CN111863571A - 一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构，采用电磁吸盘和电感式接近开关构成驱动与传感组件驱动与传感单元，利用电磁吸盘在微小气隙可产生大吸力的特性，平衡波纹管径向变形的回复力，并利用电感式接近开关的绝对位移测量特性，结合控制器、功率放大器以及电磁吸盘构成位移反馈控制回路，实现窗口靶两维微位移的精确控制。本发明具有结构简单、成本低、移动精度高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及X射线成像技术领域，具体涉及一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构。
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。
国际申请号WO2014/123835A1介绍了一种磁透镜式动靶机构，采用多组电磁线圈构成磁透镜实现电子束的二维偏转，聚焦在靶的不同位置，结构及控制复杂，成本高。
专利号为201210423880.4介绍了一种开放式微焦点X射线管的拆装式阳极靶装置，该装置可以通过旋转来使用阳极靶的不同位置来实现改变阳极靶的电子轰击位置，但是在使用过程中需要破坏射线管的真空度，更换阳极靶位置后，还需要重新抽真空，在此期间射线管无法工作，因此会造成维护和使用上的不便。而破坏真空度也会影响射线管的耐压性能，可能会造成射线管高压下降的情况。
申请号为201811278692.0公开了一种手动式的浮动靶机构，采用压缩波纹管4实现射线源外壳与靶座的真空分离，依靠滚珠轴承阻止波纹管4的纵向收缩，驱动机构正交布置在射线源外壳上，实现靶座和窗口靶的二维移动。但是，滚轴轴承位于真空管内，一方面难以维护、材料影响气密性，另一方面受真空吸附作用，滚珠轴承的摩擦系数较大，导致驱动机构所需驱动力较大，动靶机构难以实现横向位移。此外，该技术还存在手动调整繁琐，精度不高，不易自动化集成。
综上，目前对于窗口靶座两维微位移的调节机构存在结构复杂、影响其他部件的性能等问题，可靠性差，可动靶座的移动精度无法精确控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种可靠性高、结构及控制简单、可动靶座移动精度高的一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构，包括可动靶座(12)、上安装板(13)、下安装板(13’)、至少两个两维导向组件(15)、第一驱动与传感器单元(2)、第二驱动与传感器单元(20)、波纹管(4)；所述波纹管(4)的下端面与下安装板(13’)气密性固定，所述波纹管4的上端面通过上安装板(13)与所述可动靶座(12)气密性固定；至少两个所述两维导向组件(15)布设在所述波纹管(4)的周向，并分别与上安装板(13)、下安装板(13’)固定连接；
波纹管(4)所述第一驱动与传感器单元(2)包括第一电磁吸盘、第一导磁板、第一位移传感器(23)；所述第二驱动与传感器单元(20)包括第二电磁吸盘(21)、第二导磁板(22)、第二位移传感器(23)；
所述第一导磁板竖向设置，所述第一电磁吸盘与上安装板(13)固定，且与第一导磁板的A侧气隙间距连接，所述第一导磁板的A侧还与其中一个两维导向组件(15)固定连接，第一导磁板的B侧与第一位移传感器(23)气隙间距连接；所述第一位移传感器(23)与波纹管(4)的外壁间隔设置，且与上安装板(13)固定；
所述第二导磁板(22)竖向设置，所述第二电磁吸盘(21)与下安装板(13’)固定，且与第二导磁板(22)的A侧气隙间距连接，所述第二导磁板(22)的A侧还与另一个两维导向组件(15)固定连接，第二导磁板(22)的B侧与第二位移传感器(23)气隙间距连接；所述第二位移传感器(23)与波纹管(4)的外壁间隔设置，且与下安装板(13’)固定；
所述第一位移传感器(23)与第二位移传感器(23)正交布设。
当需要调整靶座位置时，根据需要调整的方向，选择第一电磁吸盘或第二电磁吸盘得电产生吸力，吸附对应的导磁板，导磁板带两维导向组件运动，从而带动上安装板运动，上安装板带动波纹管发送径向微位移，进而转移电子束在窗口靶上的聚焦点，避免电子束在某一靶点连续轰击。
进一步的，电动靶机构还包括第一功率放大器，第二功率放大器、控制器；第一电磁吸盘、第二电磁吸盘的输出端分别与第一绝对位移传感器、第二绝对位移传感器的输入端连接，第一绝对位移传感器、第二绝对位移传感器的输出端分别与控制的输入端连接。控制器的输出端与第一功率放大器、第二功率放大器的输入端连接，第一功率放大器、第二功率放大器的输出端分别与第一电磁吸盘、第二电磁吸盘的输入端连接。
进一步的，所述两维导向组件(15)包括上微型导轨(151)、运动块(152)、下微型导轨(153)；所述上微型导轨(151)固定在上安装板(13)下表面，所述下微型导轨(153)固定在下安装板(13’)的上表面，所述上微型导轨(151)、下微型导轨(153)的轨道方向正交布设；所述运动块(152)位于上微型导轨(151)、下微型导轨(153)之间，并与上微型导轨(151)、下微型导轨(153)滑动连接；所述第一导磁板、第二导磁板(22)分别与对应的运动块(152)固定连接。
进一步的，电动靶机构还包括滚动支撑组件(14)，所述滚动支撑组件(14)分别与上安装板(13)、下安装板(13’)连接固定。
进一步的，所述第一位移传感器(23)、第二位移传感器(23)均为电感式接近开关。
进一步的，位移传感器分别通过L形支架(3)对应的上安装板(13)或下安装板(13’)固定；L形支架(3)一侧板通过螺钉与上安装板(13)或下安装板(13’)固定，另一侧板开有孔，位移传感器穿过孔固定。
进一步的，所述第一电磁吸盘与第一导磁板、第二电磁吸盘(21)与第二导磁板(22)之间气隙间距为0.5～2mm。
进一步的，所述第一位移传感器(23)与第二导磁板(22)、第二位移传感器(23)与第二导磁板(22)之间的气隙间距为0.5～5mm。
进一步的，两维导向组件(15)包括上微型导轨(151)、运动块(152)、下微型导轨(153)，上微型导轨(151)固定在上安装板(13)下表面，下微型导轨(153)固定在下安装板(13)’的上表面，上微型导轨(151)、下微型导轨(153)的轨道方向正交布设；运动块(152)位于上微型导轨(151)、下微型导轨(153)之间，并与上微型导轨(151)、下微型导轨(153)滑动连接，在外力驱使下，运动块(152)可做二维方向自由滑动。
本发明的优点在于：
1)本发明采用电磁吸盘产生的吸力带动导磁板运动，导磁板带动对应的二维导向组件发生移动的，带动上安装板水平位移，进而转移电子束在窗口靶上的聚焦点，避免电子束在某一靶点连续轰击。电磁吸盘和电感式接近开关构成驱动与传感组件驱动与传感单元，利用电磁吸盘在微小气隙可产生大吸力的特性，平衡波纹管径向变形的回复力，并利用电感式接近开关的绝对位移测量特性，
2)结合控制器、功率放大器以及电磁吸盘构成位移反馈控制回路，实现窗口靶两维微位移的精确控制。本发明具有结构简单、成本低、移动精度高的特点。
3)本发明二维导向组件和滚动支撑组件分别与上安装板、下安装板固定为一整件，提高了可动靶座的结构刚度，降低了真空下可动靶座的变形，不仅提高了射线源的可靠性，也提高了可动靶座的移动精度。
附图说明
图1为本发明实施例中电动靶机构的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中电动靶机构去除上安装板后的俯视结构示意图；
图3为本发明实施例中驱动与传感器单元的结构示意图；
图4为本发明实施例中的电动把机构的位移反馈控制回路；
图5为本发明实施例中电磁吸盘可产生的吸力与气隙间距的关系。
11、固定外壳；12、靶座；13、上安装板；13’、下安装板；14、滚动支撑组件；15、两维导向组件；2、第一驱动与传感器单元；20、第二驱动与传感器单元；21、第二电磁吸盘；22、第二导磁板；23、位移传感器；3、L形支架；151、上微型导轨；152、运动块；153、下微型导轨；141、万向球；142、球座；4、波纹管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示，本实施例提供一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构，包括固定外壳11、可动靶座12、上安装板13、下安装板13’、两维导向组件15、第一驱动与传感器单元2、第二驱动与传感器单元20、波纹管4。波纹管4的下端面通过下安装板13’与固定外壳11顶部气密性固定，波纹管4的上端面通过上安装板13与可动靶座12气密性固定；两维导向组件15分别与上安装板13、下安装板13’固定连接。本实施例中，上安装板13、下安装板13’与波纹管4、固定外壳11、可动靶座12的安装结构均为常规技术，在此不再详细描述。
本实施例中，上安装板13和下安装板13’的外延尺寸均大于波纹管4的直径，使得两个驱动与传感器单元、两维导向组件15以及滚动支撑组件14具有安装空间，两个驱动与传感器单元、两维导向组件15布设在波纹管4的周向，并位于上安装板13、下安装板13’之间。
本实施例中，设置了3个两维导向组件15，3个两维导向组件15运动方向相同。两维导向组件15的结构为：
包括上微型导轨151、运动块152、下微型导轨153，上微型导轨151固定在上安装板13下表面，下微型导轨153固定在下安装板13’的上表面，上微型导轨151、下微型导轨153的轨道方向正交布设。运动块152位于上微型导轨151、下微型导轨153之间，并与上微型导轨151、下微型导轨153滑动连接，在外力驱使下，运动块152可做二维方向自由滑动。
本实施例中，两个驱动与传感器单元的具体安装结构如下：
如图3所示，两个驱动与传感器单元结构相同，以第二驱动与传感器单元20为例，包括第二电磁吸盘21、第二导磁板22、第二位移传感器23。第一驱动与传感器单元2包括第一电磁吸盘、第一导磁板、第一位移传感器；本实施例中，第一位移传感器、第二位移传感器23均采用模拟量输出的电感式接近开关。
第一导磁板竖向设置，第一电磁吸盘与上安装板13固定，且与第一导磁板的A侧气隙间距连接，气隙间距一般根据设备实际需要设定，比如0.5～2mm。第一导磁板的A侧还与其中一个两维导向组件15的运动块152侧壁固定连接，第一导磁板的B侧与第一位移传感器气隙间距连接，气隙间距一般根据设备实际需要设定，比如0.5～5mm。第一位移传感器与波纹管4的外壁间隔设置，且与上安装板13固定；
第二导磁板22竖向设置，第二电磁吸盘21与下安装板13’固定，且与第二导磁板22的A侧气隙间距连接，气隙间距一般根据设备实际需要设定，比如0.5～2mm。第二导磁板22的A侧还与另一个两维导向组件15的运动块152侧壁固定连接，第二导磁板22的B侧与第二位移传感器23气隙间距连接，气隙间距一般根据设备实际需要设定，比如0.5～5mm。第二位移传感器23与波纹管4的外壁间隔设置，且与下安装板13’固定。
如图5所示的电磁吸盘可产生的吸力与气隙间距的关系图，基于此，可根据波纹管的材质、硬度等特性确定电磁吸盘的吸力大小以及气隙间距大小。
其中，第一位移传感器与第二位移传感器23正交布设。
本实施例中，两个位移传感器23分别通过L形支架3分别与上安装板13、下安装板13’固定。L形支架3一侧通过螺钉与上安装板13、下安装板13’固定，另一侧开有孔，位移传感器23穿过孔，并通过螺钉辅助固定即可。
工作原理：
当需要调整靶座12位置时，根据需要调整的方向，选择第一电磁吸盘或第二电磁吸盘21得电产生吸力，吸附对应的导磁板，导磁板带动运动块152运动，从而带动上安装板13运动，上安装板13带动波纹管4发送径向微位移，进而转移电子束在窗口靶上的聚焦点，避免电子束在某一靶点连续轰击。
如图4所示，本实施例中，电动靶机构还包括第一功率放大器，第二功率放大器、控制器；第一电磁吸盘、第二电磁吸盘21的输出端分别与第一位移传感器、第二位移传感器的输入端连接，第一位移传感器、第二位移传感器的输出端分别与控制的输入端连接。控制器的输出端与第一功率放大器、第二功率放大器的输入端连接，第一功率放大器、第二功率放大器的输出端分别与第一电磁吸盘、第二电磁吸盘的输入端连接，从而第一电磁吸盘、第二电磁吸盘与功率放大器、控制器构成位移反馈控制回路。控制器与计算机通信，可以根据需要调节的位移量，向计算机输入位移量，通过控制器实现高精度的调节。
本实施例中，电动靶机构还包括3组滚动支撑组件14，滚动支撑组件14分别与上安装板13、下安装板13’连接固定，均布在波纹管4周向，用以支撑波纹管4轴向高度。滚动支撑组件14包括万向球141、球座142；球座142固定在下安装板13’上，万向球141滚动固定在球座142顶板，与上安装板13下表面抵接。当上安装板13发送位移时，万向球141可提供支撑力且沿上安装板13下表面自由滚动。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构，其特征在于：包括可动靶座(12)、上安装板(13)、下安装板(13’)、至少两个两维导向组件(15)、第一驱动与传感器单元(2)、第二驱动与传感器单元(20)、波纹管(4)；所述波纹管(4)的下端面与下安装板(13’)气密性固定，所述波纹管(4)的上端面通过上安装板(13)与所述可动靶座(12)气密性固定；至少两个所述两维导向组件(15)布设在所述波纹管(4)的周向，并分别与上安装板(13)、下安装板(13’)固定连接；
所述第一驱动与传感器单元(2)包括第一电磁吸盘、第一导磁板、第一位移传感器(23)；所述第二驱动与传感器单元(20)包括第二电磁吸盘(21)、第二导磁板(22)、第二位移传感器(23)；
所述第一导磁板竖向设置，所述第一电磁吸盘与上安装板(13)固定，且与第一导磁板的A侧气隙间距连接，所述第一导磁板的A侧还与其中一个两维导向组件(15)固定连接，第一导磁板的B侧与第一位移传感器(23)气隙间距连接；所述第一位移传感器(23)与波纹管(4)的外壁间隔设置，且与上安装板(13)固定；
所述第二导磁板(22)竖向设置，所述第二电磁吸盘(21)与下安装板(13’)固定，且与第二导磁板(22)的A侧气隙间距连接，所述第二导磁板(22)的A侧还与另一个两维导向组件(15)固定连接，第二导磁板(22)的B侧与第二位移传感器(23)气隙间距连接；所述第二位移传感器(23)与波纹管(4)的外壁间隔设置，且与下安装板(13’)固定；
所述第一位移传感器(23)与第二位移传感器(23)正交布设。
2.根据权利要求1所述的一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构，其特征在于：电动靶机构还包括第一功率放大器，第二功率放大器、控制器；第一电磁吸盘、第二电磁吸盘的输出端分别与第一绝对位移传感器、第二绝对位移传感器的输入端连接，第一绝对位移传感器、第二绝对位移传感器的输出端分别与控制的输入端连接。控制器的输出端与第一功率放大器、第二功率放大器的输入端连接，第一功率放大器、第二功率放大器的输出端分别与第一电磁吸盘、第二电磁吸盘的输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构，其特征在于：所述两维导向组件(15)包括上微型导轨(151)、运动块(152)、下微型导轨(153)；所述上微型导轨(151)固定在上安装板(13)下表面，所述下微型导轨(153)固定在下安装板(13’)的上表面，所述上微型导轨(151)、下微型导轨(153)的轨道方向正交布设；所述运动块(152)位于上微型导轨(151)、下微型导轨(153)之间，并与上微型导轨(151)、下微型导轨(153)滑动连接；所述第一导磁板、第二导磁板(22)分别与对应的运动块(152)固定连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构，其特征在于：电动靶机构还包括滚动支撑组件(14)，所述滚动支撑组件(14)分别与上安装板(13)、下安装板(13’)连接固定。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构，其特征在于：所述第一位移传感器(23)、第二位移传感器(23)均为电感式接近开关。
6.根据权利要求2所述的一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构，其特征在于：位移传感器分别通过L形支架(3)对应的上安装板(13)或下安装板(13’)固定；L形支架(3)一侧板通过螺钉与上安装板(13)或下安装板(13’)固定，另一侧板开有孔，位移传感器穿过孔固定。
7.根据权利要求2所述的一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构，其特征在于：所述第一电磁吸盘与第一导磁板、第二电磁吸盘(21)与第二导磁板(22)之间气隙间距为0.5～2mm。
8.根据权利要求2所述的一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构，其特征在于：所述第一位移传感器(23)与第二导磁板(22)、第二位移传感器(23)与第二导磁板(22)之间的气隙间距为0.5～5mm。
9.根据权利要求2所述的一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构，其特征在于：两维导向组件(15)包括上微型导轨(151)、运动块(152)、下微型导轨(153)，上微型导轨(151)固定在上安装板(13)下表面，下微型导轨(153)固定在下安装板(13)’的上表面，上微型导轨(151)、下微型导轨(153)的轨道方向正交布设；运动块(152)位于上微型导轨(151)、下微型导轨(153)之间，并与上微型导轨(151)、下微型导轨(153)滑动连接，在外力驱使下，运动块(152)可做二维方向自由滑动。
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| CN202010722711.5A CN111863571B (zh) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | 一种基于非接触电磁驱动和绝对位移反馈的电动靶机构 |
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Citations (6)
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| CN1162128A (zh) * | 1996-01-31 | 1997-10-15 | 东芝株式会社 | X射线断层摄影装置 |
| CN1574181A (zh) * | 2003-05-27 | 2005-02-02 | 通用电气公司 | X射线管的轴向通量电机驱动的阳极靶 |
| US20100027753A1 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-04 | General Electric Company | High flux x-ray target and assembly |
| JP2016146281A (ja) * | 2015-02-09 | 2016-08-12 | 株式会社大阪真空機器製作所 | Ｘ線発生装置用ターゲットマウントおよびこれを備えたｘ線発生装置 |
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| CN111063596A (zh) * | 2020-02-20 | 2020-04-24 | 丹东华日理学电气有限公司 | 透射式微焦点x射线管 |
-
2020
- 2020-07-24 CN CN202010722711.5A patent/CN111863571B/zh active Active
Patent Citations (6)
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