CN102565110A - 一种背散射成像用射线束的扫描装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背散射成像用射线束的扫描装置，包括：辐射源；分别位于辐射源和被扫描对象之间的固定屏蔽板和旋转屏蔽体，其中固定屏蔽板相对于辐射源是固定的，旋转屏蔽体相对于固定屏蔽板是可旋转的。固定屏蔽板上设置有允许来自辐射源的射线束穿过固定屏蔽板的射线通过区域，旋转屏蔽体上分别设置有射线入射区域和射线出射区域，在旋转屏蔽体旋转扫描过程中，固定屏蔽板的射线通过区域与旋转屏蔽体的射线入射区域和射线出射区域连续相交以构成扫描准直孔。固定屏蔽板的射线通过区域为直线缝隙，旋转屏蔽体为圆柱体，射线入射区域和射线出射区域分别为沿螺旋线设置的一系列离散小孔。另外，本发明还公开了一种背散射成像用射线束的扫描方法。
Description
技术领域
本发明涉及核技术应用领域，特别涉及人和物体的无损检测装置和方法，更具体地说，涉及一种用于背散射成像用射线束的扫描装置及方法。
背景技术
无损检测和人体检测应用中，有射线透射成像和射线背散射成像两种方式。背散射成像是通过用射线束扫描物体，同时采用探测器接收从被检测对象散射的散射信号，数据处理时将扫描位置和散射信号点点对应，从而可以得到有关被检测对象的散射图像。背散射成像系统中最关键的部件就是实现将射线准直为能实现二维扫描的飞点扫描机构。
现有的一种飞点扫描机构是带有多准直孔的旋转屏蔽体在射线扫描扇面内旋转实现第一维的扫描，通过旋转或者平移射线扫描扇面实现第二维的扫描。对于第一维扫描，射线在垂直平面物体上是非匀速扫描，扫描线在扫描的起始端和末端加速，会在几何变形基础上进一步纵向扩大扫描光斑，导致成像除几何变形之外的由于扫描速度变化而带来的纵向压缩变形。在进行第二维的扫描时，选择平移射线扫描扇面则需要平移射线发生装置、旋转屏蔽体，机械结构会很复杂；选择旋转射线扫描扇面则需要克服旋转屏蔽体的转动惯量，对旋转的驱动装置和旋转屏蔽体的轴承是个巨大考验。
现有的另一种飞点扫描机构由位于射线源前方的固定屏蔽板和旋转屏蔽体组成。固定屏蔽板相对于射线源是固定的，旋转屏蔽体相对于固定屏蔽板是可旋转的。固定屏蔽板和旋转屏蔽体分别设置有直线缝隙和螺旋线缝隙。在旋转屏蔽体旋转扫描过程中，直线缝隙与螺旋线缝隙连续相交以构成扫描准直孔，扫描准直孔始终相对于射线源保持预定形状，以使穿过扫描准直孔的射线束的截面形状保持不变。
在该种方案中，由于旋转屏蔽体上设置有螺旋线缝隙，扫描准直孔的形状和大小易于控制，同时，射线屏蔽能力需要进一步改善和增强。
另外，旋转屏蔽体要精准加工成螺旋线缝隙，这对加工工艺提出了非常高的要求。
此外，旋转屏蔽体在扫描过程中需要进行旋转，从而需要考虑机构重量和转动惯量的问题。
相应地，有必要提供一种新型的、改进的背散射成像用射线束的扫描装置，其能够满足上述需要的至少一个方面。
发明内容
鉴于此，本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
相应地，本发明的目的之一在于提供一种改进的背散射成像用射线束的扫描装置及方法，其中扫描准直孔的形状和大小以提供均匀飞点。
本发明的另一目的在于提供改进的背散射成像用射线束的扫描装置及方法，其能够改善设备的加工性能和提高设备运行的可靠性。
根据本发明的一个方面，其提供一种背散射成像用射线束的扫描装置，包括：辐射源；分别位于辐射源和被扫描对象之间的固定屏蔽板和旋转屏蔽体，其中所述固定屏蔽板相对于辐射源是固定的，所述旋转屏蔽体相对于固定屏蔽板是可旋转的，其中：所述固定屏蔽板上设置有允许来自所述辐射源的射线束穿过所述固定屏蔽板的射线通过区域，旋转屏蔽体上分别设置有射线入射区域和射线出射区域，在旋转屏蔽体旋转扫描过程中，固定屏蔽板的射线通过区域与旋转屏蔽体的射线入射区域和射线出射区域连续相交以构成扫描准直孔，其特征在于：所述固定屏蔽板的射线通过区域为直线缝隙，所述旋转屏蔽体为圆柱体，所述射线入射区域和所述射线出射区域分别为沿螺旋线设置的一系列离散小孔。
优选地，所述固定屏蔽板设置在所述辐射源与所述旋转屏蔽体之间。
在一种实施方式中，背散射成像用射线束的扫描装置还包括：控制装置，通过控制旋转屏蔽体的旋转速度来控制射线束的扫描速度，通过检测旋转屏蔽体的转动角度来获取射线束的出射方向。
在一种实施方式中，所述旋转屏蔽体包括内外嵌套的多个套筒，其中最外层和最里层套筒分别由具有一定刚度和硬度的材料构成，所述最外层和最里层套筒之间设置有至少一个由射线屏蔽材料构成的中间套筒。
具体地，所述多个套筒为三个套筒，其中最外层和最里层套筒分别由铝或钢材料构成，所述最外层和最里层套筒之间设置有一个由铅、铅锑合金或钨构成的中间套筒。
可选择地，所述离散小孔的形状为圆形、方形或椭圆形。
在上述技术方案中，通过控制旋转屏蔽体上的一系列离散小孔的不同位置的形状和大小，可以控制所述扫描准直孔在不同位置的形状和大小，以控制穿过所述扫描准直孔出现到被检测对象上的射线束的形状和大小。
优选地，所述旋转屏蔽体的旋转轴线位于所述辐射源和所述固定屏蔽板上的所述直线缝隙共同限定的平面上。
根据本发明的另一方面，其提供一种背散射成像用射线束的扫描方法，包括步骤：提供发射射线束的辐射源；设置分别位于辐射源和被扫描对象之间的固定屏蔽板和旋转屏蔽体，其中所述固定屏蔽板相对于辐射源是固定的，所述旋转屏蔽体相对于固定屏蔽板是可旋转的，所述固定屏蔽板上设置有允许来自所述辐射源的射线束穿过所述固定屏蔽板的射线通过区域，在旋转屏蔽体上分别设置有射线入射区域和射线出射区域；以及旋转所述旋转屏蔽体，以使所述固定屏蔽板的射线通过区域与所述旋转屏蔽体的射线入射区域和射线出射区域连续相交以构成扫描准直孔，其特征在于：所述固定屏蔽板的射线通过区域为直线缝隙，所述旋转屏蔽体为圆柱体，所述射线入射区域和所述射线出射区域分别为沿螺旋线设置的一系列离散小孔。
优选地，该背散射成像用射线束的扫描方法还包括步骤：通过控制旋转屏蔽体的旋转速度来控制射线束的扫描速度，通过检测旋转屏蔽体的转动角度来获取射线束的出射方向。
本发明的上述不特定的实施方式至少具有下述一个或者多个方面的优点和效果：
1.通过提供本发明中的具有新型“飞点”形成结构的扫描装置和方法，其简化了背散射扫描结构，同时能够获得良好的屏蔽效果。
2.在一种实施方式例中，本发明的扫描机构和方法可以实现对目标物体的可控扫描，能很方便的按照预定方式实现对目标物体的采样，使获得的背散射图像数据符合设计需求。例如，本发明的扫描机构和方法可以实现对目标物体的匀速扫描，能很方便的实现对目标物体的均匀采样，使获得的背散射图像中没有纵向的压缩变形。
3.另外，由于在本发明中，当旋转射线扫描扇面以进行第二维扫描时，由于射线扫描扇面和旋转屏蔽体可在同一平面上作旋转运动，在旋转射线扫描扇面时不会改变旋转屏蔽体的角动量方向，因此不需要克服旋转屏蔽体的转动惯量，很容易通过旋转射线扫描扇面来实现第二维的扫描。
4.由于本发明中，所述射线入射区域和所述射线出射区域分别为沿螺旋线设置的一系列离散小孔，通过控制离散小孔的形状和大小，可以有效地控制扫描准直孔的形状和大小以提供均匀飞点。
5.此外，本发明的扫描机构考虑到了当前的生产工艺问题，采用多个圆筒套接的方式，既减轻了扫描机构的重量又解决了屏蔽射线的问题；采用在圆柱上打孔的方式形成射线通过区域，替代了在在现实中极其难以加工的圆柱上加工螺旋扭曲的窄缝的方案，显著地改善了设备的加工性能。
6.另外，相对于在圆柱上加工螺旋扭曲的窄缝的方案，本方案采用了一系列间断的通孔的方法。从扫描结果来看，最终形成在被检查物体上的光斑由连续的变成了抽样间断的，在一定程度上可以减轻被检查物体受到的辐射剂量。
7.此外，由于在本发明中，辐射源不设置在旋转屏蔽体的内部，该扫描机构在量产的X光机上匹配机械接口即可完成，结构紧凑，不需要重新设计X光机的屏蔽体，节约了成本。
附图说明
图1是根据本发明的一种实施方式的背散射扫描装置的结构示意图。
图2是显示图1中的背散射扫描装置的剖视图；以及
图3是显示图1中的背散射扫描装置的组成和位置关系的分解透视图；
图4是显示图1-3中的背散射扫描装置的旋转屏蔽体的组成和结构的的示意图；以及
图5是4是显示图1-3中的背散射扫描装置的射线入射和出射区域的小孔形状的放大示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图1-5，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
参加附图1-3，其示出了根据本发明的一种具体实施例的背散射成像用射线束的扫描装置，其包括：辐射源，例如X光机；分别位于辐射源13和被扫描对象(图中未示出，例如图2中左侧位置)之间的固定屏蔽板4和旋转屏蔽体1，其中固定屏蔽板4相对于辐射源13是固定的，旋转屏蔽体1相对于固定屏蔽板4是可旋转的。进一步地，固定屏蔽板4上设置有允许来自辐射源13的射线束穿过固定屏蔽板4的通过区域，例如图1-3中的纵向缝隙5。旋转屏蔽体1上分别设置有射线入射区域3，例如图1-5中的沿螺旋线设置的一系列离散小孔32(图中没有标)，和射线出射区域2，例如图1-5中的沿螺旋线2设置的一系列离散小孔22(图中没有标)，在旋转屏蔽体1旋转扫描过程中，固定屏蔽板4的射线通过区域5与旋转屏蔽体1的射线入射区域3和射线出射区域2连续相交以构成扫描准直孔。在上述实施例中，固定屏蔽板4设置在辐射源13与旋转屏蔽体1之间。
在本发明的上述实施例中，射线发生器包括射线发生器壳体11和容纳在射线发生器壳体11中的辐射源13。在上述结构中，辐射源13可以为X光机、γ射线源或同位素射线源等。如图1和3所示，在一种具体实施例中，射线发生器壳体11呈大体长方体盒体形状，其上设置有使来自辐射源13发出的辐射射线从射线发生器壳体11的准直缝隙31出射。辐射源13的靶点P发射出的射线束14穿过准直缝隙31形成一个射线扇面，然后经过穿过固定屏蔽板4的通过区域，例如1-3中的纵向缝隙5；旋转屏蔽体1的射线入射区域3，例如图1-5中沿螺旋线设置的一系列离散小孔32，和射线出射区域2，例如沿螺旋线设置的一系列离散小孔22。通过设置固定屏蔽板4的纵向缝隙5、旋转屏蔽体1的离散小孔32和离散小孔22的相对位置关系，以使在旋转屏蔽体1旋转扫描过程中，固定屏蔽板4的射线通过区域5与旋转屏蔽体1的射线入射区域3中的离散小孔32和射线出射区域2中的离散小孔22连续相交以构成扫描准直孔。换言之，旋转屏蔽体1上的射线入射区域3中的离散小孔32、射线出射区域2中的离散小孔22以及固定屏蔽板上的纵向窄缝5共同组成一个射线准直孔。可选择地，参见图5，所述离散小孔32、22的形状为圆形、方形或椭圆形，优选为圆形。
如图1-3所示，固定屏蔽板4的射线通过区域5为直线缝隙，旋转屏蔽体1为圆柱体，射线入射区域3和射线出射区域2分别为沿螺旋线设置的一系列离散小孔32和22。具体地说，参见图2，图中射线入射区域3和射线出射区域2中的任何离散小孔，例如A和B点，一方面沿旋转屏蔽体1的圆柱面作等速圆周运动，另一方面沿旋转屏蔽体1的轴向方向按照一定速度分布做直线运动，从而形成特定的圆柱体螺旋线。在一种具体实施例中，图中射线入射区域3和射线出射区域2的任何一点例如A和B点，可以一方面沿旋转屏蔽体1的圆柱面作等速圆周运动，另一方面沿旋转屏蔽体1的径向方向按照作匀速直线运动，从而形成等速圆柱体螺旋线。
参见图2，当辐射源13的靶点P和射线入射区域3的A点确定之后，连接辐射源13的靶点P和射线入射区域3的入射点A点形成的射线束14，即可确定射线出射区域2上的出射点B。
由于射线入射区域3和射线出射区域2设置成等速圆柱体螺旋线形式，当旋转屏蔽体1匀速旋转时，射线准直孔的位置随屏蔽旋转体1的转动而移动，出射射线束14也随之移动，从而使扫描准直孔沿直线缝隙5连续匀速移动。
虽然，在上述实施方例中，射线入射区域3和射线出射区域2设置成等速圆柱体螺旋线形式，但是本发明并不仅限于此，例如由于射线入射区域3和射线出射区域2可以设置成上述特定形式的螺旋线形式，即一方面沿旋转屏蔽体1的圆柱面作等速圆周运动，另一方面沿旋转屏蔽体1的轴向方向按照一定速度分布做直线运动，从而形成特定的圆柱体螺旋线。相应地，当旋转屏蔽体1匀速旋转时，射线准直孔的位置随屏蔽旋转体1的转动而移动，出射射线束14也随之移动，从而使扫描准直孔沿直线缝隙5按照预定的速度分布移动。由此，本发明的扫描装置可以实现对目标物体的可控扫描，能很方便的按照预定方式实现对目标物体进行采样，使获得的背散射图像数据符合设计需求，从而改善了背散射成像的质量和分辨率，提高了背散射检测的精度和效率，能更好的满足不同的应用需求。
进一步地，该扫描装置还可以包括用于驱动旋转屏蔽体1旋转的驱动装置6，例如调速电机等。参见图4，在一种实施方式中，所述旋转屏蔽体1包括内外嵌套的多个套筒，其中最外层和最里层套筒分别由具有一定刚度和硬度的材料构成，所述最外层和最里层套筒之间设置有至少一个由射线屏蔽材料构成的中间套筒。在一种具体实施例中，如图4所示，其包括三个套筒101、102、103(图中没有标)，其中最外层和最里层套筒101、102分别由铝或钢材料构成，所述最外层和最里层套筒之间设置有一个由铅、铅锑合金或钨构成的中间套筒102。
具体地，在上述实施例中，参见图1，该装置还可以包括旋转码盘读出装置7，用于检测旋转屏蔽体1的旋转位置；码盘读出信号线8，用于将检测的有关旋转屏蔽体1的旋转位置的信息输入到控制装置10中。由于旋转屏蔽体1的旋转位置决定了扫描准直孔的位置，通过上述设置，可以检测出扫描准直孔形成的位置。如图1所示，控制装置10还通过电动机驱动线9与驱动电机6相连，可以进一步来控制旋转屏蔽体的旋转。通过控制旋转屏蔽体的旋转速度，可以控制射线束的扫描速度，而通过检测旋转屏蔽体的转动角度，可以获取射线束的出射方向。参见图2，在一种实施例中，旋转屏蔽体1的旋转轴线L可以位于辐射源13和固定屏蔽板4上的直线缝隙5共同限定的平面上。
在上述技术方案中，通过控制旋转屏蔽体上的一系列离散小孔32、22的不同位置的形状和大小，可以控制所述扫描准直孔在不同位置的形状和大小，以控制穿过所述扫描准直孔出现到被检测对象上的射线束的形状和大小。例如，位于旋转屏蔽体1纵向两端射线入射区域3中的离散小孔32、射线出射区域2中的离散小孔22的尺寸，例如直径可以相对于位于纵向中心位置的离散小孔的要小一些，同时位于旋转屏蔽体1纵向两端离散小孔32、22形成的扫描准直孔相对于位于纵向中心位置的扫描准直孔形成一定的角度。通过上述结构，可以保证射线准直孔始终对准靶点并保持畅通，并且在不同位置时穿过扫描准直孔出现到被检测对象上的射线束的截面形状保持不变。但是，本发明并不仅限于此，例如通过控制旋转屏蔽体1上射线入射区域3中的离散小孔32、射线出射区域2中的离散小孔22的不同位置的形状和大小，可以控制所述扫描准直孔在不同位置的形状和大小，相应地，可以控制穿过所述扫描准直孔出现到被检测对象上的射线束的形状和大小来适应不同的扫描需求。
参见图3，射线发生器壳体11还可以通过屏蔽套筒12与固定屏蔽板4相连，以确保射线的屏蔽。从上述设置可以看出，辐射源13不设置在旋转屏蔽体1的内部，而是设置在射线发生器壳体11的内部，该扫描机构在量产的X光机上匹配作为机械接口的屏蔽套筒12即可完成，从而使扫描装置的结构紧凑，不需要重新设计X光机的屏蔽体，节约了成本。
下面结合附图对根据本发明的上述背散射成像用射线束的扫描方法进行简要说明：
参见图1-3，根据本发明的具体实施方式的背散射成像用射线束的扫描方法，包括步骤：提供发射射线束14的辐射源13；设置分别位于辐射源13和被扫描对象之间的固定屏蔽板4和旋转屏蔽体1，其中固定屏蔽板4相对于辐射源是固定的，旋转屏蔽体1相对于固定屏蔽板4是可旋转的，固定屏蔽板4上设置有允许来自辐射源13的射线束14穿过固定屏蔽板4的射线通过区域，在旋转屏蔽体1上分别设置有射线入射区域3和射线出射区域2；以及旋转所述旋转屏蔽体1，以使固定屏蔽板4的射线通过区域5与旋转屏蔽体1的射线入射区域3和射线出射区域2连续相交以构成扫描准直孔，其中，所述固定屏蔽板4的射线通过区域为直线缝隙5，所述旋转屏蔽体1为圆柱体，所述射线入射区域3和所述射线出射区域2分别为沿螺旋线设置的一系列离散小孔32、22。
在上述扫描过程中，当旋转屏蔽体1匀速旋转时，能够使扫描准直孔沿直线缝隙5连续可控速度的移动。
参见图1，在扫描过程中，控制装置10通过旋转码盘读出装置7、码盘读出信号线8可读出旋转屏蔽体1的当前状态，进而确定当前射线准直孔的位置，基于对扫描准直孔的位置的检测，可以进一步获取射线束14的出射方向。更进一步地，通过设置扫描准直孔，以使其始终相对于辐射源13保持预定形状，从而穿过扫描准直孔出现到被检测对象上的射线束14的截面形状保持预定形状，以满足不同扫描操作的需求。
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
Claims (12)
1.一种背散射成像用射线束的扫描装置，包括：
辐射源；
分别位于辐射源和被扫描对象之间的固定屏蔽板和旋转屏蔽体，其中所述固定屏蔽板相对于辐射源是固定的，所述旋转屏蔽体相对于固定屏蔽板是可旋转的，其中：
所述固定屏蔽板上设置有允许来自所述辐射源的射线束穿过所述固定屏蔽板的射线通过区域，
旋转屏蔽体上分别设置有射线入射区域和射线出射区域，在旋转屏蔽体旋转扫描过程中，固定屏蔽板的射线通过区域与旋转屏蔽体的射线入射区域和射线出射区域连续相交以构成扫描准直孔，其特征在于：
所述固定屏蔽板的射线通过区域为直线缝隙，
所述旋转屏蔽体为圆柱体，所述射线入射区域和所述射线出射区域分别为沿螺旋线设置的一系列离散小孔。
2.根据权利要求1所述的背散射成像用射线束的扫描装置，其特征在于：
所述固定屏蔽板设置在所述辐射源与所述旋转屏蔽体之间。
3.根据权利要求1或2所述的背散射成像用射线束的扫描装置，其特征在于还包括：
控制装置，通过控制旋转屏蔽体的旋转速度来控制射线束的扫描速度，通过检测旋转屏蔽体的转动角度来获取射线束的出射方向。
4.根据权利要求3所述的背散射成像用射线束的扫描装置，其特征在于：
所述旋转屏蔽体包括内外嵌套的多个套筒，其中最外层和最里层套筒分别由具有一定刚度和硬度的材料构成，所述最外层和最里层套筒之间设置有至少一个由射线屏蔽材料构成的中间套筒。
5.根据权利要求4所述的背散射成像用射线束的扫描装置，其特征在于：
所述多个套筒为三个套筒，其中最外层和最里层套筒分别由铝或钢材料构成，所述最外层和最里层套筒之间设置有一个由铅、铅锑合金或钨构成的中间套筒。
6.根据权利要求5所述的背散射成像用射线束的扫描装置，其特征在于：
所述离散小孔的形状为圆形、方形或椭圆形。
7.根据权利要求6所述的背散射成像用射线束的扫描装置，其特征在于：
通过控制旋转屏蔽体上的一系列离散小孔的不同位置的形状和大小，可以控制所述扫描准直孔在不同位置的形状和大小，以控制穿过所述扫描准直孔出现到被检测对象上的射线束的形状和大小。
8.根据权利要求2-7中任何一项所述的背散射成像用射线束的扫描装置，其特征在于：
所述旋转屏蔽体的旋转轴线位于所述辐射源和所述固定屏蔽板上的所述直线缝隙共同限定的平面上。
9.一种背散射成像用射线束的扫描方法，包括步骤：
提供发射射线束的辐射源；
设置分别位于辐射源和被扫描对象之间的固定屏蔽板和旋转屏蔽体，其中所述固定屏蔽板相对于辐射源是固定的，所述旋转屏蔽体相对于固定屏蔽板是可旋转的，所述固定屏蔽板上设置有允许来自所述辐射源的射线束穿过所述固定屏蔽板的射线通过区域，在旋转屏蔽体上分别设置有射线入射区域和射线出射区域；以及
旋转所述旋转屏蔽体，以使所述固定屏蔽板的射线通过区域与所述旋转屏蔽体的射线入射区域和射线出射区域连续相交以构成扫描准直孔，
其特征在于：
所述固定屏蔽板的射线通过区域为直线缝隙，
所述旋转屏蔽体为圆柱体，所述射线入射区域和所述射线出射区域分别为沿螺旋线设置的一系列离散小孔。
10.根据权利要求9所述的背散射成像用射线束的扫描方法，其特征在于：
所述固定屏蔽板设置在所述辐射源与所述旋转屏蔽体之间。
11.根据权利要求10所述的背散射成像用射线束的扫描方法，其特征在于还包括步骤：
通过控制旋转屏蔽体的旋转速度来控制射线束的扫描速度，通过检测旋转屏蔽体的转动角度来获取射线束的出射方向。
12.根据权利要求11所述的背散射成像用射线束的扫描方法，其特征在于：
通过控制旋转屏蔽体上的一系列离散小孔的不同位置的形状和大小，可以控制所述扫描准直孔在不同位置的形状和大小，以控制穿过所述扫描准直孔出现到被检测对象上的射线束的形状和大小。
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