CN111564351B - 一种电动靶驱动组件及透射式x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动靶驱动组件及透射式X射线管，包括射线源外壳、波纹管、靶座、窗口靶、导向组件和滚动组件；靶座的上部气密性连接窗口靶，靶座的下部气密性连接波纹管的上部，波纹管下部气密性连接在射线源外壳上；滚动组件与波纹管的上下两端面连接，导向组件与靶座连接；本发明通过滚动组件、导向组件构成滚动支撑，支撑真空下靶座所承受的压力，保证靶座的位置稳定；同时在导向组件、驱动组件构成两维位移机构，实现窗口靶两维微位移的精确控制，避免窗口靶使用一段时间后，靶出现衰退的情况，可以通过对波纹管的折弯，实现电子束在透射窗上轰击位置的移动，从而使X射线可以连续产生。

Description

一种电动靶驱动组件及透射式X射线管

技术领域

本发明涉及X射线成像技术领域，具体涉及一种电动靶驱动组件及透射式X射线管。

背景技术

X射线源是X射线成像***的核心部件，广泛应用于电子封装检测、医疗成像等领域，其基本原理是利用射线源内部场致发射或热电子发射产生的高能电子束，轰击镀钨金刚石片制成的窗口靶产生X射线，产生的X射线透过窗口靶向外辐射。由于金刚石窗口的钨层长期受到高能电子束轰击，会造成镀层点蚀，从而丧失靶功能。为了保证射线源能长期稳定工作，需要定期转移电子束在靶上的聚焦点，避免电子束在某一靶点连续轰击。

在使用过程中，高能电子束轰击需在真空环境下进行，而常规的设备难以在真空环境下实现靶材的位移，部分可实现靶材真空环境下位移的设备其调节时间过长同时精度不高。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种电动靶驱动组件，包括射线源外壳、波纹管、靶座、窗口靶、导向组件和滚动组件；所述靶座的上部气密性连接所述窗口靶，所述靶座的下部气密性连接所述波纹管的上部，所述波纹管下部气密性连接在所述射线源外壳上；所述滚动组件与所述波纹管的上下两端面连接，所述导向组件与所述靶座连接。

较佳的，所述波纹管的下端面设置有第一环形法兰，上端面设置有第二环形法兰；所述第二环形法兰和所述靶座固定连接，所述第一环形法兰固定设置在所述射线源外壳上。

较佳的，所述导向组件包括第一安装板、第一微型导轨、运动块、第二微型导轨、第二安装板，所述第一安装板固定设置在所述第一环形法兰上，所述第二安装板设置在所述第二环形法兰上，所述第一微型导轨固定设置在所述第一安装板上，所述第二微型导轨固定设置在所述第二安装板上，所述运动块与所述第一微型导轨、所述第二微型导轨均活动连接，且所述运动块可沿所述第一微型导轨、所述第二微型导轨自由滑动。

较佳的，所述第一微型导轨与所述第二微型导轨不平行设置。

较佳的，所述导向组件上设置有驱动组件，所述驱动组件包括第一制动件、第二制动件；所述第一制动件固定设置在所述第一安装板上，所述第一制动件的驱动轴和所述运动块连接，驱动方向与所述第一微型导轨的延伸方向一致；所述第二制动件与固定设置在所述第二安装板上，所述第二制动件的驱动轴和所述运动块连接，驱动方向与所述第二微型导轨的延伸方向一致。

较佳的，所述滚动组件包括万向球、球座和滚动板；所述万向球设置在所述球座上，所述滚动板和所述球座分别设置在所述第一环形法兰和所述第二环形法兰上，所述万向球可在所述球座内自由转动；所述万向球和所述滚动板端面接触设置且可在所述滚动板端面上自由滚动。

较佳的，所述导向组件和所述滚动组件的总量不少于3个，且所述导向组件和所述滚动组件的数量均不少于1个。

较佳的，所述滚动组件和所述导向组件在所述第二环形法兰和所述第一环形法兰上圆周均布。

较佳的，所述滚动组件在在所述第二环形法兰和所述第一环形法兰上圆周均布，所述导向组件采用步进电机。

较佳的，一种透射式X射线管，包括所述电动靶驱动组件、以及在所述射线源外壳内以远离所述窗口靶的方向依次设置的阴极灯丝、引出极、电子光设备，所述窗口靶包括薄膜阳极靶和透射窗，所述薄膜阳极靶沉积在所述透射窗朝向所述阴极灯丝的一面，所述透射窗固定在所述靶座上。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明通过所述滚动组件、所述导向组件构成滚动外支撑，支撑真空下所述靶座所承受的压力，保证所述靶座的位置稳定；同时在所述导向组件、所述驱动组件构成两维位移机构，实现所述窗口靶两维微位移的精确控制。

附图说明

图1为所述电动靶驱动组件的结构视图；

图2为仅设置一导向组件的所述电动靶驱动组件的结构视图；

图3为所述导向组件的结构视图；

图4为所述透射式X射线管的结构视图；

图5为所述透射式X射线管的工作示意图。

图中数字表示：

1-射线源外壳；2-波纹管；3-靶座；4-窗口靶；5-导向组件；6-驱动组件；7-滚动组件；8-阴极灯丝；9-引出极；10-电子光设备；11-电子束；12-X射线；41-薄膜阳极靶；42-透射窗；51-第一安装板；52-第一微型导轨；53-运动块；54-第二微型导轨；55-第二安装板；61-第一丝杠电机；62-第二丝杠电机；71-万向球；72-球座；73-滚动板。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

如图1所示，图1为所述电动靶驱动组件的结构视图；本发明所述电动靶驱动组件包括射线源外壳1、波纹管2、靶座3、窗口靶4、导向组件5、驱动组件6和滚动组件7；所述靶座3的上部气密性连接所述窗口靶4，所述靶座3的下部气密性连接所述波纹管2的上部，所述波纹管2的下部气密性连接在所述射线源外壳1上。所述导向组件5和所述滚动组件7设置在所述波纹管2上，用于支撑所述波纹管2以保证所述波纹管2的上端面和下端面保持平行，所述驱动组件6设置在所述导向组件5上，从而可实现所述波纹管2上端面的平行位移。

如图2所示，图2为仅设置一导向组件的所述电动靶驱动组件的结构视图；一般的，所述导向组件5和所述滚动组件7的总量不少于3个，且所述导向组件5和所述滚动组件7的数量均不少于1个，从而保证具有三点支撑，实现所述波纹管2在内真空状态下的结构稳定。同样的，也可仅设置所述滚动组件7，通过所述滚动组件7对所述波纹管2进行外部支撑，所述导向组件5和所述驱动组件6均采用如步行电机等外部设备与所述靶座3直接连接，从而实现所述窗口靶4的高位移精度调控。

较佳的，所述波纹管2的下端面设置有第一环形法兰，上端面设置有第二环形法兰；所述第二环形法兰和所述靶座3固定连接，通过所述第二环形法兰的移动可带动所述靶座3移动，所述第一环形法兰固定设置在所述射线源外壳1上，所述第一环形法兰和所述第二环形法兰均设置在所述波纹管2的外侧。

当所述导向组件5和所述滚动组件7设置为多个时，所述滚动组件7和所述导向组件5在所述第二环形法兰和所述第一环形法兰上圆周均布，保证支撑力分别均匀。

所述滚动组件7、所述导向组件5同时与所述第二环形法兰和所述第一环形法兰固定连接；所述驱动组件6设置在所述导向组件5上，所述驱动组件6驱动所述导向组件5使所述第二环形法兰和所述第一环形法兰产生平行的相对位移，从而使所述窗口靶4和所述靶座3沿所述导向组件5的导向方向产生水平微位移，进而转移电子束在所述窗口靶4上的聚焦点，避免电子束在某一靶点连续轰击。

如图3所示，图3为所述导向组件的结构视图；所述导向组件5包括第一安装板51、第一微型导轨52、运动块53、第二微型导轨54、第二安装板55，所述第一安装板51固定设置在所述第一环形法兰上，所述第二安装板55设置在所述第二环形法兰上，所述第一微型导轨52固定设置在所述第一安装板51上，所述第二微型导轨54固定设置在所述第二安装板55上，所述运动块53与所述第一微型导轨52、所述第二微型导轨54均活动连接，且所述运动块53可沿所述第一微型导轨52、所述第二微型导轨54自由滑动，即所述运动块53下端面和所述第一微型导轨52活动连接，所述运动块53在所述第一微型导轨52上可沿所述第一微型导轨52相对滑动，所述运动块53上端面和所述第二微型导轨54活动连接，所述运动块53在所述第二微型导轨54上可沿所述第二微型导轨54相对滑动。

所述第一微型导轨52与所述第二微型导轨54不平行设置，保证所述运动块53具有两个不同的相对位移方向。较佳的，所述第一微型导轨52与所述第二微型导轨54正交布置，正交设置保证所述驱动组件6单向制动时，所述运动块53与所述第一微型导轨52、所述第二微型导轨54之间相对移动稳定。

所述驱动组件6包括第一丝杠电机61、第二丝杠电机62；所述第一丝杠电机61固定设置在所述第一安装板51上，所述第一丝杠电机61的驱动轴和所述运动块53刚性连接，驱动方向与所述第一微型导轨52的延伸方向一致，驱动所述运动块53沿所述第一微型导轨52产生相对位移；所述第二丝杠电机62与固定设置在所述第二安装板55上，所述第二丝杠电机62的驱动轴和所述运动块53刚性连接，驱动方向与所述第二微型导轨54的延伸方向一致，驱动所述运动块53沿所述第二微型导轨54产生相对位移。

值得指出的是，当设置多个所述导向组件5时，可仅在一所述导向组件5上设置所述驱动组件6用于提供驱动力，其他多个所述导向组件5仅提供支撑力，或实现辅助的移动导向功能。

所述滚动组件7包括万向球71、球座72和滚动板73；所述滚动板73固定设置在所述第二环形法兰上，所述万向球71通过所述球座72设置在所述第一环形法兰上，所述万向球71可在所述球座72内自由转动；所述万向球71和所述滚动板73下端面接触设置且可在所述滚动板73表面自由滚动。

所述波纹管2为金属焊接波纹管或成型波纹管，是具有弹性过渡段、可弯折的组件；所述第二环形法兰和所述第一环形法兰在相对平行移动的情况下，所述波纹管2产生自然形变同时保证所述波纹管2内的真空效果。

所述第一丝杠电机61、所述第二丝杠电机62均设有抱闸，保证所述运动块53的位置稳定，避免所述电动靶驱动组件在使用过程中所述窗口靶4产生位移。

所述滚动板73表面硬度HRC45或更高，降低所述万向球71和所述滚动板73之间滚动的磨损，避免磨损所造成的所述第二环形法兰和所述第一环形法兰之间距离减小的不良影响。

本发明提出了一种结构简单紧凑、自动化程度高的电动靶驱动组件，所述滚动组件7、所述导向组件5构成滚动支撑，支撑真空下所述靶座3所承受的几百kg的压力，保证所述靶座3的位置稳定；所述导向组件5、所述驱动组件6构成两维位移机构，实现所述窗口靶4的两维微位移的精确控制。

本发明所述滚动组件7、所述导向组件5、所述驱动组件6位于真空空间外，不受真空吸附作用，不仅易于维护，而且摩擦力近似为零，所述驱动组件6只需克服波纹管的径向变形作用力，所述波纹管2微小径向变形时所述窗口靶4两维的微位移所需力矩较小，便于实现精确位移控制。

实施例二

如图4所示，图4为所述透射式X射线管的结构视图；本发明所述透射式X射线管包括所述电动靶驱动组件、以及在所述射线源外壳1内以远离所述窗口靶4的方向依次设置的阴极灯丝8、引出极9、电子光设备10，所述窗口靶4包括薄膜阳极靶41和透射窗42，所述薄膜阳极靶41沉积在所述透射窗42朝向所述阴极灯丝8的一面，所述透射窗42固定在所述靶座3上。

一般的，所述射线源外壳1在使用中会固定在设备机台上，因此与所述射线源外壳1相连的所述波纹管2的底部为固定端，而顶部为自由端，即所述透射窗42可在所述波纹管2顶部截面的径向平面内一定程度自由移动。

所述透射窗42的移动特性与所述波纹管2的压缩状态相关。射线管内部为真空，所述波纹管2弹性过渡段会在大气压的作用下压缩，如果弹性过渡段完全压缩，则所述波纹管2为刚性结构，自由端难以移动，因此所述透射窗42的移动性，需要所述滚动组件7维持所述波纹管2不会被完全压缩。当射线管内为真空状态时，所述波纹管2在大气压压缩的情况下，维持一定的高度，优选所述滚动组件7长度位于波纹管完全压缩和自然状态之间。

所述波纹管2的支撑结构必须为外部支撑。所述滚动组件7利用外支撑结构保证所述波纹管2、所述透射窗42以及所述薄膜阳极靶41与射线管内部结构都不会发生接触。这样就不会在射线管内部产生金属划痕及碎屑，避免出现破坏真空和耐压不足的情况。

所述薄膜阳极靶41沉积在所述透射窗42朝向电子束的一面。当由所述阴极灯丝8上产生的电子，经过引出极9拉出，在经过电子光设备10聚焦形成聚焦电子束11，形成拥有若干微米直径的电子束斑，轰击到所述薄膜阳极靶41上后，从而使薄膜阳极靶41发出X射线12，穿过所述透射窗42而用于检测样品。X射线源中的所述电子束11在高压电场的作用下获得很大动能，高速轰击在所述薄膜阳极靶41靶面，由于靶面材料的阻碍作用，使电子速度骤然减速，损失的能量大部分转化为热量，而一小部分的能量则以X光子形式辐射出来。

如图5所示，图5为所述透射式X射线管的工作示意图；所述薄膜阳极靶41的厚度一般很薄，只有1微米～5微米，电子束轰击带来的热量使所述薄膜阳极靶41逐渐耗散，在使用一段时间后甚至完全耗尽，而产生X射线的剂量出现下降甚至不再产生X射线。

所述驱动组件6通过外部驱动力，使得所述波纹管2顶部自由端的移动，可以实现所述电子束11轰击所述薄膜阳极靶41的位置改变，从而可以重新产生X射线。因为电子束斑的直径为若干微米，如果移动范围可以控制大于50微米，则可以完全避开上一个阳极靶轰击位置的影响。

值得指出的是，所述波纹管自由端所连接的透射窗在使用中需要定期移动位置，移动区域为波纹管顶部截面的径向平面内，X射线聚焦点的移动可以使用手动或电动的方式，通过计量步进的距离，控制移动的位置。即在通过所述滚动组件7和所述导向组件5的支撑作用下，通过所述驱动组件6进行所述薄膜阳极靶41的平面移动，同时值得指出的是，也可仅设置所述滚动组件7进行外部支撑，并通过如步进电机等设备，通过控制器控制步进的距离，从而实现所述薄膜阳极靶41的高位移精度。所述薄膜阳极靶41的移动可以在X射线管工作的时候进行。

微焦点X射线管中阴极发射的电子束通过聚焦轰击到阳极靶上，局域温升极高，热量无法及时传递，很容易造成靶点的烧毁。因此所述透射窗在使用一段时间后需要移动位置。在透射窗使用一段时间后，阳极靶出现衰退的情况，可以通过对波纹管的折弯，实现电子束在透射窗上轰击位置的移动，整个过程不需要破坏真空度，从而使X射线可以连续产生，射线管持续使用。

波纹管外侧采用支撑结构，分别波纹管上、下端面外侧，当射线管内为真空状态时，波纹管在大气压压强下，仍维持一定的高度。利用外支撑维持波纹管射线管内部结构、透射窗以及阳极靶与射线管内部结构都不会发生接触。使用外部支撑，可确保波纹管的折弯不会产生金属划痕和内部结构损伤，可保证射线管的耐压特性和真空密封性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电动靶驱动组件，其特征在于，包括射线源外壳、波纹管、靶座、窗口靶、导向组件和滚动组件；所述靶座的上部气密性连接所述窗口靶，所述靶座的下部气密性连接所述波纹管的上部，所述波纹管下部气密性连接在所述射线源外壳上；所述滚动组件与所述波纹管的上下两端面连接，所述导向组件与所述靶座连接；所述波纹管的下端面设置有第一环形法兰，上端面设置有第二环形法兰；所述第二环形法兰和所述靶座固定连接，所述第一环形法兰固定设置在所述射线源外壳上；所述导向组件包括第一安装板、第一微型导轨、运动块、第二微型导轨、第二安装板，所述第一安装板固定设置在所述第一环形法兰上，所述第二安装板设置在所述第二环形法兰上，所述第一微型导轨固定设置在所述第一安装板上，所述第二微型导轨固定设置在所述第二安装板上，所述运动块与所述第一微型导轨、所述第二微型导轨均活动连接，且所述运动块可沿所述第一微型导轨、所述第二微型导轨自由滑动。

2.如权利要求1所述的电动靶驱动组件，其特征在于，所述第一微型导轨与所述第二微型导轨不平行设置。

3.如权利要求2所述的电动靶驱动组件，其特征在于，所述导向组件上设置有驱动组件，所述驱动组件包括第一制动件、第二制动件；所述第一制动件固定设置在所述第一安装板上，所述第一制动件的驱动轴和所述运动块连接，驱动方向与所述第一微型导轨的延伸方向一致；所述第二制动件与固定设置在所述第二安装板上，所述第二制动件的驱动轴和所述运动块连接，驱动方向与所述第二微型导轨的延伸方向一致。

4.如权利要求1所述的电动靶驱动组件，其特征在于，所述滚动组件包括万向球、球座和滚动板；所述滚动板固定设置在所述第二环形法兰上，所述万向球通过所述球座设置在所述第一环形法兰上，所述万向球可在所述球座内自由转动；所述万向球和所述滚动板下端面接触设置且可在所述滚动板端面上自由滚动。

5.如权利要求1所述的电动靶驱动组件，其特征在于，所述导向组件和所述滚动组件的总量不少于3个，且所述导向组件和所述滚动组件的数量均不少于1个。

6.如权利要求5所述的电动靶驱动组件，其特征在于，所述滚动组件和所述导向组件在所述第二环形法兰和所述第一环形法兰上圆周均布。

7.如权利要求4所述的电动靶驱动组件，其特征在于，所述滚动组件在在所述第二环形法兰和所述第一环形法兰上圆周均布，所述导向组件采用步进电机。

8.一种透射式X射线管，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的电动靶驱动组件、以及在所述射线源外壳内以远离所述窗口靶的方向依次设置的阴极灯丝、引出极、电子光设备，所述窗口靶包括薄膜阳极靶和透射窗，所述薄膜阳极靶沉积在所述透射窗朝向所述阴极灯丝的一面，所述透射窗固定在所述靶座上。

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