CN108426901A - 一种x射线分层扫描成像*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线分层扫描成像***，其载物台包括底座1、设置在其上的Θ轴转台、固定于Θ轴转台上的Z轴升降位移台、固定于Z轴升降位移台上的XY轴水平位移台、以及固定于XY轴水平位移台上的转接支架，Θ轴转台能够在水平面内转动，在转接支架侧面竖向固定有Φ轴转台，所述Φ轴转台为中空转台并能够在竖向平面内转动，在Φ轴转台的中空部分还固定有用以夹持板状样品的环形夹持器，样品平面与Φ轴转台的转台平面平行，中空转台与环形夹持器同心；所述的夹持器包括两个环扣，两个环扣的内侧均设置有用于夹持样品并相互对应的三个以上引脚。

Description

一种X射线分层扫描成像***

技术领域

本发明涉及X射线分层扫描成像***。

背景技术

X射线计算机分层扫描成像(Computed Laminography，简称CL)技术是一种有效检测样品内部结构信息的无损检测方法，在工业、医学诊断等领域有广泛的应用。X射线计算机分层扫描的对象是平板状的样品，扫描时X射线只在样品的厚度方向以倾斜角度穿透物体，在多个方向进行投影，可获取样品三维断层图像。

目前，X射线计算机断层成像技术(Computed Tomography，简称CT)是常用的无损检测手段，然而CT扫描方式对于板状构件的成像效果并不理想，而板状物的特点是宽度与厚度的比很大。相比较而言，CL扫描方式可以更有效地获取板状样品的内部信息，从而得到更加完整和清晰的图像。因此CL技术在工业领域的应用愈加频繁。

由于扫描模式的特殊性，CL扫描需要X射线以一定的倾斜角入射样品表面，也就是说射线方向与样品转轴方向有一定夹角，而CT模式下射线方向与样品转轴垂直。因此，CL***部件的空间位置往往有别于常规的CT***，总体而言可分为两类:(1)射线源、探测器绕一圆心转动调倾斜角；(2)依靠样品自身所在平面的转动调倾斜角。

第一类结构适用于尺寸较大、不方便倾斜放置的样品，对实验空间的需求较大，对射线源、探测器位置运动的控制精度要求较高。同时由于射线源、探测器不能水平放置，这就对仪器体积和重量有一定限制。第二类结构适用于尺寸较小、容易进行夹持的样品，整体***类似于一般的CT，可以在有限的空间内操作，一般不需要调整射线源、探测器位置。由此可以看出，相比第一类结构，第二类结构对于实验条件的要求要小得多。当要求对样品内部细微结构进行高精度成像时，第二类结构更具有优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于对板状样品进行高精度成像的X射线分层扫描成像***。技术方案如下：

一种X射线分层扫描成像***，包括射线源、射线源X向平移轴电机、载物台、探测器X向平移轴电机、探测器Y向平移轴电机、探测器和转塔，载物台包括底座1、设置在其上的Θ轴转台、固定于Θ轴转台上的Z轴升降位移台、固定于Z轴升降位移台上的XY轴水平位移台、以及固定于XY轴水平位移台上的转接支架，所述Θ轴转台能够在水平面内转动，Z轴位移台和XY轴水平位移台联合实现在X轴、Y轴和Z轴方向移动。其特征在于，

在载物台转接支架侧面竖向固定有Φ轴转台，所述Φ轴转台为中空转台并能够在竖向平面内转动，在Φ轴转台的中空部分还固定有用以夹持板状样品的环形夹持器，样品平面与Φ轴转台的转台平面平行，中空转台与环形夹持器同心；所述的夹持器包括两个环扣，两个环扣的内侧均设置有用于夹持样品并相互对应的的三个以上引脚，引脚末端开设有小孔或凹槽，在小孔或凹槽上固定有塑料固定件，在夹持器夹持样品时，各个塑料固定件直接接触样品表面。

与现有技术相比具有以下优点：

(1)在该***中，射线源、样品台、探测器的固定点均在同一平面上，因此可以更好地保证***稳定性，以及减少不同仪器间相对运动产生的不确定度，从而有利于重建后得到的图像质量。

(2)该***的样品台采用两个垂直相交的转轴分别控制样品台角度和样品的旋转，其中垂直于水平面的轴控制样品台角度，即倾斜角的大小，水平轴控制样品转动，从而实现特定倾斜角下的360°扫描。此方法理论上可以使倾斜角从0°到90°范围内变化，无需手动调节。

(3)载物台易于安装和拆卸，对空间大小、实验条件、以及设施配备的要求较低，可以直接在原有CT***的基础上进行改造，具有一定的可操作性，在实现CL的功能迁移方面简便易行。

(4)使用Θ轴转台控制倾斜角的大小，控制精度高且可调节范围大；使用夹持器固定样品，一方面较常规方法稳定，一方面可以通过调节夹持器四个方向上的应力来使样品保持垂直。

(5)用中空转台改变采样角，使得射线可以直接穿过样品而不穿过其他介质(空气除外)，减小了图像的噪声，提高了清晰度。

附图说明

图1是本发明的X射线分层扫描成像装置结构图。

图2是装底座的底部视图。

图3是用于夹持板状物样品的双层环形夹持器，(a)为外侧环扣，(b)为内侧环扣，(c)为夹持了样品的夹持器。

图4是带样品夹持器的装置图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。

CL扫描过程示意图如图1所示，扫描前首先通过控制所述射线源X向平移轴电机3、探测器X向平移轴电机7调整射线源4、载物台5、探测器9的合适间距，控制探测器Y向平移轴电机8调整探测器9中心位置对准射线源。

通过载物台5的Θ轴驱动电机16控制Θ轴转台15在水平面内转动到合适角度，以调节样品的倾斜角，此时打开射线源、同时CCD采集图像。再使用载物台的z轴驱动机构、xy轴驱动机构将样品中心调至采集的图像中心，多次使用Φ轴驱动机构旋转Φ轴转台并调节x、y、z轴，使图像中心位置采到的点保持不变，以保证射线源焦点、样品、探测器中心在一条直线上。以上过程完成后可开始对样品进行CL扫描，扫描过程中只有Φ轴转台运动，其余器件保持静止。

图1中：1为光学平台，2为射线源底座，3为射线源X向平移轴电机，4为射线源，5为载物台，6为探测器底座，7为探测器X向平移轴电机，8为探测器Y向平移轴电机，9为平板探测器，10为光耦探测器镜头，11为转塔，12为光路箱体，13为CCD。

图2中：14为载物台底座，15为Θ轴转台，16为Θ轴驱动电机，17为旋台转接板，18为z轴升降台，19为xy向位移台，20、21分别为x、y轴驱动电机，22为直角型转接支架，23为Φ轴中空转台，24为Φ轴驱动电机，25为样品夹持器，26为示意样品。

夹持器25的结构如图3所示：夹持器为环状结构，分为两层27和28，均为铝合金材质，内侧均有四个引脚，用于夹持样品，引脚末端有小孔，用于固定球状塑料纽扣30(PVC材质)。使用时，将待测板状物样品17置于夹持器两层之间，然后将上下两层四个引脚对准，两环相扣并夹紧样品，此时塑料纽扣直接接触样品表面，最后用紧固螺丝29调整应力，使整个结构稳固。

其中27为夹持器内侧环扣，28为夹持器外侧环扣，29为紧固螺丝，30为PVC塑料纽扣，此处还可称为固定件，26为示意样品。

使用旋转型结构进行CL扫描的关键技术在于如何精准控制扫描倾斜角的变化，采用本发明载物台的扫描装置，通过转动样品实现倾斜角的改变，而射线源与探测器位置不变，这类方法需要对样品有牢固的夹持，并且需要维持样品的位置稳定，改进后的夹持器适用于样品尺寸较小、形状规则、易固定的情形。

Claims (1)

1.一种X射线分层扫描成像***，包括射线源、射线源X向平移轴电机、载物台、探测器X向平移轴电机、探测器Y向平移轴电机、探测器和转塔，载物台包括底座1、设置在其上的Θ轴转台、固定于Θ轴转台上的Z轴升降位移台、固定于Z轴升降位移台上的XY轴水平位移台、以及固定于XY轴水平位移台上的转接支架，所述Θ轴转台能够在水平面内转动，Z轴位移台和XY轴水平位移台联合实现在X轴、Y轴和Z轴方向移动。其特征在于，

在载物台转接支架侧面竖向固定有Φ轴转台，所述Φ轴转台为中空转台并能够在竖向平面内转动，在Φ轴转台的中空部分还固定有用以夹持板状样品的环形夹持器，样品平面与Φ轴转台的转台平面平行，中空转台与环形夹持器同心；所述的夹持器包括两个环扣，两个环扣的内侧均设置有用于夹持样品并相互对应的的三个以上引脚，引脚末端开设有小孔或凹槽，在小孔或凹槽上固定有塑料固定件，在夹持器夹持样品时，各个塑料固定件直接接触样品表面。