RU2664774C1 - X-ray diffraction meter - Google Patents

X-ray diffraction meter Download PDF

Info

Publication number
RU2664774C1
RU2664774C1 RU2017140363A RU2017140363A RU2664774C1 RU 2664774 C1 RU2664774 C1 RU 2664774C1 RU 2017140363 A RU2017140363 A RU 2017140363A RU 2017140363 A RU2017140363 A RU 2017140363A RU 2664774 C1 RU2664774 C1 RU 2664774C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
goniometer
arc
center
circle
diffractometer
Prior art date
Application number
RU2017140363A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андзор Адалгериевич Болотоков
Нариман Смаилович Ибраимов
Роман Михайлович Тимаков
Кирилл Сергеевич Сметанин
Original Assignee
Андзор Адалгериевич Болотоков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Андзор Адалгериевич Болотоков filed Critical Андзор Адалгериевич Болотоков
Priority to RU2017140363A priority Critical patent/RU2664774C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2664774C1 publication Critical patent/RU2664774C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: using for X-ray diffraction measurements. Essence of the Invention is in the fact that X-ray diffraction meter contains goniometer with a source of collimate X-ray radiation installed on its arc, whose beam axis passes through the center of circumference of the arc of goniometer, and a detector of diffracted radiation, as well as means for mutual movement of goniometer and an object under research, and a laser means generating radiation in visible range, to obtain information about position of center of the circle of the goniometer arc relative to selected study point on the surface of object under research. A feature of the diffractometer is that the laser means is made in the form of a laser distance meter whose light beam is oriented toward the center of the circumference of the goniometer arc.
EFFECT: simplify design of diffractometer and provide more freedom of layout by using only one laser tool, as well as providing more simplicity and accuracy of adjustment by reducing influence of subjective factor in its implementation.
11 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к средствам для рентгеновских дифракционных измерений, проводимых, в частности, при исследовании внутренних напряжений в изделиях из поликристаллических материалов.The invention relates to means for x-ray diffraction measurements, carried out, in particular, in the study of internal stresses in products from polycrystalline materials.

Рентгеновские дифрактометры традиционно содержат гониометр с размещенными на его дуге источником коллимированного рентгеновского излучения и детектором дифрагированного излучения (см., например, Л.И. Гладких, С.В. Малыхин, А.Т. Пугачев. Дифракционные методы анализа внутренних напряжений. Теория и эксперимент (глава 5). Харьков, НТУ "ХПИ", 2006, 304 с. [1]), а также те или иные средства для взаимного перемещения гониометра и исследуемого объекта.Traditionally, X-ray diffractometers contain a goniometer with a collimated X-ray source and a diffracted radiation detector (see, for example, L.I. Gladkikh, S.V. Malykhin, A.T. Pugachev. Diffraction methods for analyzing internal stresses. Theory and experiment (chapter 5). Kharkov, NTU "KhPI", 2006, 304 p. [1]), as well as various means for the mutual movement of the goniometer and the object under study.

Последние могут иметь разнообразное выполнение. Это могут быть как средства для перемещения исследуемого объекта в виде образца исследуемого материала относительно гониометра (см., например, патент США №5359640, опубл. 25.10.1994 [2], где указанные средства позволяют осуществлять трехкоординатное перемещение образца), так и средства для перемещения дуги гониометра вместе с установленными на ней устройствами относительно крупногабаритного исследуемого объекта типа железнодорожного колеса (аналогичные, например, двухкоординатному средству, описанному в патенте РФ №2115901, опубл. 20.07.1998 [3]). Очевидно также комбинирование названных возможностей.The latter may have a diverse implementation. It can be both means for moving the studied object in the form of a sample of the studied material relative to the goniometer (see, for example, US patent No. 5359640, publ. 10/25/1994 [2], where these means allow three-coordinate movement of the sample), and means for moving the goniometer arc together with the devices mounted on it with respect to a large-sized object under study such as a railway wheel (similar, for example, to a two-coordinate tool described in RF patent No. 21115901, published on July 20, 1998 [3]). A combination of these features is also obvious.

В большинстве случаев дифракционных измерений, в частности при измерениях, проводимых с целью исследования внутренних напряжений в поликристаллических материалах, перед началом измерений центр окружности дуги гониометра, через который проходит направление оси рентгеновского пучка, должен быть совмещен с выбранной точкой на поверхности исследуемого объекта - образца исследуемого материала или непосредственно изделия, являющегося исследуемым объектом [1]. Данная операция в дальнейшем для краткости называется юстировкой, а упомянутая точка на поверхности исследуемого объекта - точкой исследования. Для проведения юстировки рентгеновские дифрактометры снабжают средством, позволяющим получить информацию о текущем рассогласовании положения двух точек - упомянутого центра окружности дуги гониометра и точки исследования.In most cases of diffraction measurements, in particular when measuring to study the internal stresses in polycrystalline materials, before starting the measurements, the center of the circle of the arc of the goniometer through which the axis of the x-ray beam passes must be aligned with the selected point on the surface of the object under study - the sample of the object under study material or directly the product, which is the studied object [1]. For brevity, this operation is hereinafter referred to as adjustment, and the aforementioned point on the surface of the object under study is called the research point. To carry out the adjustment, X-ray diffractometers are equipped with a means to obtain information about the current mismatch of the position of two points - the aforementioned center of the circumference of the arc of the goniometer and the point of study.

Известно выполнение рентгеновского дифрактометра [2], при котором средство для юстировки содержит лазер, луч которого ориентирован по направлению радиуса окружности дуги гониометра, и оптико-электронную систему, имеющую направление "прицеливания", тоже совпадающее с одним из радиусов окружности дуги гониометра. Система позволяет видеть рассогласование текущего положения пятна лазера на поверхности исследуемого объекта относительно точки исследования. Содержащаяся в составе такого дифрактометра оптико-электронная система довольно сложна. При этом ее наличие затрудняет компоновку дифрактометра, так как элементы этой системы ввиду отмеченной выше ее сложности приходится размещать на расстоянии от центра окружности дуги гониометра, превышающем ее радиус, чтобы не препятствовать расположению на дуге и перемещению по ней в случаях, когда это необходимо, узлов дифрактометра, непосредственно участвующих в дифракционных измерениях.It is known to perform an X-ray diffractometer [2], in which the alignment means comprises a laser whose beam is oriented in the direction of the radius of the circle of the goniometer’s arc, and an optoelectronic system having a “aiming” direction, which also coincides with one of the radii of the circle of the goniometer’s arc. The system allows you to see the mismatch of the current position of the laser spot on the surface of the investigated object relative to the point of study. The optoelectronic system contained in such a diffractometer is rather complex. Moreover, its presence complicates the layout of the diffractometer, since the elements of this system, due to its complexity noted above, have to be placed at a distance from the center of the circumference of the goniometer’s arc in excess of its radius, so as not to impede the placement of nodes on the arc and its movement in cases where necessary a diffractometer directly involved in diffraction measurements.

Известен также рентгеновский дифрактометр, в котором используются два источника световых лучей с разной длиной волны, установленные на дуге гониометра и ориентированные в центр окружности этой дуги (авторское свидетельство СССР №1716406, опубл. 29.02.1992 [4]). При юстировке наблюдают взаимное расположение двух световых пятен разного цвета на поверхности исследуемого объекта и добиваются полного совмещения этих пятен друг с другом и заданной точкой исследования. Данный дифрактометр значительно более прост в конструктивном отношении по сравнению с [2], однако существенное влияние на точность юстировки оказывает субъективный фактор вследствие необходимости визуального контроля совмещения трех объектов - точки исследования и двух световых пятен разного цвета.An X-ray diffractometer is also known, in which two sources of light rays with different wavelengths are used, mounted on the goniometer arc and oriented to the center of the circle circumference of this arc (USSR author's certificate No. 1716406, publ. 02.29.1992 [4]). When adjusting, observe the relative position of two light spots of different colors on the surface of the studied object and achieve full alignment of these spots with each other and a given point of study. This diffractometer is much simpler constructively compared to [2], however, the subjective factor has a significant impact on the alignment accuracy due to the need to visually control the combination of three objects - the study point and two light spots of different colors.

Аналогичный принцип юстировки используется также в рентгеновских дифрактометрах серии "РИКОР" разработки ООО "Институт рентгеновской оптики" (А. Болотоков, Д. Зайцев, А. Щербаков, А. Лютцау. Поликапиллярная оптика Кумахова и аналитические приборы. "Аналитика", 2015, №4, С. 14-22 [5]; более полные сведения об этих приборах содержатся, например, в работе: А.К. Мукатова. Разработка подводного аппарата для контроля напряженного состояния в конструкциях неразрушающим методом рентгеновской тензометрии. Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. Институт металлургии, машиностроения и транспорта. Санкт-Петербург, 2014, С. 36-39 [6]). Отмеченный выше недостаток прибора [4] в приборах серии "РИКОР" тоже проявляется, хотя и в меньшей степени, благодаря использованию в качестве источников видимого излучения двух лазеров, создающих весьма тонкие световые пучки. Вместе с тем наличие двух лазеров, устанавливаемых на дуге гониометра, негативно сказывается на возможной свободе компоновки прибора в целом.A similar alignment principle is also used in the RICOR series X-ray diffractometers developed by the Institute of X-ray Optics LLC (A. Bolotokov, D. Zaitsev, A. Scherbakov, A. Lutzau. Kumakhov polycapillary optics and analytical instruments. "Analytics", 2015, No. 4, pp. 14-22 [5]; more complete information about these devices is contained, for example, in the work of AK Mukatov. Development of an underwater apparatus for monitoring the stress state in structures by non-destructive X-ray tensometry. St. Petersburg State Polytechnic th University. Institute of Metallurgy, Mechanical Engineering and Transport. St. Petersburg, 2014, pp 36-39 [6]). The above-mentioned drawback of the device [4] in the RICOR series devices also manifests itself, although to a lesser extent, due to the use of two lasers producing very thin light beams as sources of visible radiation. At the same time, the presence of two lasers mounted on the arc of the goniometer negatively affects the possible freedom of layout of the device as a whole.

Рентгеновские дифрактометры серии "РИКОР" [5, 6] наиболее близки к дифрактометру по предлагаемому изобретению.X-ray diffractometers of the RICOR series [5, 6] are closest to the diffractometer according to the invention.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции дифрактометра и обеспечении большей свободы компоновки благодаря использованию только одного лазерного средства, а также в обеспечении большей простоты и точности юстировки за счет уменьшения влияния субъективного фактора при ее осуществлении и уменьшении времени, затрачиваемого на юстировку дифрактометра. Ниже при рассмотрении частных случаев и примеров осуществления изобретения могут быть названы и другие виды достигаемого технического результата.The present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in simplifying the design of the diffractometer and providing greater freedom of layout due to the use of only one laser tool, as well as providing greater simplicity and accuracy of adjustment by reducing the influence of the subjective factor during its implementation and reducing the time spent on adjustment diffractometer. Below, when considering particular cases and embodiments of the invention, other types of achievable technical result can be named.

Предлагаемый рентгеновский дифрактометр, как и указанный наиболее близкий к нему известный, содержит гониометр с установленными на его дуге коллимированным источником рентгеновского излучения, ось пучка которого проходит через центр окружности дуги гониометра, и детектором дифрагированного излучения, а также средства для взаимного перемещения гониометра и исследуемого объекта и лазерное средство, создающее излучение в видимом диапазоне, для получения информации о положении центра окружности дуги гониометра относительно выбранной точки исследования на поверхности исследуемого объекта.The proposed X-ray diffractometer, like the one closest known to it, contains a goniometer with a collimated X-ray source installed on its arc, the beam axis of which passes through the center of the circle of the goniometer’s arc, and a diffracted radiation detector, as well as means for moving the goniometer and the object under study and a laser tool that generates radiation in the visible range, to obtain information about the position of the center of the circumference of the arc of the goniometer relative to the selected the study points to the surface of the object.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом рентгеновском дифрактометре, в отличие от наиболее близкого к нему известного, лазерное средство для получения информации о положении центра окружности дуги гониометра относительно выбранной точки исследования на поверхности исследуемого объекта выполнено в виде лазерного измерителя расстояния, формирующего луч видимого излучения, ориентированный в направлении центра окружности дуги гониометра.To achieve the named technical result in the proposed X-ray diffractometer, in contrast to the closest known to it, the laser tool for obtaining information about the position of the center of the circle of the goniometer’s arc relative to the selected research point on the surface of the studied object is made in the form of a laser distance meter, forming a beam of visible radiation, oriented towards the center of the circle of the arc of the goniometer.

При этом используемое единственное лазерное средство - измеритель расстояния - не обязательно должно быть установлено непосредственно на дуге гониометра, т.е. таким образом, что его ориентация (направление лазерного луча, вдоль которого измеряется расстояние) совпадает с направлением одного из радиусов этой дуги. Важно лишь, чтобы направление луча, вдоль которого измеряется расстояние, проходило через центр окружности дуги гониометра, например, это направление может лежать в плоскости, проходящей через центр окружности дуги гониометра, не совпадающей с плоскостью, в которой находится окружность дуги гониометра.In this case, the only laser tool used - the distance meter - does not have to be installed directly on the arc of the goniometer, i.e. so that its orientation (the direction of the laser beam along which the distance is measured) coincides with the direction of one of the radii of this arc. It is only important that the direction of the beam along which the distance is measured passes through the center of the circle of the goniometer’s arc, for example, this direction can lie in the plane passing through the center of the circle of the goniometer’s arc, which does not coincide with the plane in which the circle of the goniometer’s arc is located.

В частном случае, когда это не препятствует компоновке прибора в целом, упомянутое направление может находиться и в плоскости окружности дуги гониометра.In the particular case, when this does not interfere with the layout of the device as a whole, the mentioned direction can also be in the plane of the circle of the arc of the goniometer.

В любом из названных случаев при правильной юстировке, когда точка исследования совпадает с центром окружности дуги гониометра, через которую проходит направление оси квазипараллельного пучка рентгеновского излучения, лазерный измеритель расстояния показывает один и тот же полученный с присущей лазерным измерителям высокой точностью результат - расстояние от этого измерителя до центра окружности дуги гониометра. Этот результат является фиксированной величиной для конкретного экземпляра лазерного измерителя расстояния при фиксированном выбранном месте его установки. Поэтому достижение такого результата в процессе юстировки (в сочетании с тем, что световой луч лазерного измерителя расстояния наведен на точку исследования) свидетельствует о завершении юстировки.In any of these cases, when the alignment is correct, when the research point coincides with the center of the circle of the goniometer’s arc, through which the axis of the quasi-parallel X-ray beam passes, the laser distance meter shows the same result obtained with the laser accuracy of high accuracy - the distance from this meter to the center of the circumference of the arc of the goniometer. This result is a fixed value for a specific instance of a laser distance meter at a fixed selected location. Therefore, the achievement of such a result during the adjustment process (in combination with the fact that the light beam of the laser distance meter is aimed at the point of study) indicates the completion of the adjustment.

Это позволяет обеспечить, в конечном счете, как более точную юстировку, в том числе, за счет существенного уменьшения влияния субъективного фактора (юстировка заканчивается при совпадении показываемого измерителем расстояния с заданным фиксированным значением), так и упростить сам процесс юстировки.This allows us to ensure, in the final analysis, both more accurate adjustment, including due to a significant reduction in the influence of the subjective factor (adjustment ends when the distance indicated by the meter coincides with a given fixed value), and to simplify the adjustment process itself.

В частном случае выполнения предлагаемого рентгеновского дифрактометра, для еще большего упрощения процесса юстировки, лазерный измеритель расстояния может быть дополнен функцией индикации рассогласования между измеренным и требуемым расстоянием, соответствующим расстоянию от указанного измерителя до центра окружности дуги гониометра.In the particular case of the proposed X-ray diffractometer, to further simplify the alignment process, the laser distance meter can be supplemented with a function to indicate a mismatch between the measured and the required distance corresponding to the distance from the specified meter to the center of the circumference of the goniometer arc.

Лазерный измеритель расстояния может быть настроен также таким образом, чтобы совпадению точки исследования с центром окружности дуги дальномера соответствовало нулевое индицируемое значение.The laser distance meter can also be adjusted so that a zero indicated value corresponds to the coincidence of the research point with the center of the circle of the arc of the rangefinder.

В качестве источника коллимированного рентгеновского излучения предпочтительно использовать, как и в упоминавшихся приборах серии "РИКОР", рентгеновскую трубку совместно с рентгеновской полулинзой (см., например, патент РФ Патент РФ №2164361, опубл. 20.03.2001 [7]), формирующей квазипараллельный пучок. Это позволяет применить малогабаритную и маломощную трубку, благодаря чему достигается портативность и безопасность дифрактометра.As a source of collimated x-ray radiation, it is preferable to use, as in the aforementioned devices of the RICOR series, an x-ray tube together with an x-ray half lens (see, for example, RF patent RF Patent No.2164361, publ. 03.20.2001 [7]), forming a quasi-parallel a bunch. This allows the use of a small-sized and low-power tube, due to which portability and safety of the diffractometer are achieved.

В зависимости от конкретного назначения предлагаемого рентгеновского дифрактометра, источник коллимированного рентгеновского излучения, детектор дифрагированного излучения и лазерный измеритель расстояния могут быть установлены на дуге гониометра как в фиксированном положении, так и с возможностью перемещения вдоль нее порознь или совместно. В последнем случае названные устройства устанавливают на общем базисном элементе, способном передвигаться по дуге гониометра.Depending on the specific purpose of the proposed X-ray diffractometer, a collimated X-ray source, a diffracted radiation detector and a laser distance meter can be mounted on the arc of the goniometer both in a fixed position and with the possibility of moving along it separately or together. In the latter case, these devices are mounted on a common base element that can move along the arc of the goniometer.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, на которых схематически показаны (без механических средств для взаимного перемещения исследуемого объекта и дуги гониометра с установленными на ней устройствами):The invention is illustrated by drawings, in which are schematically shown (without mechanical means for mutual movement of the test object and the goniometer arc with devices installed on it):

- на фиг. 1 - размещение основных узлов дифрактометра в случае, когда лазерный измеритель расстояния установлен таким образом, что ось пучка его излучения находится в плоскости окружности дуги гониометра;- in FIG. 1 - placement of the main components of the diffractometer in the case when the laser distance meter is installed so that the axis of the beam of its radiation is in the plane of the circle of the arc of the goniometer;

- на фиг. 2 - размещение основных узлов дифрактометра в случае, когда лазерный измеритель расстояния установлен таким образом, что ось пучка его излучения находится в плоскости, не совпадающей с плоскостью окружности дуги гониометра, но проходящей через центр этой окружности (гониометр на этой фигуре показан в другой проекции).- in FIG. 2 - placement of the main components of the diffractometer in the case when the laser distance meter is installed in such a way that the axis of the beam of its radiation is in a plane that does not coincide with the plane of the circle of the arc of the goniometer, but passes through the center of this circle (the goniometer in this figure is shown in another projection) .

В обоих описанных выше частных случаях, различающихся установкой лазерного измерителя расстояния, дифрактометр содержит, как показано на фиг. 1 и фиг. 2, дугу 1 гониометра, на которой установлены источник 3 коллимированного рентгеновского излучения, ось 4 пучка которого ориентирована по одному из радиусов дуги 1 гониометра и поэтому проходит через центр О окружности этой дуги, и детектор 7 дифрагированного излучения, ориентированный по другому радиусу дуги 1.In both particular cases described above, which differ in the installation of a laser distance meter, the diffractometer contains, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, arc 1 of the goniometer, on which a collimated X-ray source 3 is mounted, the beam axis 4 of which is oriented along one of the radii of the arc 1 of the goniometer and therefore passes through the center O of the circle of this arc, and the diffracted radiation detector 7, oriented along the other radius of arc 1.

Что же касается лазерного измерителя расстояния, то он в первом случае, иллюстрируемом фиг. 1, установлен на дуге гониометра, как и источник 3 рентгеновского излучения и детектор 7 дифрагированного излучения, и занимает положение 5.1. При этом создаваемый им световой луч 6 тоже ориентирован по радиусу окружности дуги 1, т.е. находится в плоскости этой окружности и проходит через ее центр О.As for the laser distance meter, in the first case, illustrated in FIG. 1, is mounted on the arc of the goniometer, like the X-ray source 3 and the diffracted radiation detector 7, and occupies position 5.1. Moreover, the light beam 6 created by him is also oriented along the radius of the circle of arc 1, i.e. is in the plane of this circle and passes through its center O.

В этом случае измеритель 5.1 осуществляет измерение расстояния до поверхности исследуемого объекта, которое только при точном совмещении точки исследования ТИ с центром О будет равно величине ρ, показанной на фиг. 1, отличающейся от радиуса R окружности дуги 1 гониометра на некоторую величину Δ. Последняя является константой прибора, зависящей от расположения начала отсчета лазерного измерителя расстояния относительно окружности дуги 1. Поэтому отличие измеренного расстояния от известного радиуса R окружности дуги гониометра именно на эту величину свидетельствует о том, что точка на поверхности исследуемого образца, совпадающая со световым пятном СП1, создаваемым лучом 6 лазерного измерителя 5.1, находится в центре дуги 1 гониометра, в которую направлен и коллимированный пучок 4 рентгеновского излучения источника 3. Достижение этого состояния может быть обеспечено с помощью не показанных на чертежах средств взаимного перемещения гониометра и исследуемого объекта, аналогичных, например, описанным в [2, 3]. Положение исследуемого объекта, соответствующее выполнению описанного условия, показано на фиг. 1 прямоугольником 2.0.In this case, the 5.1 meter measures the distance to the surface of the object under study, which only with the exact coincidence of the research point of the TI with the center O will be equal to the value ρ shown in FIG. 1, different from the radius R of the circumference of the arc 1 of the goniometer by a certain value Δ. The latter is a constant of the device, which depends on the location of the reference point of the laser distance meter relative to the circumference of the arc 1. Therefore, the difference in the measured distance from the known radius R of the circumference of the goniometer’s arc exactly by this value indicates that the point on the surface of the test sample coincides with the light spot SP 1 generated by the beam 6 of the laser meter 5.1, is located in the center of the arc 1 of the goniometer, which is directed and collimated beam 4 of x-ray radiation source 3. Achievement that state can be achieved by not shown in the drawings mutual displacement means of the goniometer and the test object, similar, for example, described in [2, 3]. The position of the test object corresponding to the fulfillment of the described condition is shown in FIG. 1 rectangle 2.0.

Прямоугольником 2.1, изображенным штриховыми линиями, представлен исследуемый объект, находящийся в положении, не удовлетворяющем этому условию. Продолжение луча 6 лазерного измерителя дальности к исследуемому объекту в этом положении тоже показано штрихами. Можно видеть, что световое пятно СП1, создаваемое на поверхности исследуемого объекта лучом 6 лазерного измерителя расстояния при таком положении исследуемого объекта, не совпадает с точкой исследования ТИ (последняя в обоих положениях исследуемого объекта (2.1 и 2.0) находится в одном и том же месте на поверхности этого объекта).Rectangle 2.1, shown by dashed lines, represents the object under study, which is in a position that does not satisfy this condition. The continuation of the beam 6 of the laser range meter to the investigated object in this position is also shown by strokes. It can be seen that the light spot SP 1 created on the surface of the test object by the beam 6 of the laser distance meter at this position of the test object does not coincide with the point of study of the TI (the latter in both positions of the test object (2.1 and 2.0) is in the same place on the surface of this object).

Второй случай, иллюстрируемый фиг. 2, на котором гониометр показан в другой проекции, отличается от рассмотренного выше первого случая тем, что уставленный на дуге гониометра лазерный измеритель расстояния находится в положении 5.2 в плоскости, образующей некоторый угол λ с плоскостью окружности дуги 1 гониометра и проходящей через центр О этой окружности. Положение лазерного измерителя расстояния относительно дуги 1 зафиксировано элементом 8. В показанном на фиг. 2 случае совпадению точки исследования ТИ на поверхности исследуемого объекта с центром О окружности дуги 1 гониометра соответствует, как и в случае, показанном на фиг. 1, результат измерения расстояния, равный величине ρ, при одновременном совпадении светового пятна СП0, создаваемого лучом 6 лазерного измерителя расстояния, именно с точкой ТИ. Такая ситуация соответствует нахождению исследуемого объекта в положении, показанном на фиг. 2 позицией 2.0. Положение исследуемого объекта, изображенного штриховой линией, показанное позицией 2.1, не соответствует названному выше условию. В этом положении, как можно видеть, положение светового пятна СП1, создаваемого лазерным лучом измерителя расстояния на поверхности исследуемого объекта, не совпадает сточкой исследования ТИ.The second case illustrated in FIG. 2, in which the goniometer is shown in a different projection, differs from the first case considered above in that the laser distance meter mounted on the arc of the goniometer is in position 5.2 in the plane forming an angle λ with the plane of the circle of the arc 1 of the goniometer and passing through the center O of this circle . The position of the laser distance meter relative to arc 1 is fixed by element 8. In the one shown in FIG. 2, the coincidence of the point of study of the TI on the surface of the object under study with the center O of the circle 1 of the arc of the goniometer corresponds, as in the case shown in FIG. 1, the result of measuring the distance, equal to the value of ρ, with the simultaneous coincidence of the light spot SP 0 created by the beam 6 of the laser distance meter, precisely with the point TI. This situation corresponds to the location of the test object in the position shown in FIG. 2 by position 2.0. The position of the studied object, shown by the dashed line, shown by the position 2.1, does not correspond to the above condition. In this position, as can be seen, the position of the SP 1 light spot created by the laser beam of the distance meter on the surface of the object under study does not coincide with the point of study of the TI.

Очевидно, что в рассматриваемом втором случае логика действий для совмещения точки исследования ТИ с центром О дуги 1 окружности гониометра, требующая совмещения этой точки со световым пятном, создаваемым лазерным измерителем расстояния, при одновременном выполнении условия, заключающегося в отличии измеренного значения расстояния от известного радиуса R дуги гониометра на упомянутую выше величину Δ, - такая же, как в первом случае.Obviously, in the second case under consideration, the logic of actions for combining the TI research point with the center О of the arc 1 of the goniometer circle, which requires combining this point with a light spot created by a laser distance meter, while satisfying the condition that the measured distance is different from the known radius R the arcs of the goniometer by the value of Δ mentioned above is the same as in the first case.

Нетрудно видеть, что при обоих вариантах расположения лазерного измерителя расстояния (при нахождении оси пучка 6 его излучения как в плоскости окружности дуги 1 гониометра, так и в наклоненной относительно нее плоскости, но проходящей через центр упомянутой окружности), указанный измеритель может занимать также положение, более удаленное или менее удаленное от центра О, чем показано на фиг. 1 и фиг. 2, будучи установленным на дуге 1 гониометра с помощью тех или иных конструктивных элементов, но не обязательно непосредственно на этой дуге. В зависимости от этого, разница Δ между результатом измерения расстояния и радиусом R окружности дуги гониометра при совпадении точки исследования с центром О окружности дуги 1 гониометра может быть и отрицательной, и положительной, и нулевой.It is easy to see that with both options for the location of the laser distance meter (when the beam axis 6 of the radiation is located both in the plane of the circumference of the arc 1 of the goniometer and in the plane inclined relative to it, but passing through the center of the circle), this meter can also occupy the position more distant or less distant from the center O than shown in FIG. 1 and FIG. 2, being installed on the arc 1 of the goniometer with the help of various structural elements, but not necessarily directly on this arc. Depending on this, the difference Δ between the result of measuring the distance and the radius R of the circle of the goniometer’s arc when the research point coincides with the center О of the circle of the arc 1 of the goniometer can be negative, positive, and zero.

В любом случае лазерный измеритель расстояния может быть настроен таким образом, чтобы вместо абсолютной величины измеренного значения расстояния на его выходе было сформировано значение разности δ=R-ρ. При этом в процессе подстройки взаимного расположения исследуемого образца и гониометра следует добиваться совпадения показания измерителя дальности, равного δ, с величиной Δ, являющейся, как отмечалось выше, константой прибора.In any case, the laser distance meter can be configured so that instead of the absolute value of the measured distance value, a difference value δ = R-ρ is formed at its output. Moreover, in the process of adjusting the relative position of the test sample and the goniometer, it is necessary to achieve the coincidence of the readings of the range meter, equal to δ, with the value Δ, which, as noted above, is a constant of the device.

Наконец, лазерный измеритель расстояния может быть настроен и таким образом, что на его выходе формируется разность между величинами δ и Δ. При такой настройке лазерного измерителя расстояния в процессе подстройки взаимного расположения исследуемого образца и гониометра следует добиваться достижения нулевого значения выходной величины лазерного измерителя расстояния.Finally, the laser distance meter can be configured in such a way that a difference between the values of δ and Δ is formed at its output. With this setting of the laser distance meter, in the process of adjusting the relative position of the test sample and the goniometer, it is necessary to achieve zero value of the output value of the laser distance meter.

В качестве лазерного измерителя расстояния целесообразно использовать прибор, реализующий триангуляционный метод измерения (см., например, патент США №5024529, опубл. 18.06.1991 [8]; патент РФ на полезную модель №45520, опубл. 10.05.2005 [9]). Такие приборы способны обеспечить точность измерения до 10 мкм при расстояниях до 600 мм (А.В. Венедиктов. Методика проектирования триангуляционных измерительных систем для промышленного контроля и дефектации изношенных деталей. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Рязанский государственный радиотехнический университет, 2006, 19 с. [10]).As a laser distance meter, it is advisable to use a device that implements a triangulation measurement method (see, for example, US patent No. 5024529, publ. 06/18/1991 [8]; RF patent for utility model No. 45520, publ. 10.05.2005 [9]) . Such devices are capable of providing measurement accuracy of up to 10 μm at distances of up to 600 mm (A.V. Venediktov. Technique for designing triangulation measuring systems for industrial control and fault detection of worn parts. Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences. Ryazan State Radio Engineering University, 2006 , 19 p. [10]).

Дуга 1 гониометра в простейшем случае может быть установлена с возможностью перемещения по высоте относительно основания дифрактометра, которое он имеет в своем составе, а исследуемый объект, если им является небольшой образец, размещают на этом основании. Юстировку в этом случае осуществляют перемещением образца по горизонтальной поверхности основания в сочетании с вертикальным перемещением дуги 1 гониометра.Arc 1 of the goniometer in the simplest case can be installed with the ability to move in height relative to the base of the diffractometer, which it has in its composition, and the object under study, if it is a small sample, is placed on this base. Adjustment in this case is carried out by moving the sample along the horizontal surface of the base in combination with the vertical movement of the arc 1 of the goniometer.

При больших габаритах и массе исследуемого объекта дифрактометр выполняют с возможностью расположения дуги гониометра над исследуемым объектом при установке дифрактометра рядом с ним, а также с возможностью такого перемещения дуги гониометра, при котором центр ее окружности может изменять свое положение в горизонтальной плоскости (при наличии также упомянутой возможности перемещения ее по вертикали).With large dimensions and mass of the object under study, the diffractometer is configured to position the goniometer arc over the object under study when the diffractometer is installed next to it, and also to move the goniometer arc such that the center of its circle can change its position in the horizontal plane (if there is also the above-mentioned the possibility of moving it vertically).

На фигурах 1 и 2 дуга 1 гониометра показана в положении, при котором плоскость ее окружности ориентирована вертикально. В зависимости от конкретных задач исследования, решаемых с использованием дифрактометра, может потребоваться и другая ориентация этой плоскости. Поэтому в предлагаемом дифрактометре дуга гониометра может быть установлена с дополнительной возможностью регулируемого наклона плоскости ее окружности относительно вертикального положения. Благодаря этому, в частности, может быть упрощено осуществление измерений внутренних напряжений в поликристаллическом материале исследуемом объекта с использованием метода "sin2ψ" [1].In figures 1 and 2, the arc 1 of the goniometer is shown in a position in which the plane of its circle is oriented vertically. Depending on the specific research tasks to be solved using a diffractometer, another orientation of this plane may be required. Therefore, in the proposed diffractometer, the arc of the goniometer can be installed with the additional possibility of an adjustable inclination of the plane of its circle relative to the vertical position. Due to this, in particular, it can be simplified to carry out measurements of internal stresses in the polycrystalline material of the object under study using the sin 2 ψ method [1].

Необходимые для описанных выше перемещений механические приспособления принципиально несложны и поэтому не иллюстрируются чертежами.The mechanical devices necessary for the movements described above are fundamentally uncomplicated and therefore are not illustrated by the drawings.

Таким образом, предлагаемая конструкция дифрактометра с использованием в ее составе лазерного измерителя расстояния предоставляет широкие возможности компоновки прибора как в зависимости от размеров его узлов и удобства их расположения относительно друг друга или средств для взаимного ориентирования гониометра и исследуемого образца, так и в зависимости конкретной предназначенности дифрактометра, а также от технологических и иных предпочтений разработчика.Thus, the proposed design of the diffractometer using a laser distance meter in its composition provides ample opportunity to layout the device both depending on the size of its nodes and the convenience of their location relative to each other or means for mutual orientation of the goniometer and the test sample, and depending on the specific purpose of the diffractometer , as well as technological and other preferences of the developer.

Источники информацииInformation sources

1. Л.И. Гладких, С.В. Малыхин, А.Т. Пугачев. Дифракционные методы анализа внутренних напряжений. Теория и эксперимент (глава 5). Харьков, НТУ "ХПИ", 2006, 304 с.1. L.I. Smooth, S.V. Malykhin, A.T. Pugachev. Diffraction methods for the analysis of internal stresses. Theory and experiment (chapter 5). Kharkov, NTU "KhPI", 2006, 304 p.

2. Патент США №5359640, опубл. 25.10.1994.2. US Patent No. 5359640, publ. 10/25/1994.

3. Патент РФ №2115901, опубл. 20.07.1998.3. RF patent No. 21115901, publ. 07/20/1998.

4. Авторское свидетельство СССР №1716406, опубл. 29.02.1992.4. Copyright certificate of the USSR No. 1716406, publ. 02/29/1992.

5. А. Болотоков, Д. Зайцев, А. Щербаков, А. Лютцау. Поликапиллярная оптика Кумахова и аналитические приборы. "Аналитика", 2015, №4, С. 14-22.5. A. Bolotokov, D. Zaitsev, A. Scherbakov, A. Lutzau. Kumakhov multicapillary optics and analytical instruments. "Analytics", 2015, No. 4, S. 14-22.

6. А.К. Мукатова. Разработка подводного аппарата для контроля напряженного состояния в конструкциях неразрушающим методом рентгеновской тензометрии. Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. Институт металлургии, машиностроения и транспорта. Санкт-Петербург, 2014, С. 36-39.6. A.K. Mukatova. Development of an underwater vehicle for monitoring the stress state in structures by the non-destructive method of X-ray tensometry. St. Petersburg State Polytechnic University. Institute of Metallurgy, Mechanical Engineering and Transport. St. Petersburg, 2014, S. 36-39.

7. Патент РФ №2164361, опубл. 20.03.2001.7. RF patent №2164361, publ. 03/20/2001.

8. Патент США №5024529, опубл. 18.06.1991.8. US Patent No. 5024529, publ. 06/18/1991.

9. Патент РФ на полезную модель №45520, опубл. 10.05.2005.9. RF patent for utility model No. 45520, publ. 05/10/2005.

10. А.В. Венедиктов. Методика проектирования триангуляционных измерительных систем для промышленного контроля и дефектации изношенных деталей. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Рязанский государственный радиотехнический университет, 2006, 19 с.10. A.V. Benedict. Methods of designing triangulation measuring systems for industrial control and fault detection of worn parts. Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences. Ryazan State Radio Engineering University, 2006, 19 p.

Claims (11)

1. Рентгеновский дифрактометр, содержащий гониометр с установленными на его дуге источником коллимированного рентгеновского излучения, ось пучка которого проходит через центр окружности дуги гониометра, и детектором дифрагированного излучения, а также средства для взаимного перемещения гониометра и исследуемого объекта и лазерное средство, создающее излучение в видимом диапазоне, для получения информации о положении центра окружности дуги гониометра относительно выбранной точки исследования на поверхности исследуемого объекта, отличающийся тем, что указанное лазерное средство выполнено в виде лазерного измерителя расстояния, луч которого ориентирован в направлении центра окружности дуги гониометра.1. An x-ray diffractometer containing a goniometer with a collimated x-ray source installed on its arc, the beam axis of which passes through the center of the circle of the goniometer’s arc, and a diffracted radiation detector, as well as means for mutual movement of the goniometer and the object under study, and a laser means that generates radiation in the visible range, to obtain information about the position of the center of the circle of the arc of the goniometer relative to the selected research point on the surface of the investigated object, from ichayuschiysya in that said laser means comprises a laser distance meter, which beam is oriented in the direction of the circular arc center of the goniometer. 2. Дифрактометр по п. 1, отличающийся тем, что направление, в котором ориентирован луч лазерного измерителя расстояния, расположено в плоскости, проходящей через центр окружности дуги гониометра, не совпадающей с плоскостью, в которой расположена эта окружность.2. The diffractometer according to claim 1, characterized in that the direction in which the beam of the laser distance meter is oriented is located in a plane passing through the center of the circle of the goniometer arc, which does not coincide with the plane in which this circle is located. 3. Дифрактометр по п. 1, отличающийся тем, что направление, в котором ориентирован луч лазерного измерителя расстояния, расположено в плоскости, проходящей через центр окружности дуги гониометра и совпадающей с плоскостью, в которой расположена эта окружность.3. The diffractometer according to claim 1, characterized in that the direction in which the beam of the laser distance meter is oriented is located in a plane passing through the center of the circumference of the goniometer arc and coinciding with the plane in which this circle is located. 4. Дифрактометр по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что лазерный измеритель расстояния выполнен с возможностью индикации рассогласования между измеренным значением расстояния и требуемым значением, соответствующим расстоянию от этого измерителя до центра окружности дуги гониометра.4. The diffractometer according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the laser distance meter is configured to indicate a mismatch between the measured distance value and the desired value corresponding to the distance from this meter to the center of the circumference of the arc of the goniometer. 5. Дифрактометр по п. 4, отличающийся тем, что лазерный измеритель расстояния настроен таким образом, что совпадению точки исследования на поверхности исследуемого объекта с центром окружности дуги гониометра соответствует нулевое индицируемое значение.5. The diffractometer according to claim 4, characterized in that the laser distance meter is configured in such a way that a zero indicated value corresponds to the coincidence of the research point on the surface of the test object with the center of the circle of the arc of the goniometer. 6. Дифрактометр по любому из пп. 1-3, 5, отличающийся тем, что в качестве источника коллимированного рентгеновского излучения он содержит рентгеновскую трубку совместно с рентгеновской полулинзой, формирующей квазипараллельный пучок излучения.6. The diffractometer according to any one of paragraphs. 1-3, 5, characterized in that as a source of collimated x-ray radiation, it contains an x-ray tube together with an x-ray half lens, forming a quasi-parallel radiation beam. 7. Дифрактометр по п. 6, отличающийся тем, что в качестве лазерного измерителя расстояния он содержит триангуляционный измеритель.7. The diffractometer according to claim 6, characterized in that it contains a triangulation meter as a laser distance meter. 8. Дифрактометр по п. 7, отличающийся тем, что источник коллимированного рентгеновского излучения, детектор дифрагированного излучения и лазерный измеритель расстояния установлены на дуге гониометра с возможностью перемещения вдоль этой дуги порознь или совместно.8. The diffractometer according to claim 7, characterized in that the collimated x-ray source, the diffracted radiation detector and the laser distance meter are mounted on the goniometer arc with the possibility of moving along this arc separately or together. 9. Дифрактометр по п. 8, отличающийся тем, что он содержит основание для размещения и перемещения по нему исследуемого объекта, при этом дуга гониометра установлена на основании с возможностью перемещения ее по высоте.9. The diffractometer according to claim 8, characterized in that it contains a base for placing and moving the object under study along it, while the arc of the goniometer is installed on the base with the ability to move it in height. 10. Дифрактометр по п. 8, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью расположения дуги гониометра над исследуемым объектом при установке дифрактометра рядом с этим объектом, а также с возможностью перемещения дуги гониометра по вертикали и дополнительно - перемещения этой дуги, приводящего к изменению положения центра ее окружности в горизонтальной плоскости.10. The diffractometer according to claim 8, characterized in that it is arranged to position the goniometer arc above the test object when the diffractometer is installed next to this object, as well as to move the goniometer arc vertically and additionally move this arc, leading to a change in position the center of its circle in the horizontal plane. 11. Дифрактометр по п. 10, отличающийся тем, что дуга гониометра установлена с дополнительной возможностью регулируемого наклона плоскости ее окружности относительно вертикального положения.11. The diffractometer according to claim 10, characterized in that the goniometer arc is installed with the additional possibility of an adjustable inclination of the plane of its circle relative to the vertical position.
RU2017140363A 2017-11-21 2017-11-21 X-ray diffraction meter RU2664774C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017140363A RU2664774C1 (en) 2017-11-21 2017-11-21 X-ray diffraction meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017140363A RU2664774C1 (en) 2017-11-21 2017-11-21 X-ray diffraction meter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2664774C1 true RU2664774C1 (en) 2018-08-22

Family

ID=63286702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017140363A RU2664774C1 (en) 2017-11-21 2017-11-21 X-ray diffraction meter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2664774C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1704047A1 (en) * 1990-04-24 1992-01-07 Опытное Конструкторско-Технологическое Бюро С Опытным Производством Института Металлофизики Ан Усср Attachment to x-ray diffractometer
SU1716406A1 (en) * 1989-10-30 1992-02-28 Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова Portable x-ray goniometer for determining stresses in large objects
US5359640A (en) * 1993-08-10 1994-10-25 Siemens Industrial Automation, Inc. X-ray micro diffractometer sample positioner
US20090274274A1 (en) * 2008-05-01 2009-11-05 Bruker Axs, Inc. Handheld two-dimensional x-ray diffractometer
RU137951U1 (en) * 2013-06-18 2014-02-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 68240" DEVICE FOR X-RAY MICROANALYSIS

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1716406A1 (en) * 1989-10-30 1992-02-28 Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова Portable x-ray goniometer for determining stresses in large objects
SU1704047A1 (en) * 1990-04-24 1992-01-07 Опытное Конструкторско-Технологическое Бюро С Опытным Производством Института Металлофизики Ан Усср Attachment to x-ray diffractometer
US5359640A (en) * 1993-08-10 1994-10-25 Siemens Industrial Automation, Inc. X-ray micro diffractometer sample positioner
US20090274274A1 (en) * 2008-05-01 2009-11-05 Bruker Axs, Inc. Handheld two-dimensional x-ray diffractometer
RU137951U1 (en) * 2013-06-18 2014-02-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 68240" DEVICE FOR X-RAY MICROANALYSIS

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А.К. Мукатова, Разработка подводного аппарата для контроля напряженного состояния в конструкциях неразрушающим методом рентгеновской тензометрии, Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Институт металлургии, машиностроения и транспорта, Санкт-Петербург, 2014, С. 36-39. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109579780B (en) Polarization-based light splitting auto-collimation three-dimensional angle measuring device and method
US11623299B2 (en) Device for determining an orientation of an optical device of a coherence tomograph, coherence tomograph and laser processing system
US20130044332A1 (en) Surface profile measurement apparatus and alignment method thereof and an improved sub-aperture measurement data acquisition method
EP2549222B1 (en) Use of an abscissa calibration jig, abscissa calibration method and laser interference measuring apparatus
Šiaudinytė et al. Uncertainty evaluation of trigonometric method for vertical angle calibration of the total station instrument
CN109579782B (en) High-precision large-working-distance auto-collimation three-dimensional angle measuring device and method
CN203744933U (en) Two-dimensional displacement measuring device based on variable-spacing grating diffraction
RU2664774C1 (en) X-ray diffraction meter
CN105627913A (en) Linear length measurement alignment adjustment method for laser interferometer
US20160178500A1 (en) Particle size distribution measuring apparatus
CN106323198B (en) A kind of high-precision, wide scope and big working distance laser auto-collimation apparatus and method
CN109579778B (en) Device and method for measuring three-dimensional angle based on dual-wavelength light splitting auto-collimation
CN104729431A (en) Method for measuring surface curvature radius of spherical optical element with small curvature and small caliber
US7471398B2 (en) Method for measuring contour variations
Zantopulos et al. Systematic errors in X-ray diffractometer stress measurements due to specimen geometry and beam divergence
CN104913725A (en) Two-dimensional displacement measuring device based on variable-spacing grating diffraction
Verhoglyad et al. Certification of a two-channel automated infrared image synthesis system for testing array photodetectors
JP6964340B2 (en) Straight line generation method and straight line generator
Ma et al. Nondiffracting beam based technology for an attitude measurement system for automatic orientation of shield
Zharov et al. A method of determining the kinematic properties of the primary mirror elements of the RATAN-600 radio telescope using modern laser measuring systems
US9891428B2 (en) Optical measurement system, measurement method for errors of rotating platform, and two dimensional sine wave annulus grating
RU2491525C1 (en) Method for interferometric control of image quality and distortion of optical systems at operating wavelength
SU861936A1 (en) Method of measuring transverse dimensions and crack depth in objects
CN104897078A (en) Measuring method based on visible light reflection spectrum characteristics for ultra-precise lathe machining surface three-dimensional microstructure
Moiseeva et al. Investigation of optical-electronic autocollimator with quadrangular pyramidal reflector for measuring the angular position of the object