RU2421950C1

RU2421950C1 - Laser centraliser for x-ray emitter

Info

Publication number: RU2421950C1
Application number: RU2010102849/07A
Authority: RU
Inventors: Виктор Яковлевич Маклашевский (RU); Виктор Яковлевич Маклашевский; Людмила Николаевна Муллина (RU); Людмила Николаевна Муллина; Валентина Ивановна Самодурова (RU); Валентина Ивановна Самодурова
Original assignee: Виктор Яковлевич Маклашевский
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-06-20

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: laser centraliser has a housing in which there is a laser whose optical axis of which is parallel to the longitudinal axis of the X-ray emitter, two reflectors, the first of which is placed at the intersection of the axes of the laser and the X-ray beam, and the second is placed on the axis of the laser in front of its emitting face between it and the first reflector at a distance H from the centre of the first reflector, equal to the distance from that centre to the focal point of the X-ray tube on the axis of the X-ray beam, a spherical lens placed in front of the emitting face of the laser and the second reflector and which forms a conical laser beam, geometrical parameters of which are identical to parameters of the X-ray beam, the degree ellipticity of the light disc formed by that beam on the object determines the perpendicularity of its surface to the axis of the X-ray beam, a television camera, the optical axis of the objective lens of which coincides with the axis running from the centre of the second reflector perpendicular the axis of the laser and measurement scales for quantitative estimation of the dimensions of defects on the surface of the object and its perpendicularity to the X-ray beam, the centraliser also includes a computer and a laser range finder, placed on the housing of the centraliser outside the zone of propagation of the X-ray beam, wherein the optical axis of the range finder is parallel to axis of the X-ray beam, and its digital output is interfaced with the input of the computer, the second reflector has a centre opening D=Dl for passage of the laser beam, where Dl is the diameter of that beam, the computer automatically calculates the current value C of the scale interval in the object plane of the scale lying on the screen of the display or generated by a program from the relationship C=Co/M, where M the total magnification, Co is the scale interval on the screen of the display, M=MtùMo, where Mt=B/A is television magnification, A and B are dimensions of the raster of the CCD matrix and the display, respectively, Mo=F/L is the optical magnification, where F is the focal distance of the objective lens of the television camera, L is the current distance from the objective lens to the centraliser measured using the laser range finder, the objective lens of the television camera is a zoom lens and can measure focal distance from Fmin=Lmin/M to Fmax=Lmax/M, where Lmax and Lmin is the minimum and maximum distance from the centraliser to the object in the working range of their measurement, respectively, for a specific model of centraliser, and the value M=Co/C is selected based on the relationship Co/C=K, where K is an integer whose value is selected based on specific requirements for accuracy of the measured defects, wherein in order to increase stability of measurement, the values are generated for fixed values of the focal distance of the zoom lens for which the image of two reference laser points on the object with distance H between them coincides with corresponding marks on the screen of the monitor, the distance between which is equal to H*=H/M. ^ EFFECT: eliminating subjectiveness of the method of measuring distance to an object, as well as uncertainty of the scale interval on the screen of the monitor, the value of which depends on the distance from the object to the centraliser and the corresponding scale value of the optical image. ^ 1 dwg

Description

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

Известен лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий лазер с двусторонним выходом излучения и два отражателя, первый отражатель установлен на пересечении оптических осей лазерного и рентгеновского пучков, второй - на оптической оси выхода излучения лазера из его второго торца, средство индикации расстояния от рентгеновского излучателя до объекта, две цилиндрические линзы, установленные на оси лазера перед его торцами, первая из которых может выводиться из лазерного пучка и заменяться на сферическую линзу, формирующую конический пучок света, адекватный по структуре пучку рентгеновского излучения и создающий на поверхности объекта изображение диска, по степени эллиптических искажений формы которого судят о перпендикулярности поверхности объекта оси рентгеновского пучка с возможностью ее количественной оценки с помощью шкал на экране монитора телевизионной системы, входящей в состав центратора [1].Known laser centralizer for an x-ray emitter, containing a laser with two-sided output of radiation and two reflectors, the first reflector is installed at the intersection of the optical axes of the laser and x-ray beams, the second is on the optical axis of the exit of laser radiation from its second end, a means of indicating the distance from the x-ray emitter to the object , two cylindrical lenses mounted on the axis of the laser in front of its ends, the first of which can be removed from the laser beam and replaced with a spherical lens that forms a conical light beam that is adequate in structure to the x-ray beam and creates a disk image on the surface of the object, the degree of elliptical distortion of which determines the perpendicularity of the surface of the object to the axis of the x-ray beam with the possibility of quantification using scales on the monitor screen of the television system, which is part of the centralizer [one].

Недостатки данного устройства - субъективность способа измерения расстояния до объекта, а также неопределенность значения цены деления шкалы на экране монитора, величина которой зависит от расстояния от объекта до центратора и соответствующего ему значения масштаба оптического изображения. Кроме того, наличие светоделителя вызывает существенное ослабление информационных потоков оптического излучения, а постоянство величины фокусного расстояния объектива телекамеры затрудняет визуальный контроль поверхности объекта, в ходе которого при фиксированном расстоянии от объекта до центратора необходимо изменять оптическое увеличение, что можно осуществить, только изменяя фокусное расстояние объектива.The disadvantages of this device are the subjectivity of the method of measuring the distance to the object, as well as the uncertainty of the value of the scale division on the monitor screen, the value of which depends on the distance from the object to the centralizer and the corresponding value of the optical image scale. In addition, the presence of a beam splitter causes a significant weakening of information flows of optical radiation, and the constancy of the focal length of the camera lens makes it difficult to visually control the surface of the object, during which, at a fixed distance from the object to the centralizer, it is necessary to change the optical magnification, which can be done only by changing the focal length of the lens .

Цель изобретения - устранение этих недостатков.The purpose of the invention is the elimination of these disadvantages.

Для этого в лазерный центратор, содержащий корпус, в котором находятся лазер, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, два отражателя, первый из которых установлен на пересечении осей лазера и рентгеновского пучка, а второй установлен на оси лазера перед его излучающим торцом между ним и первым отражателем на расстоянии Н от центра первого отражателя, равного расстоянию от этого центра до фокуса рентгеновской трубки по оси рентгеновского пучка, сферическую линзу, устанавливаемую перед излучающим торцом лазера и вторым отражателем и формирующую конический лазерный пучок, геометрические параметры которого идентичны параметрам рентгеновского пучка, по степени эллиптичности светлого диска, формируемого этим пучком на объекте, судят о перпендикулярности его поверхности оси рентгеновского пучка, телекамера, оптическая ось объектива которой совпадает с осью, проведенной из центра второго отражателя перпендикулярно оси лазера, и измерительные шкалы для количественной оценки размеров дефектов поверхности объекта и ее перпендикулярности к пучку рентгеновского излучения, дополнительно введены портативный лазерный дальномер, установленный на корпусе центратора вне зоны распространения рентгеновского пучка, причем оптическая ось дальномера параллельна оси рентгеновского пучка, на корпусе центратора вне зоны распространения рентгеновского излучения размещены симметрично относительно оси рентгеновского пучка на расстоянии Н друг от друга два микролазера, оптические оси которых параллельны друг другу и оси рентгеновского пучка, второй отражатель выполнен с центральным отверстием Д=Дл для прохождения лазерного пучка, где Дл - диаметр этого пучка, вычисление текущего значения С цены деления в плоскости объекта шкалы, располагаемой на экране монитора телевизионной системы, по соотношению С=Со/М, где М - общее увеличение, Со - цена деления шкалы на экране монитора, М=Мт×Мо, где Мт=В/А - телевизионное увеличение, А и В - размеры растров ПЗС-матрицы и экрана монитора соответственно, Мо=F/L - оптическое увеличение, где F - фокусное расстояние объектива телекамеры, L - текущее расстояние от объекта до центратора, измеряемое с помощью лазерного дальномера, объектив телекамеры выполнен трансфокальным с возможностью изменения фокусного расстояния в пределах от Fmin=Lmin/M до Fmax=Lmax/M, где Lmax и Lmin - соответственно минимальное и максимальное расстояния от центратора до объекта в рабочем диапазоне их изменений для конкретной модели центратора, а величина М=Со/С выбирается из условия Со/С=K, где K - целое число, значение которого выбирается исходя из конкретных требований к точности измерений дефектов, при этом для повышения стабильности измерений они производятся при фиксированном значении фокусного расстояния трансфокатора, при котором изображение двух реперных лазерных точек на объекте с расстоянием Н между ними совпадает с соответствующими метками на экране монитора, расстояние между которыми равно Н*=Н/М.To do this, in a laser centralizer containing a housing in which the laser is located, the optical axis of which is parallel to the longitudinal axis of the x-ray emitter, two reflectors, the first of which is mounted at the intersection of the laser and x-ray axes, and the second is mounted on the laser axis in front of its radiating end and the first reflector at a distance H from the center of the first reflector, equal to the distance from this center to the focus of the x-ray tube along the axis of the x-ray beam, a spherical lens mounted in front of the radiating the laser beam and the second reflector and forming a conical laser beam, the geometric parameters of which are identical to the parameters of the x-ray beam, by the degree of ellipticity of the light disk formed by this beam on the object, they judge the perpendicularity of its surface to the axis of the x-ray beam, a camera whose optical axis of the lens coincides with the axis, drawn from the center of the second reflector perpendicular to the laser axis, and measuring scales for quantifying the size of defects on the surface of the object and its perpendicular In addition to the x-ray beam, a portable laser range finder is installed, mounted on the centralizer body outside the x-ray beam propagation zone, the optical axis of the range finder being parallel to the x-ray beam axis, and on the centralizer case outside the x-ray propagation zone symmetrically relative to the x-ray axis at a distance H from two microlasers, the optical axes of which are parallel to each other and the x-ray beam axis, the second reflector is made from the center with a hole Д = Дл for passing a laser beam, where Дл is the diameter of this beam, calculating the current value С of the division price in the plane of the object of the scale located on the monitor screen of the television system, according to the ratio С = Co / M, where M is the total increase, Co is the scale division price on the monitor screen, M = Mt × Mo, where Mt = B / A is the television zoom, A and B are the sizes of the rasters of the CCD matrix and the monitor screen, respectively, Mo = F / L is the optical zoom, where F is the focal length of the camera lens, L is the current distance from the object to the centralizer, obtained using a laser rangefinder, the camera’s lens is made transfocal with the possibility of changing the focal length in the range from Fmin = Lmin / M to Fmax = Lmax / M, where Lmax and Lmin are the minimum and maximum distances from the centralizer to the object in the working range of their changes for a specific centralizer model, and the value M = Co / C is selected from the condition Co / C = K, where K is an integer whose value is selected on the basis of specific requirements for the accuracy of measurement of defects, and to increase the stability of measurements they are performed by At a fixed value of the focal length of the zoom, at which the image of two reference laser points on the object with a distance H between them coincides with the corresponding marks on the monitor screen, the distance between which is equal to H * = N / M.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема центратора.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a centralizer.

Лазерный центратор содержит рентгеновский излучатель 1, к которому прикреплен корпус 2, в котором расположены первый отражатель 3 из оргстекла, второй отражатель 4, сферическая линза 5, лазер 6, объектив-трансфокатор 8 с светофильтром 7 телекамеры с ПЗС-матрицей 9, лазерный дальномер 10 и два микролазера 11 с параллельными оптическими осями, расстояние между которыми равно Н. Светофильтр 7 имеет максимальное пропускание в области длин волн, излучаемых лазером 6, и предназначен для контрастирования изображений лазерных структур на объекте.The laser centralizer contains an X-ray emitter 1, to which a housing 2 is attached, in which the first Plexiglas reflector 3, the second reflector 4, the spherical lens 5, the laser 6, the zoom lens 8 with the light filter 7 of the CCD camera 9, the laser range finder 10 are located and two microlasers 11 with parallel optical axes, the distance between which is equal to N. The filter 7 has a maximum transmission in the wavelength region emitted by the laser 6, and is intended for contrasting images of laser structures on the object.

Центратор работает следующим образом.The centralizer works as follows.

При выведенной из лазерного пучка линзе 5 лазер 6 формирует на объекте 12 яркую точку, которая с помощью средств перемещения центратора совмещается с центром контролируемой зоны. Затем линза 5 вводится в лазерный пучок и на мониторе 13 наблюдают изображение светлого диска. Если он имеет эллиптичность, ее устраняют, совершая линейные и угловые перемещения центратора. В случае необходимости производят количественную оценку степени эллиптичности диска и/или размеров дефектов поверхности объекта с помощью измерительных шкал на экране монитора, предварительно изменяя фокусное расстояния трансфокатора до значения, при котором изображения реперных точек на объекте совмещаются с метками на экране монитора. При этом цена деления шкалы в плоскости объекта будет равна величине, кратной цене деления этой шкалы в плоскости экрана монитора, т.е. С=K·Со, где K выбирается обычно равным 5 или 10, что существенно облегчает и упрощает процесс измерений. После завершения этих процедур приступают к рентгенографированию объекта контроля.When the lens 5 is removed from the laser beam, the laser 6 forms a bright dot on the object 12, which, using the means of moving the centralizer, is combined with the center of the controlled zone. Then the lens 5 is introduced into the laser beam and on the monitor 13 observe the image of the light disk. If it has ellipticity, it is eliminated by performing linear and angular movements of the centralizer. If necessary, quantitatively assess the degree of ellipticity of the disk and / or the size of the surface defects of the object using measuring scales on the monitor screen, previously changing the focal length of the zoom to a value at which the images of the reference points on the object are aligned with the marks on the monitor screen. In this case, the scale division price in the plane of the object will be equal to a multiple of the division scale of this scale in the plane of the monitor screen, i.e. C = K · Co, where K is usually chosen equal to 5 or 10, which greatly simplifies and simplifies the measurement process. After completing these procedures, they begin to x-ray the control object.

Приведем некоторые численные оценки расчетов цены деления измерительных шкал по вышеприведенным соотношениям.Here are some numerical estimates of the calculation of the division price of measuring scales according to the above relations.

Как правило, цена деления шкалы на экране дисплея выбирается из эргономических и технологических соображений равной Со=1 мм. Размер растра ПЗС-матриц обычно находится в диапазоне А=5-10 мм, а размер экрана монитора портативных мобильных приборов равен В=150-200 мм. Расстояние от центратора до объекта находится обычно в пределах L=3-5 м. Фокусное расстояние объектива телекамер для формирования изображений объектов, находящихся на этих расстояниях, выбирается исходя из требований к углу поля зрения и разрешающей способности телевизионной системы и находится обычно в пределах F=50-100 мм.As a rule, the scale division price on the display screen is selected from ergonomic and technological considerations equal to Co = 1 mm. The raster size of the CCD matrices is usually in the range A = 5-10 mm, and the screen size of the monitor of portable mobile devices is B = 150-200 mm. The distance from the centralizer to the object is usually in the range of L = 3-5 m. The focal length of the camera lens for imaging objects at these distances is selected based on the requirements for the field of view angle and resolution of the television system and is usually in the range of F = 50-100 mm.

Для характерных значений этих параметров А=10 мм, В=200 мм, L=5000 мм, F=50 мм будем иметь Мт=20, Мо=0,01, М=0,2 и С=Со/М=1/0,2=5 мм, т.е. 1 мм шкалы на экране соответствует 5 мм в плоскости объекта. Например, если изображение дефекта на экране дисплея занимает 20 мм (и, соответственно, 20 делений шкалы), то его истинный размер в плоскости объекта составит 100 мм для приведенных выше характерных значений параметров телевизионной системы. При этом при расстоянии между реперными точками, равном, например, 200 мм (выбирается из конструктивных соображений), расстояние между их изображениями на экране монитора будет равно 40 мм, на котором и располагаются соответствующие метки. Понятно, что для каждой конкретной модели центратора эти величины будут различаться в соответствии с их конструктивными особенностями, но методология их оценки остается единой.For the characteristic values of these parameters, A = 10 mm, B = 200 mm, L = 5000 mm, F = 50 mm, we will have Mt = 20, Mo = 0.01, M = 0.2, and C = Co / M = 1 / 0.2 = 5 mm, i.e. 1 mm of the scale on the screen corresponds to 5 mm in the plane of the object. For example, if the image of a defect on the display screen occupies 20 mm (and, accordingly, 20 divisions of the scale), then its true size in the plane of the object will be 100 mm for the above characteristic values of the parameters of the television system. At the same time, when the distance between the reference points is, for example, 200 mm (selected from design considerations), the distance between their images on the monitor screen will be 40 mm, on which the corresponding marks are located. It is clear that for each specific centralizer model, these values will vary in accordance with their design features, but the methodology for their assessment remains the same.

Следует заметить, что формула для вычисления оптического увеличения справедлива для соотношения фокусного расстояния объектива и расстояний от центратора до объекта, при которых L>30F, что практически всегда имеет место при радиационном контроле крупногабаритных изделий авиационной техники [2].It should be noted that the formula for calculating the optical magnification is valid for the ratio of the focal length of the lens and the distance from the centralizer to the object, at which L> 30F, which almost always occurs during radiation monitoring of large-sized aircraft products [2].

ЛитератураLiterature

1. Патент РФ 2250575. Лазерный центратор.1. RF patent 2250575. Laser centralizer.

2. Справочник конструктора оптико-механических приборов. Панов В.А. и др., Л., Машиностроение, 1980 г., 742 с.2. Reference designer of optical-mechanical devices. Panov V.A. et al., L., Mechanical Engineering, 1980, 742 pp.

Claims

A laser centralizer comprising a housing in which a laser is located, the optical axis 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 located at the intersection of the axes of the laser and the x-ray beam, and the second is mounted on the axis of the laser between its emitting end and the first reflector at a distance H from its center, equal to the distance from this center to the focus of the x-ray tube along the axis of the x-ray beam, a spherical lens mounted on the laser axis at a distance from the center of the second about the reflector at a distance equal to the focal length of the spherical lens, with which a conical laser beam is formed, coaxial with the x-ray beam, having the same angle of divergence and forming an image of a bright disk on the object, the diameter of which is equal to the diameter of the object’s area illuminated by x-ray radiation, and by the degree of its ellipticity they judge the perpendicularity of the surface of the object to the axis of the x-ray beam, a camera whose optical axis of the lens coincides with the axis drawn from the center of the of a reflector perpendicular to the laser axis, and measuring scales for the quantitative assessment of the size of defects of the surface of the object and its perpendicularity to the x-ray beam, characterized in that an additional laser range finder is inserted into it, mounted on the centralizer body outside the x-ray beam propagation zone, the optical axis of the range finder parallel to the axis of the x-ray beam, placed on the centralizer body outside the x-ray propagation zone symmetrically with respect to the axis X-ray beam at a distance H from each other two microlasers whose optical axes are parallel to each other and the axis of the X-ray beam, the second reflector is made with a central hole for the passage of the laser beam, the center of this hole coincides with the point of intersection of the focal plane of the spherical lens with the axis of the laser beam, and its diameter D = Dl, where Dl is the diameter of the laser beam, the current value of the division price in the plane of the object of the scale, which is set on the monitor screen of the television system, is calculated according to solution C = Co / M, where M is the image scale equal to M = Mt · Mo, where Mt = B / A is the television zoom, A and B are the sizes of the rasters of the CCD matrix and the display screen, respectively, Mo = F / L - optical zoom, F is the focal length of the camera lens, L is the current distance from the centralizer to the object, measured using a laser range finder, the camera lens is transfocal with the ability to change the focal length in the range from Fmin = Lmin / M to Fmax = Lmax / M, where Lmax and Lmin - respectively, the minimum and maximum distances from the centralizer to the object, led The value of M is selected by the ratio M = Co / C in the range of integer values that are multiples of C and preferably equal to 5 and 10, and determined taking into account the requirements for measurement accuracy and the design capabilities of the centralizer, measurements are made at a fixed zoom focal length, at which images of two reference points on the object with a distance H between them coincide with the corresponding marks on the monitor screen, the distance between which is equal to H * = N / M.