CN102338756A - 微焦点x射线精密透视成像检测设备 - Google Patents

Abstract

一种应用于电子及微电子组装领域内的微焦点X射线精密透视成像检测设备，属于无损伤全自动检测设备，包括微焦点X射线源、射线图像接收器、X射线发射源及接收器的多角度转动立体检测装置、被测物四轴运动平台和计算机及分层控制系统，所述多角度转动立体检测装置和被测物四轴运动平台组装成活动支架体，被检测物置于四轴运动平台上，所述微焦点X射线源和射线图像接收器分别安装于多角度转动立体检测装置的支架两端处,所述计算机及分层控制系统完成实时运动控制及实时图像采集处理。本发明为新一代的无损伤检测设备，尤其应用于电子及微电子产品的检测和各种精细工业生产检测，从而能应用于航空、航天、军用和工业领域。

Description

微焦点X射线精密透视成像检测设备

技术领域

本发明涉及一种无损伤全自动检测设备， 尤其是应用于电子及微电子组装领域内的微焦点X射线精密透视成像检测设备。

背景技术

X射线成像在人体成像及医学中得到了广泛应用，即：利用人体不同器官和组织对X射线的吸收可以用组织密度进行表征，发展出X射线透视、X射线照相术，为人体骨骼、内脏器官以及血管的疾病或者损伤进行诊断、定位。

目前无损检测方法主要有：胶片照相法、图像增强器实时成像法、工业CT成像法等。除工业CT成像法，其他方法只能用于二维成像，不能获得对被检对象详细信息，更无法应用于电子及微电子组装领域。为获得对被检对象详细信息和三维图像，现有开发的工业CT，即计算机断层成像技术（computer tomography），其成像原理是：当一束射线穿过物质与物质相互作用后，射线强度将受到射线路径上物质的吸收或散射而衰减，因为物质的衰减系数与物质的质量密度直接相关，故衰减系统的二维可以体现在密度的二维分布，由此转换成的断层图像能够表示其结构关系和物质组成，最后所有的断面图像能重建成一幅图像，获得被检对象全方位的信息。

经对现有技术的检索，2008年8月27日公开的中国实用新型专利“一种自动X射线实时成像检测装置”（申请号200720151413.5 ）涉及的辐射成像装置，该装置采用技术方案“图像增强器输出端的摄像机与图像采集卡连接,图像采集卡与具有实时成像检测软件的计算机中央处理单元连接,计算机中央处理单元再分别与显示器、运动控制单元连接,运动控制单元与电机驱动器连接”，以此实现装置自动化检测功能、降低劳动强度的发明目的，但该专利技术方案根本不能胜任于检测高密度、高精细工件对象, 无法应用于电子及微电子组装领域。

2006年9月13日公开的中国实用新型专利“一种X射线无损检测数字化成像装置 ”（申请号200520023132.2），该装置公开的结构中包括了X射线源、供给X射线源的高压电源、射线限束器、光收集系统、零件支架（被测物支架）、COMS光电转换器件、以及依次与该器件的输出端相连的信号放大器、A/D转换器以及含有图像数据处理和扫描控制软件的计算机组成。该装置对各种无损检测X射线机均可实现其图像数字化功能，但只能应用于测试大工件和长工件的被测物；另外，该装置实施无损检测方法只能用于二维成像。

无损伤检测技术在工业生产中的应用，最接近现有技术：常采用X射线照射被检测物，使之透视成像，从而得到被检测物内部的组织结构，实现无损检测 。但最接近现有技术尚存在的局限有：

1 产生X射线的焦点直径偏大， 使分辨能力差，只能检测毫米级较大物件及结构，对微小的内部结构很难检测清。

2 只能作二维平面检测， 不能完成多角度立体检测， 不能全面反映被测物真实的内部结构。

3 采用工频变压方式， 高压电源稳定性差 ，影响透视图像质量。

在航空、航天、军用类及工业类中，需对电子及微电子组装中的集成电路及各种电子器件进行内部组织结构、连接导线微型焊点进行检测，由于被测物具有高密度、高精细特点，故目前传统的X射线检测方法及设备根本无法满足 。

发明内容

为克服现有技术不足，本发明提出了一种微焦点X射线精密透视成像检测设备，该无损伤全自动检测设备能用于高精细检测的要求，满足对电子及微电子组装中的集成电路及各种电子器件进行内部组织结构、连接导线微型焊点等特殊高精细检测要求。

本发明是通过以下技术方案实现，该微焦点X射线精密透视成像检测设备包括微焦点X射线源、 射线图像接收器、X射线发射源及接收器的多角度转动立体检测装置、被测物四轴运动平台和计算机及分层控制（图像处理及运动控制）系统，所述多角度转动立体检测装置和被测物四轴运动平台组装成活动支架体，被检测物置于四轴运动平台上，所述微焦点X射线源和射线图像接收器分别安装于多角度转动立体检测装置的支架两端处, 所述计算机及分层控制系统完成对图像采集及处理以及分别对多角度转动立体检测装置和被测物四轴运动平台的运动控制。

所述微焦点X射线源由微焦点X射线管及对应电源组成，所述微焦点X射线管为内部真空的圆柱形玻璃器件，它由灯丝极(也称阴极)、聚焦极和阳极构成，所述聚焦极位于阴极与阳极之间，聚焦极置于所述圆柱形内部真空玻璃器件内，其结构设计成圆形筒状。所述焦点X射线源电源包括阳极高压电源、 聚焦电源 及灯丝电源（即阴极电源），它们分别加载到X射线管中的灯丝极、聚焦极、阳极上。所述阳极高压电源依次由振荡调制电路、升压电路、倍压整流电路三级电路顺次串接，所述振荡调制电路外接输入电压为直流24V，通过其可变电阻器的调节，最终倍压整流电路输出60～130KV 直流高压。所述聚焦电源由振荡调制电路和升压整流电路两级电路连接，所述振荡调制电路外接输入电压为直流24V，通过其可变电阻器的调节，最终升压整流电路输出范围在400--1000V的直流电压。

所述X射线发射源及接收器的多角度转动立体检测装置包括一体式的可旋转的框形支架、齿轮和W轴伺服驱动电机及涡轮减速器，所述一体式的框形支架为由上横梁、下横梁、两个可旋转臂组成的矩形框架，所述上横梁上安装有X射线源，下横梁安装有图像接收器，齿轮轴安装于外部支架，齿轮固定于所述的其中一个转臂上，所述齿轮和W轴伺服驱动电机输出轴之间通过涡轮减速器及同步带连接。

所述被测物四轴运动平台包括有可旋转的R转角检测平台、Y轴向运动装置、X轴向运动装置和Z轴向运动装置，将检测平台安装于Y轴向运动装置，然后两者整体再通过Y支架安装于X轴向运动装置，然后得到的三者整体通过X支架安装于Z轴向运动装置。

所述检测平台包括有一个圆盘、空心轴承、底板和R转角伺服电机，所述圆盘中心部分材料为对X光衰减较小的有机玻璃，被检测物即放在有机玻璃上面，所述R转角伺服电机安装于底板之上，所述空心轴承通过其内壁固定于圆盘并与圆盘底同圆心，空心轴承通过其外壁固定于底板上，所述圆盘圆周上设有齿圈，所述R转角伺服电机通过同步带驱动齿圈，实现以圆盘中心为圆心的旋转运动（R转角）。

所述Y轴向运动装置包括Y支架、滚珠丝杆和Y轴向驱动电机，所述Y支架为一立体框架体，该立体框架体包括两个相互垂直的水平工作面和竖向工作面，所述水平工作面作为支持面是由两相互平行的Y向直线框架件构成，每个Y向直线框架件上均设有Y向直线导轨，所述检测平台的底板置于Y支架的水平工作面，并通过底板下设置的两个滑块对应分别限位于两直线导轨上，使得检测平台通过底板只能在Y向作直线运动。所述滚珠丝杆通过轴承Y向安装于Y支架侧壁上，滚珠丝杆一端与Y轴向驱动电机输出轴连接，滚珠丝杆的螺母固定于底板底面，在Y向电机驱动下可通过滚珠丝杆及螺母带动检物平台进行前后Y向移动。为了加固立体框架体，保证其稳定性，在所述两相互垂直工作面上增加横向支撑和斜向支撑的连接件。

所述X轴向运动装置包括X支架、滚珠丝杆和X轴向驱动电机，所述X支架上为一平面框架体，该平面框架体与Y支架中的竖向工作面为相互协同的工作面，X支架也设有两相互平行的X向直线导轨，所述Y支架的竖向工作面通过设置的两个滑块对应分别限位于X向两直线导轨上，使得Y轴向运动装置安装于X轴向运动装置并只能在X向作直线运动。驱动及传动方面，同理，所述滚珠丝杆通过轴承X向安装于X支架平面上，滚珠丝杆一端与X轴向驱动电机输出轴连接，滚珠丝杆的螺母固定于Y支架的竖向工作面上，在X轴向电机驱动下可通过滚珠丝杆、螺母带动Y轴向运动装置进行左右X向移动。

上述检测平台、Y轴向运动装置和X轴向运动装置全部结构，再叠加装在一个可以进行上下运动（Z轴向）的总支架上，该支架上分别装有Z向直线导轨，Z向滚珠丝杆及功率较大的Z轴向驱动电机 ，在该电机驱动下，可带动整个平台作上下运动。具体结构为：所述Z轴向运动装置包括Z支架、滚珠丝杆和Z轴向驱动电机及涡轮减速器，所述Z支架上也为平面框架体，该Z支架平面框架体以Z向竖直放置，Z支架也设有两相互平行的Z向直线导轨，所述X支架通过设置的两个滑块对应分别限位于Z向两直线导轨上，使得X轴向运动装置安装于Z轴向运动装置并只能在Z向作直线运动。驱动及传动方面，同理，所述滚珠丝杆通过轴承Z向安装于Z支架平面上，滚珠丝杆的一端与涡轮减速器联接，涡轮减速器另一端与Z轴向驱动电机输出轴连接，滚珠丝杆的螺母固定于X支架上，在Z轴向电机驱动下可通过滚珠丝杆螺母带动X轴向运动装置进行上下Z向运动。

所述计算机及分层控制（图像处理及运动控制）包括系统计算机、人机对话界面组成、运动控制部分和图像采集处理部分，所述计算机作为上位机，是控制系统中心，分别与人机对话界面和下位的运动控制部分、图像采集处理部分和射线源电源连接，所述图像采集处理部分由相互连接的高速低照度CCD和图像采集处理卡组成。操作人员通过人机对话界面对计算机进行开启及工作方式参数的设置，所述计算机在系统软件控制下对整个设备进行实时运动控制及实时图像采集处理 并显示所需图像及最终检测结果。根据计算机指令，运动控制部分分别对X、Y、Z、R四个伺服电机进行控制驱动，以控制检测平台的位置状态，从而得到被测物所需的检测部分及放大倍数，在需要对被测物进行三维检测时则启动三维旋转电机W，使X射线源及发射器围绕被测物体的不同角度进行成像拍摄。透视成影的图像经高灵敏CCD摄像头摄取后， 送到图像采集处理卡再送入计算机进行采集及数据处理。射线源电源中的输出电压分别接受计算机指令而可调控制。

进一步限定，所述倍压整流电路，该部分电路连同X射线管一并置于真空环境。倍压整流电路和X射线管油封处理，采用外周灌封绝缘油，并抽真空可避免射线源高压下出现火花。

多角度转动立体检测装置中齿轮与伺服驱动电机输出轴之间需加设结构紧凑、传动比大且具有可靠自锁功能的有蜗轮减速箱。由此电机输出轴的起止与转角齿轮及滚珠丝杆的起止同步，以保证执行机构运动精准、稳定。

与现有技术相比，本发明具有突出的实质性特点和显著进步，它在现有技术原有的无损检测的基础上作了如下重大创新：

1采用了微焦点技术 ，将X射线源的发射点(焦点)大大缩小， 从传统的毫米级缩小到10微米级， 这使检测精度提高二个数量级 ，即可进行10微米级精度检测 ，满足了精细检测的要求。

2采用了多轴联动技木及装置，对被测物件可实现多角度多方位全面检测 ，可获得到三维立体检测的结果 ，克服了原单一平面检测的缺点， 实现对结构内部的真实情况检测。

3 采用了高频高压电源技术， 提高了高压电源的稳定性， 从而提高了X射线的稳定性 ，使透视图像稳定性好 。

4采用了计算机控制及运动控制和图像处理分层处理技术，大大提高了系统的实时性、检测分析功能及自动化程度。

由于本发明微焦点X射线精密成像检测设备综合具有上述特点，相对于现有工业用无损检测技术，本发明在原有检测水平及功能提高了一大步， 形成了新一代的无损伤检测设备， 尤其应用于电子及微电子产品的检测和各种精细工业生产检测，从而能应用于航空、航天、军用和高科技工业领域。

附图说明

图1为本发明设备的整体机械结构示意图。

图2为X光射线管结构及工作原理图。

图3为加载到X光管上的阳极高压电源、 聚焦电源 及灯丝电源电路框图。

图4为图像接收过程图。

图5为多角度立体透视成像检测原理图。

图6为多角度检测装置结构图。（来自图1）

图7为检测平台及四轴运动装置结构图。（来自图1）

图8为可旋转的R转角检测平台41结构示意图。（来自图7）

图9为Y轴向运动装置42结构示意图。（来自图7）

图10为X轴向运动装置43结构示意图。（来自图7）

图11 为Z轴向运动装置44结构示意图。（来自图7）

图12为控制系统原理框图。

标记说明：1-微焦点X射线源，2-射线图像接收器，3-多角度转动立体检测装置，4-被测物四轴运动平台，6-被测物，10-圆柱形内部真空玻璃管，11-灯丝，12-灯丝极(也称阴极)，13-电子束，14-聚焦极，15-聚焦后的电子束，16-焦点，17- 阳极（即阳极靶），18-X射线，21影像增强器，22-CCD摄像头，31-齿轮，32-W轴伺服驱动电机，33-上横梁，34-下横梁，35-转臂，36-蜗轮减速箱（即：蜗轮减速器），41-可旋转的R转角检测平台、42-Y轴向运动装置、43-X轴向运动装置，44-Z轴向运动装置，411-圆盘，412-底板，413转角伺服电机， 414-有机玻璃，421-Y向直线框架件，422-滚珠丝杆， 423-Y向直线导轨，424-轴承，425-横向支撑，426-斜向支撑，427-水平工作面，428-竖向工作面，431-滚珠丝杆，432-X向直线导轨，433-X支架，434-轴承，441-Z支架，442-Z向直线导轨，443-Z向滚珠丝杆，444-Z轴向驱动电机，51-计算机，52-图像采集处理卡。

具体实施方式

以下结合附图对本发明技术方案作进一步描述。

如图1、图12所示，本发明微焦点X射线精密透视成像检测设备包括微焦点X射线源、射线图像接收器、X射线发射源及接收器的多角度转动立体检测装置、被测物四轴运动平台和计算机及分层控制（图像处理及运动控制）系统五大功能部分。

一  微焦点X射线源。

由微焦点X射线管及对应电源组成。

如图2所示的X光射线管结构及工作原理图，微焦点X射线管为内部真空的圆柱形玻璃管10，它由灯丝极、聚焦极、阳极构成。

所述灯丝极12为电子发射极(也称阴极)，即灯丝11由电子发射材料组成，当其加热时，在它与阳极间加高压电场就会产生真空电子束，电子束的大小取决于灯丝电流的大小，电流越大， 热电子越多， 电子束越强， 管电流越大， 调节灯丝电源可以得到不同大小的管电流。

在阴极与阳极之间加上一个高电压（一般在60～130KV之间，且可调），使灯丝电子束高速冲击阳极，当电压达到数万以上，高能电子轰击阳极而产生辐射，其中约百分之一转为X射线，电压越高，电子能量越高，产生的X射线穿透力越强。

电子轰击而在阳极靶17表面产生X射线的区域为焦点16（或焦斑），而根据光学成像原理，焦点越小，射线透视成象清晰度越高，检测的分辨率越高，一般X管的焦点直径在1-5mm，透视成像分辨率能力为毫米级。

要获得高分辨率，必须采用微焦点，即X光管焦点的直径为微米级（在几微米到几十微米间），这样其分辨率也为微米级。

为了要获得微焦点，本发明在阴极12与阳极17之间加增了一级聚焦极14，其作用是对阴极发出的电子束13进行聚焦，使电子束直径经过聚焦变细， 从而使其轰击阳极的焦点变细， 形成微焦点16。

所述聚焦极是微焦点X管特有的，聚焦极置于X真空管内，位置处于阴极与阳极之间，结构设计成圆形筒状。当在该极上加上一个负电压，从而产生一个环形负电场，电子束在此作用下被聚焦在电场中心，从而使电子束变细，得到聚焦，被聚焦后的电子束轰击阳极而形成微焦点,从而成为微米级点状X射线源。所述圆形筒状结构的聚焦极14，其筒形的长度越大，聚焦效果越明显。调节聚焦极电压（本发明控制范围为400一1000V），可以产生不同强度的电场，得到不同粗细的焦点。

所述微焦点X射线源电源包括阳极高压电源、 聚焦电源 及灯丝电源（即阴极电源），它们分别加载到X射线管中的灯丝极、聚焦极、阳极上提供电源。如图3所示,其中：

1)  所述阳极高压电源依次由振荡调制电路、升压电路、倍压整流电路三级电路顺次串接，所述振荡调制电路外接输入电压为直流24V，通过其可变电阻器的调节，最终倍压整流电路输出60～130KV 直流高压。

所述倍压整流电路，该部分电路连同X射线管一并置于真空环境。倍压整流电路和X射线管油封处理，并采用灌封绝缘油，抽真空后可避免高压下出现火花。

工作原理为 ：第一级为振荡调制电路，采用高频振荡及PWM脉宽调制开关工作方式，实现高频振荡频率为40KHz方波；第二级为升压电路，经过升压得到3--6KV的电压； 第三级为倍压整流电路 ，经过倍压可升至60-130KV。

所述阳极高压电源采用上述的电路设计，由于采用高频振荡及PWM脉宽调制开关工作方式，并通过升压和倍压整流，这种高频开关高压电源比传统的工频高压效率更高，纹波系数低， 稳定性更好，增强了X射线的稳定性 ，使透视图像稳定性好，能适应对电子及微电子高精准度的检测要求。

2)  所述聚焦电源由振荡调制电路和升压整流电路两级电路连接，所述振荡调制电路外接输入电压为直流24V，通过其可变电阻器的调节，最终升压整流电路输出范围在400--1000V的直流电压。由于小电流 ，采用振荡 、升压 、稳压技术， 可得高质量的电源。

3)  所述灯丝电源（即阴极电源），为一般降压电路，外接输入电压为24V，调节其中的可变电阻器，输出范围2--2.5V 电压。

上述振荡调制电路、升压电路、倍压整流电路、升压整流电路、降压电路，它们具体电路结构都采用现有技术中的常规电路设计，本发明不作赘述。

二 射线图像接收器2，由影像增强器21及CCD摄像头22组成。

其工作原理及方法是：X射线源1发出X射线18，经过被检测物6后 ，形成透视，由于不同的材料及组织密度，对X光的衰减强度不同，这就形成被测物透视图像，到达影像增强器21，该影像增强器的作用是将透射后的X光还原成可见光， 再被CCD22摄像获得，经图像采集系统在计算机上51形成可见透视图像。如图4所示的图像接收过程图。

三  X射线发射源及接收器的多角度转动立体检测装置。

功能：传统的X透视成像是二维单一平面成像，使用本装置后使X光对被测物从不同角度进行透视成像，从而可以获得类似三维的立体检测图像。

图5：多角度立体透视成像检测原理图。

原理：在传统情况下，发射源与接收器分别在AA’位置对被测物进行平面XY二维检测。而本发明将发射源与影像接收器装在一个可旋转支架上，使其在YZ平面内旋转，最大倾角为60°，即向左可转到CC’位置，向右转到BB’位置，如果连续从BB’转到AA’再转到CC’，则共120°，若每隔固定角度成像1次，则可获得不同角度的内部结构透视图，然后由计算机进行实时图像采集处理， 而得到被测物立体的三维结构透视图像，间隔的角度越小，图像越清晰 ，越接近真实结构。

如图6所示，本装置结构包括一体式的可旋转的框形支架、齿轮31、涡轮减速器36和W轴伺服驱动电机32，所述一体式的框形支架由上横梁33、下横梁34、两个可旋转臂35组成的矩形框架，所述上横梁上安装有X射线源，下横梁安装有图像接收器，齿轮轴（与f轴线重合）安装于外部支架（图中未示），齿轮固定于所述的其中一个转臂35上，所述W轴伺服驱动电机直接驱动涡轮减速器36，涡轮减速器输出轴通过同步带与齿轮连接。运行时，电机32带动涡轮减速器36，减速器通过同步带驱动齿轮31而带动转臂35，从而使整个机构形成以被测物（即图中轴线f）为中心的旋转运动。

转臂（即整个一体式支架）以轴f所在直线为中心进行倾斜转动，当需要转动时由W轴伺服驱动电机通过涡轮减速器及同步带驱动齿轮转动，由于齿轮是固定在转臂上，从而带动发射源与接收器绕着放置被测物平台作转动，转动角的分辨率及转角范围可以根据需要通过计算机设置 ，最小转角为0.1度。

由于采用了立体透视，对集成电路等产品的电子及微电子内部结构以及连结点都能从多个角度来实现检测，精准度高，确保无漏检的可能，从而能适应航天航空这类高精度、高可靠产品要求。本发明突破了传统现有技术二维单一平面检测的局限以及该局限可能导致的检测疏漏和把关不严的问题。

四  检测平台及四轴运动系统

功能：该检测平台所在位置处于X射线源与接收器之间，其功能是放置被检测物件，并根据检测观察需要，进行R转角、X、Y及Z的四轴运动，以获得需检测区域角度及放大倍数。

整个装置的结构如图7所示，包括有可旋转的R转角检测平台41、Y轴向运动装置42、X轴向运动装置43和Z轴向运动装置44，将检测平台安装于Y轴向运动装置，然后两者整体再通过Y支架安装于X轴向运动装置，然后得到的三者整体通过X支架安装于Z轴向运动装置。

如图8所示，所述检测平台41包括有一个圆盘411、空心轴承（图中未显示）、底板412和R转角伺服电机413，所述圆盘中心部分材料为对X光衰减较小的有机玻璃414，被检测物即放在有机玻璃上面，所述R转角伺服电机安装于底板之上，所述空心轴承通过其内壁固定于圆盘并与圆盘底同圆心，空心轴承通过其外壁固定于底板上，所述圆盘圆周上设有齿圈，所述R转角伺服电机通过同步带驱动齿圈，实现以圆盘中心为圆心的旋转运动（R转角），其结果是带动被检测物品作平台旋转运动，以满足检测需要。

如图9所示，所述Y轴向运动装置42包括Y支架、滚珠丝杆422和Y向驱动电机（图中未示），所述Y支架为一立体框架体，该立体框架体包括两个相互垂直的水平工作面427和竖向工作面428，所述水平工作面作为支持面是由两相互平行的Y向直线框架件421构成，每个Y向直线框架件上均设有Y向直线导轨423，所述检测平台的底板置于Y支架的水平工作面，并通过底板下设置的两个滑块（图中未示）对应分别限位于两直线导轨上，使得检测平台通过底板只能在Y向作直线运动。驱动及传动方面，所述滚珠丝杆通过轴承呈Y向安装于Y支架侧壁上，滚珠丝杆一端与Y向驱动电机输出轴连接，滚珠丝杆的螺母（图中未示）固定于底板底面，在Y轴向电机驱动下可通过滚珠丝杆及螺母带动检物平台进行前后Y向移动。

进一步优化，为了加固立体框架体，使之更具稳定性，在所述两相互垂直工作面上增加横向支撑425和斜向支撑426的连接件。

如图10所示，所述X轴向运动装置43包括X支架433、滚珠丝杆431和X轴向驱动电机（图中未示），所述X支架上为一平面框架体，该平面框架体与Y支架中的竖向工作面为相互协同的工作面，X支架也设有两相互平行的X向直线导轨432，所述Y支架的竖向工作面通过设置的两个滑块（图中未示）对应分别限位于X向两直线导轨上，使得Y轴向运动装置安装于X轴向运动装置并只能在X向作直线运动。驱动及传动方面，同理，所述滚珠丝杆通过轴承434呈X向安装于X支架平面上，滚珠丝杆一端与X轴向驱动电机输出轴连接，滚珠丝杆的螺母（图中未示）固定于Y支架的竖向工作面上，在X轴向电机驱动下可通过滚珠丝杆及螺母带动Y轴向运动装置进行左右X向移动。

上述全部结构，再叠加装在一个可以进行上下运动（Z轴向）的总支架上，该支架上分别装有Z向直线导轨442，Z向滚珠丝杆443及功率较大的Z轴向驱动电机及涡轮减速器 ，在该电机驱动下，可带动整个平台作上下运动。具体结构为：如图11所示，所述Z轴向运动装置包括Z支架441、滚珠丝杆和Z轴向驱动电机，所述Z支架上也为平面框架体，该Z支架平面框架体以Z向竖直放置（即与地面垂直），Z支架也设有两相互平行的Z向直线导轨，所述X支架通过设置的两个滑块（图中未示）对应分别限位于Z向两直线导轨上，使得X轴向运动装置安装于Z轴向运动装置并只能在Z向作直线运动。驱动及传动方面，同理，所述滚珠丝杆通过轴承呈Z向安装于Z支架平面上，滚珠丝杆一端与涡轮减速器直接联接，减速器另一端与Z轴向驱动电机输出轴连接，滚珠丝杆的螺母（图中未示）固定于X支架上，在Z轴向电机驱动下可通过滚珠丝杆螺母带动X轴向运动装置进行上下Z向运动。

根据光学原理，被测物向上移动，越离X发射源近，其成像放大倍数越大，视场越小，反之向下，视场越大（被测面积越大），而放大倍数越小。

这样，检测平台及驱动装置可以承载着被测物品进行X、Y、Z、R四轴运动， 根据检测需要进行左右 、前后 及旋转 ，对所需被测部位定位 ，同时可进行上下放大及缩小的操作。如此实现了设备的自动化检测性能。

五． 控制系统，即计算机及分层控制（图像处理及运动控制）系统。

本发明设备为全自动检测装置，由设备中的控制系统来实现。

实现的功能：能进行人机对话，根据设置要求实现对射线源自动开启及关闭；对透视图像进行采集处理最终成像显示；通过对被测物的X、Y、Z及转角R进行控制，实现自动检测及定位；对射线源相对被测物的角度W进行控制，实现多角度立体检测。

如图12所示，控制系统包括计算机、人机对话界面组成、运动控制部分和图像采集处理部分，所述计算机作为上位机是控制系统中心分别与人机对话界面和下位的运动控制部分、图像采集处理部分、射线源电源连接，所述图像采集处理部分由相互连接的高速低照度CCD和图像采集处理卡组成。操作人员通过人机对话界面对计算机进行开启及工作方式参数的设置，所述计算机在系统软件控制下对整个设备进行实时运动控制及实时图像采集处理 并显示所需图像及最终检测分析结果。根据计算机指令，运动控制部分分别对X、Y、Z、R四个伺服电机进行控制驱动，以控制检测平台的位置状态，从而得到被测物所需的检测区域及放大倍数，在需要对被测物进行三维检测时则启动三维旋转W轴电机，使X射线源及发射器围绕被测物体的不同角度进行成像拍摄。射线源电源中的阳极高压电源、 聚焦电源 及灯丝电源中的输出电压分别接受计算机指令实现可调控制。

透视成影的图像经高灵敏CCD摄像头摄取后， 送到图像采集处理卡再送入计算机进行采集及数据处理。

所述计算机为一台高速工业控制计算机，其主要指标为主振3.2G，内存4G，外存320G。计算机内安装有应用软件模块，包括：

（1）运动控制模块，主要实现对设备的五轴(X Y Z R W)联动实时运动控制。

（2）图像处理模块，主要完成对图像采集处理卡传来数据的识别及处理, 即信号滤波及信号处理,从而获得图像。

（3）工件缺陷分折模块，即根据上述图像处理模块获得的各个图像再进行分折,完成得到被检测物的缺陷位置及数据。

如图12所示,所述运动控制部分：为五轴的运动控制专用卡，其输入端分别与X、Y、Z、R、W五轴电机驱动器连接，该五轴运动控制卡上有专用DSP芯片对相应五轴运动及位置进行实时控制。

如图12所示,所述图像采集处理部分：由高速低照度CCD和图像采集处理卡组成，当CCD把图像接收器拍摄后的图形传送给图像采集卡，该卡上也有一个专用的DSP芯片经过模数转换后送给上位的计算机，计算机经过图像处理模块（采用多重叠加积分法）获得最终结果。

如图12所示,所述电机及驱动：分别由五个独立的伺服电机（X轴、Y轴、Z轴、R轴、W轴伺服电机）及对应的驱动器组成 ，以实现整机的五轴联动， 完成被检测平台及多角度转动检测装置的功能。

所述人机对话部分：主要由鼠标、键盘及专用操作控制台上的有关按钮 、操作键组成输入装置， 由液晶显示器 及USB插口组成输出装置， 使操作人员完成参数设置， 并通过显示器、U盘输出检测结果。

Claims (2)

1.一种微焦点X射线精密透视成像检测设备，其特征在于，包括微焦点X射线源、 射线图像接收器、X射线发射源及接收器的多角度转动立体检测装置、被测物四轴运动平台和计算机及分层控制系统，所述多角度转动立体检测装置和被测物四轴运动平台组装成活动支架体，被检测物置于四轴运动平台上，所述微焦点X射线源和射线图像接收器分别安装于多角度转动立体检测装置的支架两端处, 所述计算机及分层控制系统完成对图像采集及处理以及分别对多角度转动立体检测装置和被测物四轴运动平台的运动控制；

所述微焦点X射线源由微焦点X射线管及对应电源组成，所述微焦点X射线管由灯丝极、聚焦极和阳极构成，所述聚焦极位于阴极与阳极之间，聚焦极置于X真空管内，其结构设计成圆形筒状；所述焦点X射线源电源包括阳极高压电源、 聚焦电源 及灯丝电源，它们分别加载到X射线管中的灯丝极、聚焦极、阳极上，所述阳极高压电源依次由振荡调制电路、升压电路、倍压整流电路三级电路顺次串接，所述振荡调制电路外接输入电压为24V，通过其可变电阻器的调节，最终倍压整流电路输出60～130KV 直流高压，所述聚焦电源由振荡调制电路和升压整流电路两级电路连接，所述振荡调制电路外接输入电压为24V，通过其可变电阻器的调节，最终升压整流电路输出范围在400--1000V的直流电压；

所述X射线发射源及接收器的多角度转动立体检测装置包括一体式的可旋转的框形支架、齿轮、涡轮减速器和W轴伺服驱动电机，所述一体式的框形支架由上横梁、下横梁、两个可旋转臂组成的矩形框架，所述上横梁上安装有X射线源，下横梁安装有图像接收器，齿轮轴安装于外部支架，齿轮固定于所述的其中一个转臂上，所述齿轮和W轴伺服驱动电机输出轴之间通过涡轮减速器及同步带连接；

所述被测物四轴运动平台包括有可旋转的R转角检测平台、Y轴向运动装置、X轴向运动装置和Z轴向运动装置，将检测平台安装于Y轴向运动装置，然后两者整体再通过Y支架安装于X轴向运动装置，然后得到的三者整体通过X支架安装于Z轴向运动装置；

所述检测平台包括有一个圆盘、空心轴承、底板和R转角伺服电机，所述圆盘中心部分材料为对X光衰减较小的有机玻璃，被检测物即放在有机玻璃上面，所述R转角伺服电机安装于底板之上，所述空心轴承通过其内壁固定于圆盘并与圆盘底同圆心，空心轴承通过其外壁固定于底板上，所述圆盘圆周上设有齿圈，所述R转角伺服电机通过同步带驱动齿圈，

所述Y轴向运动装置包括Y支架、滚珠丝杆和Y轴向驱动电机，所述Y支架为一立体框架体，该立体框架体包括两个相互垂直的水平工作面和竖向工作面，所述水平工作面作为支持面是由两相互平行的Y向直线框架件构成，每个Y向直线框架件上均设有Y向直线导轨，所述检测平台的底板置于Y支架的水平工作面，并通过底板下设置的两个滑块对应分别限位于两直线导轨上，使得检测平台通过底板只能在Y向作直线运动；所述滚珠丝杆通过轴承呈Y向安装于Y支架侧壁上，滚珠丝杆一端与Y轴向驱动电机输出轴连接，滚珠丝杆的螺母固定于底板底面，在Y轴向电机驱动下可通过滚珠丝杆及螺母带动检物平台进行前后Y向移动；所述立体框架体，两相互垂直工作面上增加横向支撑和斜向支撑的连接件；

所述X轴向运动装置包括X支架、滚珠丝杆和X向驱动电机，所述X支架上为一平面框架体，该平面框架体与Y支架中的竖向工作面为相互协同的工作面，X支架也设有两相互平行的X向直线导轨，所述Y支架的竖向工作面通过

设置的两个滑块对应分别限位于X向直线导轨上，使得Y轴向运动装置安装于X轴向运动装置并只能在X向作直线运动；所述滚珠丝杆通过轴承呈X向安装于X支架平面上，滚珠丝杆一端与X轴向驱动电机输出轴连接，滚珠丝杆的螺母固定于Y支架的竖向工作面上，在X向电机驱动下可通过滚珠丝杆及螺母带动Y轴向运动装置进行左右X向移动；

所述Z轴向运动装置包括Z支架、滚珠丝杆、涡轮减速器和Z轴向驱动电机，所述Z支架上也为平面框架体，该Z支架平面框架体以Z向竖直放置，Z支架也设有两相互平行的Z向直线导轨，所述X支架通过设置的两个滑块对应分别限位于两Z向直线导轨上，使得X轴向运动装置安装于Z轴向运动装置并只能在Z向作直线运动，所述滚珠丝杆通过轴承Z向安装于Z支架平面上，滚珠丝杆一端与涡轮减速器联接，减速器另一端与Z向驱动电机输出轴连接，滚珠丝杆的螺母固定于X支架上，在Z向电机驱动下可通过滚珠丝杆螺母副带动X轴向运动装置进行上下Z向运动；

所述计算机及分层控制系包括统计算机、人机对话界面、运动控制部分和图像采集处理部分，所述计算机作为上位机，是控制系统中心分别与人机对话界面和下位的运动控制部分、图像采集处理部分和射线源电源连接，所述图像采集处理部分由相互连接的高速低照度CCD和图像采集处理卡组成，操作人员通过人机对话界面对计算机进行开启及工作方式参数的设置，所述计算机在系统软件控制下对整个设备进行实时运动控制及实时图像采集处理 并显示所需图像及最终检测结果，根据计算机指令，运动控制部分分别对X、Y、Z、R四个伺服电机进行控制驱动，以控制检测平台的位置状态，从而得到被测物所需的检测部分及放大倍数，在需要对被测物进行三维检测时则启动三维旋转电机W，使X射线源及发射器围绕被测物体的不同角度进行成像拍摄，透视成影的图像经高灵敏CCD摄像头摄取后， 送到图像采集处理卡再送入计算机进行采集及数据处理，射线源电源中的阳极高压电源、 聚焦电源 及灯丝电源的输出电压分别接受计算机指令的可调控制。

2.如权利要求1所述的微焦点X射线精密透视成像检测设备，其特征在于，所述倍压整流电路，该部分电路连同X射线管一并置于真空环境。

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