CN103500719A - 一种基于专家系统的自适应微聚焦x射线检测方法 - Google Patents

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万燕英
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Abstract

本发明公开了一种基于专家系统的自适应微聚焦X射线检测方法，该方法是首先构建基于X射线源焦点和射线通量关系的知识库和一定的推理机制以建立起该领域合理的专家系统，然后在PC上位机输入当前检测对象材料、精度要求等参数，专家系统据此推理出合适的焦点尺寸参数，并通过以太网发至ARM下位机。ARM下位机将目标焦点对应的输出功率发送至高频高压发生器，高频高压发生器再调节管电压、管电流实现焦点控制，达到自适应调节焦点的目的，从而调整成像系统的分辨率，满足各种检测过程的成像需求。

Description

一种基于专家系统的自适应微聚焦X射线检测方法
技术领域
本发明涉及IC封装过程中的无损检测领域，尤其是指一种基于专家系统的自适应微聚焦X射线检测方法。
背景技术
作为一种新兴的无损检测技术，X射线成像检测技术在工业产品检测领域广泛应用。该检测技术主要借助图像判断产品好坏，而图像质量依赖于X射线通量。X射线管焦点尺寸对X射线通量有较大影响。此外，X射线穿透物质时会被部分吸收，吸收的程度与物质的组成、密度和厚度有关。当能量为E（eV）的X射线通过某种材料时，其光子强度I（光子/cm2）随穿过材料的距离呈以下指数衰减：
I＝I0e-μd        （1）
（1）式中，I0为入射X光的强度，I为出射X光的强度，μ为该材料的线衰减系数，d为该材料的厚度。因此，X射线管焦点尺寸、检测对象的材料及厚度等因素影响成像质量。
专家系统是人工智能中的一个重要分支，实现了人工智能从理论研究走向实际应用、从一般推理策略探讨转向运用专门知识的重大突破。它可看作是一类具有专门知识和经验的计算机智能程序系统。通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取等六个部分构成。知识库用来存放专家提供的知识，人机交互界面用于系统与用户间的交流。推理机针对当前问题的条件或已知信息，反复匹配知识库中的规则，获得新的结论，以得到问题求解结果。基本工作流程如下：用户通过人机界面回答系统的提问，推理机将用户输入的信息与知识库中各个规则的条件进行匹配，并把被匹配规则的结论存放到综合数据库中。最后，专家系统将得出最终结论呈现给用户。正确合理利用专家系统，能很好实现人工智能。
封装是指把硅片上的电路管脚，用导线接引到外部接头处，以便与其它器件连接，起着安装、固定、密封、保护芯片等作用。在涉及极大规模集成电路封装过程的X射线成像系统中，检测对象材质多样、厚度各异。不同检测对象对成像条件尤其焦点尺寸有不一样的要求。如何自适应改变焦点大小、实现智能调整成像系统分辨率成为面向IC封装过程的X射线成像检测的重点和难点，也是本发明主要解决的问题。
虽然，国内众多研究人员已在X射线成像方面做了大量工作，成功研制出焦点可调的微聚焦X射线管并将其应用于X射线成像系统中。焦点可调的X射线管利用焦点与输出功率之间的对应关系，通过改变输出功率来实现调焦。但是，目前很多研究工作还停留在手工设置X射线焦点尺寸以适应不同检测对象的阶段，工作量大且效率低。因此，要改变这种X射线检测技术中的落后局面，就必须重点研究如何自适应调整X射线焦点大小。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种合理、可靠，面向IC封装过程的基于专家系统的自适应微聚焦X射线检测方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于专家系统的自适应微聚焦X射线检测方法，包括以下步骤：
（1）根据专家经验和专业知识，针对检测对象和精度要求，建立X射线源焦点和射线通量的专家系统；
（2）在PC上位机输入当前检测对象的相关参数信息；
（3）专家系统根据PC上位机传送过来的参数信息，推理出针对当前检测对象的目标焦点尺寸，并将目标焦点尺寸反馈给PC上位机；
（4）PC上位机根据目标焦点尺寸生成相应的调焦指令并发送给ARM下位机，ARM下位机接收指令后，查找内建的焦点与输出功率对应关系表得到调焦所需的输出功率参数值以及对应的管电压、电流值，再将管电压、电流值发送至高频高压发生器，输出功率的大小为管电压与电流的乘积；
（5）高频高压发生器调节输出功率以改变X射线管焦点尺寸；
（6）通过CCD摄像机获取对象X光图像并借助视频采集卡显示在PC上位机上。
在步骤（2）中，用户分析检测对象的特征，然后在PC上位机的人机交互界面输入当前检测对象的材质和精度要求。
在步骤（3）中，专家系统的推理机会根据PC上位机传送过来的参数信息，模拟专家解决问题的思维方式，反复匹配知识库中的规则，以得到满足当前检测要求的焦点尺寸。
在步骤（5）中，高频高压发生器调节输出功率以改变X射线管焦点尺寸，包括以下步骤：
1）高频高压发生器接收来自ARM下位机的管电压、电流参数；
2）接收数据后高频高压发生器直接产生相应的电压、电流并作用于X射线管；
3）X射线管在该电压和电流驱动下形成对应的焦点，实现自适应调焦。
在步骤（6）中，所述CCD摄像机抓取检测对象的X光图像并以模拟信号形式输出，所述视频采集卡将模拟图像转换为数字图像并显示在PC上位机界面，以便于分析图像质量及进一步应用。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：能够针对不同的检测对象材料与精度要求，自适应改变X射线焦点大小，实现智能调整成像系统分辨率，避免手工调整从而提高了效率。
附图说明
图1为本发明的功能结构图。
图2为本发明的方法流程图。
图3为本发明中专家系统结构框图。
图4为本发明的焦点与输出功率对应关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例所述的基于专家系统的自适应微聚焦X射线检测方法，采用如下设备：X射线管、PC上位机、ARM下位机、高频高压发生器、CCD摄像机、视频采集卡、电源，其中，所述电源分别与高频高压发生器、ARM下位机、CCD摄像机连接，X射线管连接高频高压发生器，PC上位机与ARM下位机之间通过以太网连接，视频采集卡对应安装在PC上位机，并与CCD摄像机连接。
如图2所示，本实施例上述的基于专家系统的自适应微聚焦X射线检测方法，具体情况如下：
（1）根据专家经验和专业知识，针对检测对象和精度要求，建立X射线源焦点和射线通量的专家系统，所述专家系统是一种在特定领域内具有专家水平解决问题能力的程序系统，它能够运用专家多年积累的有效经验和专门知识，通过模拟专家的思维过程，解决需要专家才能解决的问题，其结构框图具体如图3所示。
（2）用户分析检测对象的特征，然后在PC上位机的人机交互界面输入当前检测对象的材质和精度要求等参数信息。
（3）专家系统的推理机会根据PC上位机传送过来的参数信息，模拟专家解决问题的思维方式，反复匹配知识库中的规则，以得到满足当前检测要求的焦点尺寸，并将目标焦点尺寸反馈给PC上位机。
（4）PC上位机根据目标焦点尺寸生成相应的调焦指令并通过以太网传送给ARM下位机，ARM下位机接收指令后，查找内建的焦点与输出功率对应关系表得到调焦所需的输出功率参数值以及对应的管电压、电流值，再将管电压、电流值发送至高频高压发生器；对于焦点可调的X射线管，其焦点与输出功率呈现正比例关系，具体如图4所示，因此可通过改变输出功率（即管电压与电流的乘积）来调节焦点尺寸。
（5）高频高压发生器调节输出功率以改变X射线管焦点尺寸，包括以下步骤：
1）、高频高压发生器接收来自ARM下位机的管电压、电流参数；
2）、接收数据后高频高压发生器直接产生相应的电压、电流并作用于X射线管；
3）、X射线管在该电压和电流驱动下形成对应的焦点，实现自适应调焦。
（6）通过CCD摄像机抓取检测对象的X光图像并以模拟信号形式输出，视频采集卡将模拟图像转换为数字图像并显示在PC上位机界面，以便于分析图像质量及进一步应用。
在采用以上方案后，本发明通过建立基于X射线源焦点和射线通量关系的专家系统，针对不同的检测对象材料和精度要求，自适应调节焦点大小以改变其产生的X射线通量，从而调整成像系统的分辨率，满足各种检测过程的成像需求。相比现有技术，本发明合理可靠，能够自适应调焦，特别适用于多种检测过程的场合，值得推广。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于专家系统的自适应微聚焦X射线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）根据专家经验和专业知识，针对检测对象和精度要求，建立X射线源焦点和射线通量的专家系统；
（2）在PC上位机输入当前检测对象的相关参数信息；
（3）专家系统根据PC上位机传送过来的参数信息，推理出针对当前检测对象的目标焦点尺寸，并将目标焦点尺寸反馈给PC上位机；
（4）PC上位机根据目标焦点尺寸生成相应的调焦指令并发送给ARM下位机，ARM下位机接收指令后，查找内建的焦点与输出功率对应关系表得到调焦所需的输出功率参数值以及对应的管电压、电流值，再将管电压、电流值发送至高频高压发生器，输出功率的大小为管电压与电流的乘积；
（5）高频高压发生器调节输出功率以改变X射线管焦点尺寸；
（6）通过CCD摄像机获取对象X光图像并借助视频采集卡显示在PC上位机上。
2.根据权利要求1所述的一种基于专家系统的自适应微聚焦X射线检测方法，其特征在于：在步骤（2）中，用户分析检测对象的特征，然后在PC上位机的人机交互界面输入当前检测对象的材质和精度要求。
3.根据权利要求1所述的一种基于专家系统的自适应微聚焦X射线检测方法，其特征在于：在步骤（3）中，专家系统的推理机会根据PC上位机传送过来的参数信息，模拟专家解决问题的思维方式，反复匹配知识库中的规则，以得到满足当前检测要求的焦点尺寸。
4.根据权利要求1所述的一种基于专家系统的自适应微聚焦X射线检测方法，其特征在于：在步骤（5）中，高频高压发生器调节输出功率以改变X射线管焦点尺寸，包括以下步骤：
1）高频高压发生器接收来自ARM下位机的管电压、电流参数；
2）接收数据后高频高压发生器直接产生相应的电压、电流并作用于X射线管；
3）X射线管在该电压和电流驱动下形成对应的焦点，实现自适应调焦。
5.根据权利要求1所述的一种基于专家系统的自适应微聚焦X射线检测方法，其特征在于：在步骤（6）中，所述CCD摄像机抓取检测对象的X光图像并以模拟信号形式输出，所述视频采集卡将模拟图像转换为数字图像并显示在PC上位机界面，以便于分析图像质量及进一步应用。
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