention is the elimination of this disadvantage.

Для этого в лазерный центратор дополнительно введен четвертый отражатель, установленный на оси, проходящей через точку пересечения первого отражателя с осью лазера, перпендикулярного плоскости, образованной осями рентгеновского и лазерного пучков на расстоянии С от этой точки и ориентированной таким образом, чтобы нормаль, проведенная из точки его пересечения с этой осью, располагалась в плоскости, проходящей через ось рентгеновского пучка перпендикулярно плоскости, образованной осями лазерного и рентгеновского пучков, и была наклонена под углом 45° к ней, первый отражатель установлен под углом 45° к оси лазера, а его отражающая поверхность расположена перпендикулярно плоскости, проходящей через ось лазера перпендикулярно плоскости, образуемой осями лазерного и рентгеновского пучков, расстояние С от оси лазера до центра четвертого отражателя выбирается с учетом выражения

, где D - расстояние до объекта, F - поперечный размер экранирующего элемента конструкции объекта, t - расстояние от него до объекта, между первым и четвертым отражателем на оси, проходящей через центры первого и четвертого отражателей, установлена с возможностью вращения относительно этой оси третья цилиндрическая линза, аналогичная первым двум, и третья шторка.For this, a fourth reflector is additionally introduced into the laser centralizer, mounted on an axis passing through the point of intersection of the first reflector with the laser axis perpendicular to the plane formed by the axes of the x-ray and laser beams at a distance C from this point and oriented so that the normal drawn from the point its intersection with this axis, was located in a plane passing through the axis of the x-ray beam perpendicular to the plane formed by the axes of the laser and x-ray beams, and there was an inclination at an angle of 45 ° to it, the first reflector is installed at an angle of 45 ° to the laser axis, and its reflecting surface is perpendicular to the plane passing through the laser axis perpendicular to the plane formed by the axes of the laser and x-ray beams, the distance C from the laser axis to the center of the fourth reflector is selected taking into account the expression

where D is the distance to the object, F is the transverse size of the screening element of the object’s construction, t is the distance from it to the object, between the first and fourth reflectors on an axis passing through the centers of the first and fourth reflectors, a third cylindrical a lens similar to the first two, and the third curtain.

Изобретение поясняется чертежами - фиг.1, 2, 3 и 4, на которых показана схема устройства (фиг.1), вид поля зрения центратора при наведении на объект (фиг.2, а) и при измерении расстояния до объекта (фиг.2, б, в), а также расположение лазерных плоскостей в пространстве при этих операциях (фиг.3 и 4).The invention is illustrated by drawings - figure 1, 2, 3 and 4, which shows a diagram of the device (figure 1), the view of the Centralizer’s field of view when hovering over an object (figure 2, a) and when measuring the distance to the object (figure 2 , b, c), as well as the location of the laser planes in space during these operations (Figs. 3 and 4).

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, выполненный 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 5 установлен с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси поворота первого отражателя, на оптической оси 9 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 отражатель расположен симметрично ко 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, установленные на оси лазера соответственно между третьим и первым отражателем (12) и между лазером и вторым отражателем (13), четвертый отражатель 19 установлен на расстоянии С от точки пересечения первого отражателя с осью лазера на оси, проходящей через эту точку перпендикулярно плоскости, образованной лучами лазерного и рентгеновского пучков. При этом отражающая поверхность четвертого отражателя перпендикулярна плоскости, образованной осью рентгеновского пучка и прямой, соединяющей центры первого и четвертого отражателей, и наклонена под углом 45° к этой прямой (фиг.1, вид по стрелке «Q»).The centralizer contains an x-ray emitter 1, to which the housing 2 is attached with a laser 3 located in it with a two-sided output of radiation, three reflectors - 4, 5 and 6, the first of which is made of organic glass, made translucent, mounted at the intersection of the optical axis of the laser 3 with the axis X-ray beam 7 (incident on the controlled object 14 with a fixed element 15) with the possibility of rotation around an axis perpendicular to the plane defined by the optical axis 8 of the laser radiation output with the axis of the X-ray beam 7, the second reflector 5 updated with the possibility of rotation around an axis parallel to the axis of rotation of the first reflector, on the optical axis 9 of the laser radiation exit outside the projection of the output window of the x-ray emitter on it, the third reflector 6 is mounted on the axis 8 of the output of laser radiation with the possibility of rotation around an axis parallel to the axis of rotation of the second reflector wherein the reflector is located symmetrically to the second reflector relative to the axis of the x-ray beam at a distance A / 2 from this axis, where A is the distance between the rotation axes of the second and third reflectors I, mechanism 14 [2] for synchronous rotation in opposite directions of reflectors 5 and 6, means for indicating the distance from the X-ray emitter to object 10 with a scale 11 mounted on the centralizer body, two shutters 17 and 18 for interrupting laser beams from reflectors 5 and 6 , two cylindrical lenses 12 and 13 mounted on the laser axis respectively between the third and first reflector (12) and between the laser and the second reflector (13), the fourth reflector 19 is installed at a distance C from the point of intersection of the first reflector with the laser axis on the axis, passing through this point perpendicular to the plane formed by the rays of the laser and x-ray beams. In this case, the reflecting surface of the fourth reflector is perpendicular to the plane formed by the axis of the x-ray beam and the straight line connecting the centers of the first and fourth reflectors, and is inclined at an angle of 45 ° to this straight line (Fig. 1, view along the arrow “Q”).

Между первым и четвертым отражателем на прямой, соединяющей их центры, расположена дополнительная цилиндрическая линза 20, аналогичная первым двум линзам и ориентированная так, что формируемый ею плоский расходящийся пучок лучей расположен в плоскости, образуемой осями рентгеновского пучка и прямой, соединяющей центры первого и четвертого отражателей. Этот пучок формирует на поверхности объекта вертикальную линию, перпендикулярную лазерным полоскам, формируемыми вторым и третьим отражателями с помощью первой и второй цилиндрических линз.Between the first and fourth reflectors on the line connecting their centers, there is an additional cylindrical lens 20, similar to the first two lenses and oriented so that the flat diverging beam of rays formed by it is located in the plane formed by the axes of the x-ray beam and the line connecting the centers of the first and fourth reflectors . This beam forms a vertical line on the surface of the object perpendicular to the laser strips formed by the second and third reflectors using the first and second cylindrical lenses.

Между первым и четвертым отражателем расположена с возможностью ввода-вывода третья шторка для перекрывания лучей, падающих на четвертый отражатель.Between the first and fourth reflectors is located with the possibility of input-output third curtain for overlapping rays incident on the fourth reflector.

Лазерный центратор работает следующим образом.Laser centralizer operates as follows.

Сначала производится операция наведения оси рентгеновского пучка на нужную зону объекта 14. Для этого шторка 17 вводится в ход лучей, а шторки 18 и 21 выводятся. Вторая цилиндрическая линза 13 поворачивается на 90° вокруг оси лазера. При этом на объекте возникает изображение двух ортогональных лазерных полосок, центр пересечения которых совпадает с точкой пересечения объекта с осью рентгеновского пучка (фиг.2, а). При этом по соотношению длин вертикальной и горизонтальной полоски можно судить о степени перпендикулярности поверхности объекта оси рентгеновского пучка. Очевидно, что при перпендикулярности поверхности объекта оси рентгеновского пучка эти полоски имеют одинаковую длину.First, the operation of pointing the axis of the x-ray beam to the desired area of the object 14. To do this, the shutter 17 is introduced into the beam, and the shutters 18 and 21 are displayed. The second cylindrical lens 13 rotates 90 ° around the axis of the laser. In this case, an image of two orthogonal laser strips appears on the object, the center of intersection of which coincides with the point of intersection of the object with the axis of the x-ray beam (Fig. 2, a). Moreover, by the ratio of the lengths of the vertical and horizontal stripes, one can judge the degree of perpendicularity of the surface of the object to the axis of the x-ray beam. Obviously, with the surface of the object perpendicular to the axis of the x-ray beam, these strips have the same length.

Существенно, что наблюдение центра перекрестия на объекте возможно даже при наличии элементов конструкции, мешающих прямой видимости поверхности объекта, т.е. экранирующих его от лучей, перпендикулярных к объекту.It is significant that observation of the center of the crosshair on the object is possible even in the presence of structural elements that interfere with the direct line of sight of the surface of the object, i.e. shielding it from rays perpendicular to the object.

Для этого достаточно наблюдать объект под углом зрения, при котором экранирующий элемент уже не мешает процессу визирования объекта. Величина этих углов может быть оценена по соотношениям, приведенным ранее.To do this, it is enough to observe the object from an angle of view at which the screening element no longer interferes with the process of sighting the object. The magnitude of these angles can be estimated from the ratios given above.

После выполнения процедуры ориентации рентгеновского излучателя относительно объекта шторка 17 выводится из хода лучей, а шторка 21 - вводится в него. При этом вторая цилиндрическая линза поворачивается обратно на угол 90° относительно лазера, в результате чего на объекте возникает изображение двух параллельных друг другу лазерных полосок (фиг.2, б).After the orientation of the x-ray emitter relative to the object, the curtain 17 is removed from the path of the rays, and the curtain 21 is introduced into it. In this case, the second cylindrical lens rotates back through an angle of 90 ° relative to the laser, as a result of which the image of two laser strips parallel to each other appears on the object (Fig. 2, b).

Затем, вращая винт у механизма измерения дальности, поворачивают синхронно второй и третий отражатели до момента слияния лазерных полосок (фиг.2, в) и снимают по шкале дистанционный отсчет, соответствующий расстоянию от объекта до рентгеновского излучателя (см. также фиг.3 и фиг.4).Then, rotating the screw at the range measuring mechanism, the second and third reflectors are turned synchronously until the laser strips merge (Fig. 2, c) and the distance reading corresponding to the distance from the object to the x-ray emitter is taken on a scale (see also Fig. 3 and Fig. .four).

После этого производится радиографирование объекта.After this, radiography of the object is performed.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2242845 на изобретение «Лазерный центратор для рентгеновского излучателя». 2003 г.1. RF patent No. 2242845 for the invention of "Laser Centralizer for an X-ray emitter." 2003 year

2. Справочник конструктора оптикомеханических приборов / Под ред. В.А.Панова. Л.: Машиностроение. 1980, 742 с.2. Reference designer optomechanical devices / Ed. V.A. Panova. L .: Mechanical engineering. 1980, 742 p.

Claims

A laser centralizer for an x-ray emitter, comprising a housing, a laser disposed therein with a two-sided radiation output, the optical axis of which is parallel to the longitudinal axis of the x-ray emitter, three reflectors, the first of which is mounted at the intersection of the laser optical axis with the x-ray axis, and the second is mounted on the optical exit axis laser radiation outside the projection of the input window of the x-ray emitter onto it with the possibility of rotation around an axis perpendicular to the plane defined by the optical axis ode of laser radiation and the axis of the x-ray beam, means for indicating the distance from the x-ray emitter to the object in the form of a pointer with a scale mounted on the centralizer body, two cylindrical lenses mounted on the laser axis across each of its output beam with the possibility of rotation around the laser axis, one of which located between the second reflector and the second end of the laser emitter, while the focal length of the cylindrical lenses is selected from the ratio f = h / tgα,
where h is the radius of the laser beam;
α is the angle of the x-ray beam,
a shutter for interrupting the laser beam reflected by the second reflector, the first reflector is translucent, the third reflector, similar to the second, located symmetrically with respect to the optical axis of the x-ray beam and installed outside the projection zone of the output window of the x-ray emitter on it with the possibility of rotation around the axis, in parallel the axis of rotation of the second reflector synchronously with it, but in the opposite direction, using a mechanical drive containing screws with left and right threads, p memory location outside the spread of X-ray beam, wherein the distance A between the axes of rotation of the second and third reflector is chosen according to the ratio

,
where B << A is the size of the laser beam shielding non-removable element in the plane perpendicular to the axis of the x-ray beam,
t> B is the distance from the screening element of the structure of the object to the object;
D is the distance from the x-ray emitter to the object,
a shutter for interrupting the laser beam from the third reflector, a second cylindrical lens mounted on the laser axis between the third and first reflectors, characterized in that a fourth reflector is additionally introduced into the centralizer, mounted on an axis passing through the point of intersection of the first reflector with the laser axis perpendicular to the plane formed the axes of the x-ray and laser beams at a distance C from this point and oriented so that the normal drawn from the point of intersection with this axis has in the plane passing through the axis of the x-ray beam perpendicular to the plane formed by the axes of the laser and x-ray beams and tilted at an angle of 45 ° to it, the first reflector is installed at an angle of 45 ° to the axis of the laser, and its reflecting surface is perpendicular to the plane passing through the axis of the laser perpendicular to the plane formed by the axes of the laser and x-ray beams, the distance C from the laser axis to the center of the fourth reflector is selected taking into account the expression

,
where D is the distance to the object;
F is the transverse dimension of the screening element of the structure of the object;
t is the distance from it to the object,
between the first and fourth reflectors, on the axis passing through the centers of the first and fourth reflectors, a third cylindrical lens similar to the first two and a third curtain are mounted rotatably with respect to this axis.