CN109444183A - 多功能x射线成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能X射线成像装置，包括工作站、运动控制器和多功能X射线成像装置本体；多功能X射线成像装置本体包括底座、X射线源位移驱动机构、样品台位移驱动机构、探测器位移驱动机构、X射线源组、样品台及探测器组。本发明的多功能X射线成像装置包含两套X射线源和探测器，可根据待测零件密度、零件尺寸及成像分辨率要求自由选择对应的X射线源和探测器组合，X射线源可沿Y轴和Z轴方向进行位置调节，探测器可沿X轴、Y轴和Z轴方向进行位置调节，同时X射线源和探测器在Y轴和Z轴方向可进行位置调整，设备可根据成像需要进行二维摄影、层析成像和断层成像。
Description
技术领域
本发明涉及X射线成像技术领域，特别涉及一种多功能X射线成像装置。
背景技术
现有工业X射线成像装置仅包括一套X射线源和探测器，X射线源的最大能量及功率、探测器的分辨率及尺寸固定，限制了工业X射线成像装置功能的扩展。同时现有设备X射线源和探测器仅可沿Z轴方向进行位置调整，仅具有二维摄影和断层成像功能，不具备层析成像功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多功能X射线成像装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多功能X射线成像装置，包括工作站、运动控制器和多功能X射线成像装置本体；
所述多功能X射线成像装置本体包括底座、沿X轴方向依次设置在所述底座上的X射线源位移驱动机构、样品台位移驱动机构、探测器位移驱动机构、设置在所述X射线源位移驱动机构上的X射线源组、设置在所述样品台位移驱动机构上的样品台及设置在所述探测器位移驱动机构上的探测器组；
其中，所述X射线源位移驱动机构用于驱动所述X射线源组沿Y轴和Z轴方向移动，所述样品台位移驱动机构用于驱动所述样品台沿X轴、Y轴和Z轴方向移动及绕Z轴做旋转运动，所述探测器位移驱动机构用于驱动所述探测器组沿X轴、Y轴和Z轴方向移动。
优选的是，所述X射线源位移驱动机构包括设置在所述底座上的射线源立柱、设置在所述射线源立柱上的射线源Z轴平移台及设置在所述射线源Z轴平移台上的射线源Y轴平移台。
优选的是，所述探测器位移驱动机构包括设置在所述底座上的探测器X轴平移台、设置在所述探测器X轴平移台上的探测器立柱、设置在所述探测器立柱上的探测器Z轴平移台及沿Z轴方向依次设置在所述探测器Z轴平移台上的第一探测器Y轴平移台和第二探测器Y轴平移台。
优选的是，所述X射线源组包括沿Y轴方向依次设置在所述射线源Y轴平移台上的第一X射线源和第二X射线源，且两者的焦点的Z轴方向的高度相同；
所述探测器组包括分别设置在所述第一探测器Y轴平移台和第二探测器Y轴平移台上的第一探测器和第二探测器。
优选的是，所述样品台位移驱动机构包括设置在所述底座上的样品台X轴平移台、设置在所述样品台X轴平移台上的样品台Y轴平移台、设置在所述样品台Y轴平移台上的样品台Z轴升降台及设置在所述样品台Z轴升降台上的样品台转台，所述样品台设置在所述样品台转台上。
优选的是，所述射线源Y轴平移台上还设置有射线源Y向激光器、第一射线源Z向激光器和第二射线源Z向激光器；所述射线源Y向激光器与所述第一X射线源和第二X射线源的焦点的Z轴坐标均相同，所述第一射线源Z向激光器与所述第一X射线源的焦点的Y轴坐标相同，所述第二射线源Z向激光器与所述第二X射线源的焦点的Y轴坐标相同。
优选的是，所述射线源Y轴平移台、射线源Z轴平移台、第一探测器Y轴平移台、第二探测器Y轴平移台、探测器Z轴平移台、探测器X轴平移台、样品台转台、样品台Z轴升降台、样品台Y轴平移台和样品台X轴平移台上均设置有零位光电开关；
所述底座的底部设置有多个地脚，所述地脚包括高度调节脚和脚轮。
优选的是，该多功能X射线成像装置的工作模式包括X射线二维摄影、X射线层析成像和X射线断层成像，其进行X射线二维摄影的工作流程包括以下步骤：
1)将待测工件放置于样平台上；
2)根据待测工件的尺寸、材质及成像分辨率要求，选择对应的X射线源与探测器；
3)通过运动控制器控制X射线源、探测器和样品台沿Y轴和Z轴进行位置调节最终确保所选X射线源对应的射线源Y向激光器、第一射线源Z向激光器和第二射线源Z向激光器的交点与探测器探测平面中心重合，并且大致通过待测工件几何中心；
4)通过运动控制器控制样品台和探测器沿X轴方向进行位置调节，最终确保样品在探测器上的投影处于探测器探测平面范围之内，并使该多功能X射线成像装置具有合适的放大比；
5)通过运动控制器控制X射线源进行曝光、探测器进行数据采集，获得二维摄影结果，完成X射线二维摄影。
优选的是，该多功能X射线成像装置进行X射线层析成像的工作流程包括以下步骤：
1)将待测工件放置于样平台上；
2)根据待测工件的尺寸、材质及成像分辨率要求，选择对应的X射线源与探测器；
3)通过运动控制器控制X射线源、探测器和样品台沿Y轴和Z轴进行位置调节最终确保所选X射线源对应的射线源Y向激光器、第一射线源Z向激光器和第二射线源Z向激光器的交点与探测器探测平面中心重合，并且大致通过待测工件几何中心；
4)通过运动控制器控制样品台和探测器沿X轴方向进行位置调节，最终确保样品在探测器上的投影处于探测器探测平面范围之内，并使该多功能X射线成像装置具有合适的放大比；
5)通过运动控制器控制所选的X射线源和探测器以一定的速度比值反向同步运动，同时开始X射线源曝光，且探测器按一定帧率进行数据采集；
6)工作站对探测器采集的层析投影数据进行重建，获得层析成像结果，完成X射线层析成像。
优选的是，该多功能X射线成像装置进行X射线断层成像的工作流程包括以下步骤：
1)将待测工件放置于样平台上；
2)根据待测工件的尺寸、材质及成像分辨率要求，选择对应的X射线源与探测器；
3)通过运动控制器控制X射线源、探测器和样品台沿Y轴和Z轴进行位置调节最终确保所选X射线源对应的射线源Y向激光器、第一射线源Z向激光器和第二射线源Z向激光器的交点与探测器探测平面中心重合，并且大致通过待测工件几何中心；
4)通过运动控制器控制样品台和探测器沿X轴方向进行位置调节，最终确保样品在探测器上的投影处于探测器探测平面范围之内，并使该多功能X射线成像装置具有合适的放大比；
5)通过运动控制器控制样品台以一定的速度绕Z轴匀速旋转，同时开始X射线源曝光，且探测器按一定帧率进行数据采集；
6)工作站对探测器采集的断层投影数据进行重建，获得X射线断层成像结果，完成X射线断层成像。
本发明的有益效果是：本发明的多功能X射线成像装置同时包含两套X射线源和探测器，可以根据待测零件密度、零件尺寸及成像分辨率要求自由选择对应的X射线源和探测器组合，X射线源可沿Y轴和Z轴方向进行位置调节，探测器可沿X轴、Y轴和Z轴方向进行位置调节，从而使设备可根据待测零件尺寸、零件材质及成像分辨率的要求自由选择对应的X射线源和探测器组合，同时X射线源和探测器在Y轴和Z轴方向可进行位置调整，设备可根据成像需要进行二维摄影、层析成像和断层成像。本发明的多功能X射线成像装置在底座上增加了带脚轮的地脚，设备可以方便的移动位置和固定，增加了设备操作的便携性。
附图说明
图1为本发明的多功能X射线成像装置的结构示意图；
图2为本发明的多功能X射线成像装置本体的结构示意图；
图3为本发明的多功能X射线成像装置本体的另一个视角的结构示意图；
图4为本发明的激光器的布置示意图；
图5为本发明的零位光电开关的布置示意图。
附图标记说明：
1、工作站，2、运动控制器，3、多功能X射线成像装置本体、301、底座，302、地脚，303、第一X射线源，304、第二X射线源，305、射线源Y轴平移台，306、射线源Z轴平移台，307、射线源立柱，308、第一探测器，309、第二探测器，310、第一探测器Y轴平移台，311、第二探测器Y轴平移台，312、探测器Z轴平移台，313、探测器立柱，314、探测器X轴平移台，315、样品台，316、样品台转台，317、样品台Z轴升降台，318、样品台Y轴平移台，319、样品台X轴平移台、320、第一射线源Z向激光器，321、第二射线源Z向激光器，322、射线源Y向激光器，323、零位光电开关。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-2所示，本实施例的一种多功能X射线成像装置，包括工作站1、运动控制器2和多功能X射线成像装置本体3；
多功能X射线成像装置本体3包括底座301、沿X轴方向依次设置在底座301上的X射线源位移驱动机构、样品台315位移驱动机构、探测器位移驱动机构、设置在X射线源位移驱动机构上的X射线源组、设置在样品台315位移驱动机构上的样品台315及设置在探测器位移驱动机构上的探测器组；
其中，X射线源位移驱动机构用于驱动X射线源组沿Y轴和Z轴方向移动，样品台315位移驱动机构用于驱动样品台315沿X轴、Y轴和Z轴方向移动及绕Z轴做旋转运动，探测器位移驱动机构用于驱动探测器组沿X轴、Y轴和Z轴方向移动。
其中，X射线源位移驱动机构包括设置在底座301上的射线源立柱307、设置在射线源立柱307上的射线源Z轴平移台306及设置在射线源Z轴平移台306上的射线源Y轴平移台305。X射线源组包括沿Y轴方向依次设置在射线源Y轴平移台305上的第一X射线源303和第二X射线源304，且两者的焦点的Z轴方向的高度相同。
其中，参照图2，探测器位移驱动机构包括设置在底座301上的探测器X轴平移台314、设置在探测器X轴平移台314上的设置在探测器立柱313、设置在所述探测器立柱上的探测器Z轴平移台312及沿Z轴方向依次设置在探测器Z轴平移台312上的第一探测器Y轴平移台310和第二探测器Y轴平移台311。探测器组包括分别设置在第一探测器Y轴平移台310和第二探测器Y轴平移台311上的第一探测器308和第二探测器309。
其中，参照图2，样品台315位移驱动机构包括设置在底座301上的样品台X轴平移台319、设置在样品台X轴平移台319上的样品台Y轴平移台318、设置在样品台Y轴平移台318上的样品台Z轴升降台317及设置在样品台Z轴升降台317上的样品台转台316，样品台315设置在样品台转台316上。
其中，参照图4，射线源Y轴平移台305上还设置有射线源Y向激光器322、第一射线源Z向激光器320和第二射线源Z向激光器321；射线源Y向激光器322与第一X射线源303和第二X射线源304的焦点的Z轴坐标均相同，第一射线源Z向激光器320与第一X射线源303的焦点的Y轴坐标相同，第二射线源Z向激光器321与第二X射线源304的焦点的Y轴坐标相同。
在一种实施例中，参照图5，射线源Y轴平移台305、射线源Z轴平移台306、第一探测器Y轴平移台310、第二探测器Y轴平移台311、探测器Z轴平移台312、探测器X轴平移台314、样品台转台316、样品台Z轴升降台317、样品台Y轴平移台318和样品台X轴平移台319上均设置有零位光电开关323；以对各运动组件进行零点定位。
在一种实施例中，所有平移运动机构(射线源Y轴平移台305、射线源Z轴平移台306、第一探测器Y轴平移台310、第二探测器Y轴平移台311、探测器Z轴平移台312、探测器X轴平移台314、样品台Z轴升降台317、样品台Y轴平移台318和样品台X轴平移台319)通过伺服电机驱动的滚珠丝杠沿导轨做直线运动实现或通过伺服电机驱动的齿轮齿条沿导轨做直线运动实现，样品台转台316的回转运动通过伺服电机驱动的涡轮蜗杆运动机构实现。
在一种实施例中，底座301的底部设置有多个地脚302，地脚302包括高度调节脚和脚轮，便于调节高度和移动，能方便该装置位置的移动和固定。
该多功能X射线成像装置的工作模式包括X射线二维摄影、X射线层析成像和X射线断层成像。
在一种实施例中，其进行X射线二维摄影的工作流程包括以下步骤：
1)将待测工件放置于样平台上；
2)根据待测工件的尺寸、材质、待测工件的密度及成像分辨率要求，选择对应的X射线源与探测器(第一X射线源303、第二X射线源304和第一探测器308、第二探测器中选择)；
3)通过运动控制器2控制X射线源、探测器和样品台315沿Y轴和Z轴进行位置调节最终确保所选X射线源对应的射线源Y向激光器322、第一射线源Z向激光器320和第二射线源Z向激光器321的交点与探测器探测平面中心重合，并且大致通过待测工件几何中心；
4)通过运动控制器2控制样品台315和探测器沿X轴方向进行位置调节，最终确保样品在探测器上的投影处于探测器探测平面范围之内，并使该多功能X射线成像装置具有合适的放大比；
5)通过运动控制器2控制X射线源进行曝光、探测器进行数据采集，获得二维摄影结果，完成X射线二维摄影。
在一种实施例中，该多功能X射线成像装置进行X射线层析成像的工作流程包括以下步骤：
1)将待测工件放置于样平台上；
2)根据待测工件的尺寸、材质、待测工件的密度及成像分辨率要求，选择对应的X射线源与探测器(第一X射线源303、第二X射线源304和第一探测器308、第二探测器中选择)；
3)通过运动控制器2控制X射线源、探测器和样品台315沿Y轴和Z轴进行位置调节最终确保所选X射线源对应的射线源Y向激光器322、第一射线源Z向激光器320和第二射线源Z向激光器321的交点与探测器探测平面中心重合，并且大致通过待测工件几何中心；
4)通过运动控制器2控制样品台315和探测器沿X轴方向进行位置调节，最终确保样品在探测器上的投影处于探测器探测平面范围之内，并使该多功能X射线成像装置具有合适的放大比；
5)通过运动控制器2控制所选的X射线源和探测器以一定的速度比值反向同步运动，同时开始X射线源曝光，且探测器按一定帧率进行数据采集；
6)工作站1对探测器采集的层析投影数据进行重建，获得层析成像结果，完成X射线层析成像。
在一种实施例中，该多功能X射线成像装置进行X射线断层成像的工作流程包括以下步骤：
1)将待测工件放置于样平台上；
2)根据待测工件的尺寸、材质、待测工件的密度及成像分辨率要求，选择对应的X射线源与探测器(第一X射线源303、第二X射线源304和第一探测器308、第二探测器中选择)；
3)通过运动控制器2控制X射线源、探测器和样品台315沿Y轴和Z轴进行位置调节最终确保所选X射线源对应的射线源Y向激光器322、第一射线源Z向激光器320和第二射线源Z向激光器321的交点与探测器探测平面中心重合，并且大致通过待测工件几何中心；
4)通过运动控制器2控制样品台315和探测器沿X轴方向进行位置调节，最终确保样品在探测器上的投影处于探测器探测平面范围之内，并使该多功能X射线成像装置具有合适的放大比；
5)通过运动控制器2控制样品台315以一定的速度绕Z轴匀速旋转，同时开始X射线源曝光，且探测器按一定帧率进行数据采集；
6)工作站1对探测器采集的断层投影数据进行重建，获得X射线断层成像结果，完成X射线断层成像。
本发明在现有工业X射线成像装置的基础上进行改进，设计为一套多功能X射线成像装置上配备两套X射线源和探测器，X射线源可沿Y轴和Z轴方向进行位置调节，探测器可沿X轴、Y轴和Z轴方向进行位置调节，从而使设备可根据待测零件尺寸、零件材质及成像分辨率的要求自由选择对应的X射线源和探测器组合，同时X射线源和探测器在Y轴和Z轴方向可进行位置调整，设备可根据成像需要进行二维摄影、层析成像和断层成像。本发明的多功能X射线成像装置在底座301上增加了带脚轮的地脚302，设备可以方便的移动位置和固定，增加了设备操作的便携性。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (10)
1.一种多功能X射线成像装置，其特征在于，包括工作站、运动控制器和多功能X射线成像装置本体；
所述多功能X射线成像装置本体包括底座、沿X轴方向依次设置在所述底座上的X射线源位移驱动机构、样品台位移驱动机构、探测器位移驱动机构、设置在所述X射线源位移驱动机构上的X射线源组、设置在所述样品台位移驱动机构上的样品台及设置在所述探测器位移驱动机构上的探测器组；
其中，所述X射线源位移驱动机构用于驱动所述X射线源组沿Y轴和Z轴方向移动，所述样品台位移驱动机构用于驱动所述样品台沿X轴、Y轴和Z轴方向移动及绕Z轴做旋转运动，所述探测器位移驱动机构用于驱动所述探测器组沿X轴、Y轴和Z轴方向移动。
2.根据权利要求1所述的多功能X射线成像装置，其特征在于，所述X射线源位移驱动机构包括设置在所述底座上的射线源立柱、设置在所述射线源立柱上的射线源Z轴平移台及设置在所述射线源Z轴平移台上的射线源Y轴平移台。
3.根据权利要求2所述的多功能X射线成像装置，其特征在于，所述探测器位移驱动机构包括设置在所述底座上的探测器X轴平移台、设置在所述探测器X轴平移台上的探测器立柱、设置在所述探测器立柱上的探测器Z轴平移台及沿Z轴方向依次设置在所述探测器Z轴平移台上的第一探测器Y轴平移台和第二探测器Y轴平移台。
4.根据权利要求3所述的多功能X射线成像装置，其特征在于，所述X射线源组包括沿Y轴方向依次设置在所述射线源Y轴平移台上的第一X射线源和第二X射线源，且两者的焦点的Z轴方向的高度相同；
所述探测器组包括分别设置在所述第一探测器Y轴平移台和第二探测器Y轴平移台上的第一探测器和第二探测器。
5.根据权利要求4所述的多功能X射线成像装置，其特征在于，所述样品台位移驱动机构包括设置在所述底座上的样品台X轴平移台、设置在所述样品台X轴平移台上的样品台Y轴平移台、设置在所述样品台Y轴平移台上的样品台Z轴升降台及设置在所述样品台Z轴升降台上的样品台转台，所述样品台设置在所述样品台转台上。
6.根据权利要求5所述的多功能X射线成像装置，其特征在于，所述射线源Y轴平移台上还设置有射线源Y向激光器、第一射线源Z向激光器和第二射线源Z向激光器；所述射线源Y向激光器与所述第一X射线源和第二X射线源的焦点的Z轴坐标均相同，所述第一射线源Z向激光器与所述第一X射线源的焦点的Y轴坐标相同，所述第二射线源Z向激光器与所述第二X射线源的焦点的Y轴坐标相同。
7.根据权利要求5所述的多功能X射线成像装置，其特征在于，所述射线源Y轴平移台、射线源Z轴平移台、第一探测器Y轴平移台、第二探测器Y轴平移台、探测器Z轴平移台、探测器X轴平移台、样品台转台、样品台Z轴升降台、样品台Y轴平移台和样品台X轴平移台上均设置有零位光电开关；
所述底座的底部设置有多个地脚，所述地脚包括高度调节脚和脚轮。
8.根据权利要求6-7中任意一项所述的多功能X射线成像装置，其特征在于，该多功能X射线成像装置的工作模式包括X射线二维摄影、X射线层析成像和X射线断层成像，其进行X射线二维摄影的工作流程包括以下步骤：
1)将待测工件放置于样平台上；
2)根据待测工件的尺寸、材质及成像分辨率要求，选择对应的X射线源与探测器；
3)通过运动控制器控制X射线源、探测器和样品台沿Y轴和Z轴进行位置调节最终确保所选X射线源对应的射线源Y向激光器、第一射线源Z向激光器和第二射线源Z向激光器的交点与探测器探测平面中心重合，并且大致通过待测工件几何中心；
4)通过运动控制器控制样品台和探测器沿X轴方向进行位置调节，最终确保样品在探测器上的投影处于探测器探测平面范围之内，并使该多功能X射线成像装置具有合适的放大比；
5)通过运动控制器控制X射线源进行曝光、探测器进行数据采集，获得二维摄影结果，完成X射线二维摄影。
9.根据权利要求6-7中任意一项所述的多功能X射线成像装置，其特征在于，该多功能X射线成像装置进行X射线层析成像的工作流程包括以下步骤：
1)将待测工件放置于样平台上；
2)根据待测工件的尺寸、材质及成像分辨率要求，选择对应的X射线源与探测器；
3)通过运动控制器控制X射线源、探测器和样品台沿Y轴和Z轴进行位置调节最终确保所选X射线源对应的射线源Y向激光器、第一射线源Z向激光器和第二射线源Z向激光器的交点与探测器探测平面中心重合，并且大致通过待测工件几何中心；
4)通过运动控制器控制样品台和探测器沿X轴方向进行位置调节，最终确保样品在探测器上的投影处于探测器探测平面范围之内，并使该多功能X射线成像装置具有合适的放大比；
5)通过运动控制器控制所选的X射线源和探测器以一定的速度比值反向同步运动，同时开始X射线源曝光，且探测器按一定帧率进行数据采集；
6)工作站对探测器采集的层析投影数据进行重建，获得层析成像结果，完成X射线层析成像。
10.根据权利要求6-7中任意一项所述的多功能X射线成像装置，其特征在于，该多功能X射线成像装置进行X射线断层成像的工作流程包括以下步骤：
1)将待测工件放置于样平台上；
2)根据待测工件的尺寸、材质及成像分辨率要求，选择对应的X射线源与探测器；
3)通过运动控制器控制X射线源、探测器和样品台沿Y轴和Z轴进行位置调节最终确保所选X射线源对应的射线源Y向激光器、第一射线源Z向激光器和第二射线源Z向激光器的交点与探测器探测平面中心重合，并且大致通过待测工件几何中心；
4)通过运动控制器控制样品台和探测器沿X轴方向进行位置调节，最终确保样品在探测器上的投影处于探测器探测平面范围之内，并使该多功能X射线成像装置具有合适的放大比；
5)通过运动控制器控制样品台以一定的速度绕Z轴匀速旋转，同时开始X射线源曝光，且探测器按一定帧率进行数据采集；
6)工作站对探测器采集的断层投影数据进行重建，获得X射线断层成像结果，完成X射线断层成像。
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