CN104199082B - X射线与激光同轴系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线与激光同轴系统。所述系统包括：电离室调节装置，具有第一导轨与X射线平行，X射线的光束中心与面阵平板探测器的中心重合；激光器调整装置位于电离室调节装置的另一侧的对应位置，夹持有激光器发射激光；当激光照射在面阵平板探测器，调整激光器的激光出射位置，使得激光的十字中心与面阵平板探测器中心重合；改变面阵平板探测器与激光器调整装置的相对距离，再次调整激光器的激光出射位置，使得激光的十字中心与面阵平板探测器中心再次重合；继续调整激光器的激光出射位置，直到激光的十字中心与面阵平板探测器中心一直重合，使得激光与X射线同轴。本发明X射线与激光同轴系统实现方便的对X射线与激光同轴处理。

Description

X射线与激光同轴系统

技术领域

本发明涉及一种X射线与激光同轴系统，尤其涉及一种用于X射线辐射场的测量系统。

背景技术

X射线标准辐射装置用于X射线辐射仪表的检定、校准与检测，以及工业无损检测等领域，但现有的设备不能实现对X射线主束轴方向的调整，或者调整过程复杂，很难实现X射线束主轴，限束光阑中心及辐射仪表定位装置(定位激光线)的同轴，尤其是在定位装置放置于较长导轨上行程可变情况下，更是不易实现，从而无法保证受检仪器设备探测器中心处于X射线光束中心，也无法确保其处于均匀辐射野中；同时，现有设备多为锁死式的，调整好射线束固定X射线管后不宜拆卸，拆卸后很难复位，而且该方式在使用过程中因震动，碰撞等原因造成位置改变后也很难复位；同时现有技术对X射线束辐射质的过滤调整通常采用手动切换方式，在辐射质较多情况下，无法实现较快的转换，再者，大部分实验室都是一个X射线管配一个附加过滤转盘，在使用较多的辐射束规范时需要拆卸过滤转盘等操作，很不方便，有的解决方案就是多配置X光机数量，，这样对实验室空间，控制设备等现有设备都没有充分利用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种X射线与激光同轴系统，用以实现方便的对X射线与激光同轴处理。

为实现上述目的，本发明提供了一种X射线与激光同轴系统，所述系统包括：

电离室调节装置，具有第一导轨，用于搭设电离室或面阵平板探测器，所述电离室或面阵平板探测器接收从所述电离室调节装置一侧发射来的X射线，所述第一导轨与所述X射线平行，并且所述X射线的光束中心与所述面阵平板探测器的中心重合；

激光器调整装置，位于所述电离室调节装置的另一侧的对应位置，夹持有激光器，用于发射激光；

其中，当所述激光照射在所述面阵平板探测器，调整所述激光器的激光出射位置，使得激光的十字中心与面阵平板探测器中心重合；改变所述面阵平板探测器与所述激光器调整装置的相对距离，再次调整所述激光器的激光出射位置，使得激光的十字中心与面阵平板探测器中心再次重合；继续调整所述激光器的激光出射位置，直到激光的十字中心与面阵平板探测器中心一直重合，使得所述激光与所述X射线同轴。

进一步的，所述电离室调节装置包括：

基座，所述基座上具有第一导轨；

电离室位置调整装置，包括：

一级移动载物平台，滑设在第一导轨上，在所述第一导轨上平动，且具有第二导轨，所述第一导轨沿所述X射线主束方向，所述第二导轨与所述第一导轨的方向垂直；

二级移动载物平台，滑设在所述第二导轨上，在所述第二导轨上平动；

三级移动载物平台，与所述二级移动载物平台相接设，包括竖直升降调整平台，所述竖直升降调整平台上具有夹具夹持电离室，用于调节所述电离室的高度；

其中，调节一级移动载物平台在所述第一导轨上平动，二级移动载物平台在所述第二导轨上平动，竖直升降调整平台调节所述电离室高度，使得激光中心对准所述电离室的灵敏体积中心，所述激光中心与所述X射线主束中心位置相同。

进一步的：

所述二级移动载物平台包括：滑块，与所述第二导轨滑设；丝杠，一端与电机连接，另一端与所述滑块连接，通过所述电机驱动丝杠带动所述滑块在所述第二导轨滑动；

所述竖直升降调整平台具有交叉的支撑臂和第一转轴，通过转动所述第一转轴改变所述支撑臂的交叉角度从而调节高度。

进一步的，所述夹具包括：

底盘座，所述底盘座具有螺纹孔，利用螺钉与支撑平台固定；

第一支撑杆，螺接在所述底盘座上，所述第一支撑杆的上端具有插口；

夹具头，所述夹具头包括：

固定部件，所述固定部件利用连接杆插接在所述第一支撑杆的插口上；

移动部件，包括金属杆，金属杆的一端插接在所述固定部件上，另一端利用连接件相固定，所述连接件上开具有螺孔；夹持部，套接在所述金属杆上；调节杆，螺接在所述螺孔内，并且一端为调节头，另一端与所述夹持部相固定；

其中，调节所述调节头时，螺设在所述螺孔内的调节杆与所述金属杆平行移动，调节杆带动所述夹持部与所述固定部件共同夹持电离室。

进一步的，所述底盘座、第一支撑杆、固定部件、连接杆、夹持部和连接件的材质为有机玻璃；所述金属杆和调节杆的材质为金属；所述固定部件与夹持部的相对面为平面或者弧形面，所述夹持部与固定部件的相对面为平面或者弧形面。

进一步的，所述激光器调整装置包括：

第二支撑杆；

第一夹持器，利用齿轮结构与所述第二支撑杆齿接，在所述第二支撑杆上竖直移动；

直角块，与所述第一夹持器固定连接；

平移台，固定在所述直角块上；

升降台，与所述平移台相接设，在所述平移台的驱动下沿X射线光束方向垂直平动；

旋转台，与所述升降台相接设，在所述升降台的驱动下沿竖直方向平动；

角位移台，与所述旋转台相接设，在所述旋转台的驱动下旋转；

第二夹持器，与所述角位移台相固定，夹持激光器，在所述角位移台的驱动下产生角位移，使所述激光器产生的激光十字中心始终与所述X射线光束在自显影胶片产生的圆形光斑的中心对准，从而使得激光器的激光十字中心与所述X射线光束中心一致。

进一步的，所述平移台的行程为25mm，精度0.003mm；所述升降台的行程为25mm，精度0.005mm；所述旋转台调节度为360度，分辨率为0.009度；所述角位移台的角位调节为10度。

本发明X射线与激光同轴系统实现了方便的对X射线与激光同轴处理。

附图说明

图1为本发明X射线与激光同轴系统的示意图；

图2A为本发明X射线与激光同轴系统的电离室调节装置的示意图；

图2B为本发明X射线与激光同轴系统的电离室调节装置的工作状态示意图；

图3A为本发明X射线与激光同轴系统的夹具的示意图；

图3B为本发明X射线与激光同轴系统的夹具头的俯视图；

图4为本发明X射线与激光同轴系统的激光器调整装置的示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明X射线与激光同轴系统的示意图，如图所示，本发明包括电离室调节装置2和激光器调整装置3。

电离室调节装置2具有第一导轨210，用于搭设电离室或面阵平板探测器，电离室或面阵平板探测器接收从电离室调节装置一侧发射来的X射线10，第一导轨210与X射线10平行，并且X射线10的光束中心与面阵平板探测器的中心重合。具体的，X射线10可以是从X射线出射装置1的X射线管9发出的。

激光器调整装置3位于电离室调节装置2的另一侧的对应位置，夹持有激光器6，用于发射激光30。

当激光照射在面阵平板探测器，调整激光器的激光出射位置，使得激光的十字中心与面阵平板探测器中心重合；改变面阵平板探测器与激光器调整装置的相对距离，再次调整激光器的激光出射位置，使得激光的十字中心与面阵平板探测器中心再次重合；继续调整激光器的激光出射位置，直到激光的十字中心与面阵平板探测器中心一直重合，使得激光与X射线同轴。

因为第一导轨210与X射线10平行，并且X射线10的光束中心与面阵平板探测器的中心重合，此时激光30与X射线10同轴，因此X射线10与第一导轨210也平行。

图2A为本发明X射线与激光同轴系统的电离室调节装置的示意图，图2B为本发明X射线与激光同轴系统的电离室调节装置的工作状态示意图；如图所示，电离室位置调整装置包括：基座25和电离室位置调整装置26。

电离室位置调整装置26包括一级移动载物平台21、二级移动载物平台22和三级移动载物平台23。

基座25上具有第一导轨210。

一级移动载物平台21滑设在第一导轨210上，在第一导轨210上平动，且具有第二导轨211，第一导轨210沿X射线主束方向，第二导轨211与第一导轨210的方向垂直；二级移动载物平台22，滑设在第二导轨211上，在第二导轨211上平动；三级移动载物平台23与二级移动载物平台22相接设，包括竖直升降调整平台230，竖直升降调整平台230上具有夹具7夹持电离室，用于调节电离室的高度；调节一级移动载物平台21在第一导轨210上平动，二级移动载物平台22在第二导轨211上平动，竖直升降调整平台230调节电离室高度，使得激光中心对准电离室的灵敏体积中心，激光中心与X射线主束中心位置相同。

具体的，一级移动载物平台21沿着X射线光束方向的X轴调整。二级移动载物平台22在水平面内沿着垂直于X轴方向的Y轴调整。三级移动载物平台23沿着竖直方向的升降调整，即是Z轴调整。

第一导轨210固定在基座25上，基座25通过膨胀螺栓固定于地面上，且在安装后保证基座25的水平。基座25上表面的平面度水平度小于1mm，以保证第一导轨210和光栅尺安装的水平性。第一导轨210为两平行导轨通过螺钉固定安装于基座25上，与上方搭载的一级移动载物平台21通过滑块连接。齿条安装于基座25右侧通过螺钉固定于基座25上，齿条与第一导轨210上的一级移动载物平台电机通过齿轮连接，用以完成整个一级移动载物平台21的精确移动。光栅尺安装在基座的左边沿，通过传感器实现一级移动载物平台21X轴方向的精确定位。一级移动载物平台21置于第一导轨210上方，用于二级移动载物平台22和三级移动载物平台23，且包括两条沿Y轴方向的第二导轨211。

二级移动载物平台22包括滑块、丝杠和电机，滑块与第二导轨滑设；丝杠的一端与电机连接，另一端与滑块连接，通过电机驱动丝杠带动滑块在第二导轨滑动。

具体的，二级移动载物平台22与第二导轨211间通过滑块连接。丝杠与两第二导轨211平行，置于导轨中心，一端与电机相连，另一端固定于一级移动载物平台21上(丝杠可实现转动)，丝杠穿过固定于二级移动载物平台22下表面类似于螺帽装置的结构，从而通过电机带动丝杠转动来实现二级移动载物平台22在Y轴方向的移动。

三级移动载物平台23包括竖直升降调整平台，例如为剪形手动升降平台，具有交叉的支撑臂和第一转轴，通过转动所述第一转轴改变所述支撑臂的交叉角度从而调节高度。还包括精研丝杠驱动，上下两面多孔位设计剪形手动升降平台，配有锁紧手轮，与二级移动载物平台22通过螺钉固定。竖直升降调整平台上表面有多个螺纹孔，可实现夹具通过螺钉固定于升降平台上表面。

电离室最终是通过夹具夹持住，固定于三级移动载物平台23上。

安装与电离室型号相适应的夹具于三极移动载物平台23上，取出待测量电离室由夹具夹持固定住。连接电离室测量系统。调整二级极载物平台和三级极载物平台位置，使得十字激光中心(十字激光中心位置即是X射线主束中心位置)照在电离室的灵敏体积中心。

之后打开X射线光机，设置X光机参数，转动附加过滤转盘于实验所需规范处。由步进电机软件控制一级移动载物平台进行X轴移动到工作位置。然后开始进行电离室电离电流测量，该规范下测量完毕，保存数据。再调整X光机参数，调整X轴位置，测量不同规范。

由于电离室的型号种类的不同，测量的规范不同，因此需要在距离X射线管的不同位置处进行测量，也即是在测量过程中需要的X轴位置调整。由于电离室的尺寸大小的不同，为使得电离室的灵敏体积位于X射线主束的中心位置，因此不同的电离室需要进行不同的Y轴和Z轴的位置调整。

最终通过完成Y轴与Z轴移动，实行电离室的灵敏位置处于X射线束的中心位置。通过X轴的位置移动，完成不同电离室不同规范的测量。

图3A为本发明X射线与激光同轴系统的夹具的示意图，图3B为本发明X射线与激光同轴系统的夹具头的俯视图，如图所示，夹具具体包括：底盘座273、第一支撑杆272和夹具头270。夹具头270包括固定部件2711和移动部件2710。

底盘座273具有螺纹孔，利用螺钉与三级移动载物平台固定；第一支撑杆272螺接在底盘座273上，第一支撑杆272的上端具有插口。

固定部件2711利用连接杆27110插接在第一支撑杆272的插口上。移动部件2710包括金属杆27100，金属杆27100的一端插接在固定部件2711上，另一端利用连接件27101相固定，连接件27101上开具有螺孔27102；夹持部27103套接在金属杆27100上；调节杆27104螺接在螺孔27102内，并且一端为调节头27105，另一端与夹持部27103相固定。

调节调节头27105时，螺设在螺孔27102内的调节杆27104与金属杆27100平行移动，调节杆27104带动夹持部27103与固定部件2711共同夹持电离室。

具体的，底盘座273的材料是机玻璃，为一直径10厘米，厚1厘米的圆盘，具有9个小螺纹孔呈圆形分布，通过螺钉实现底盘座273与支撑平台的固定。底盘座273中心有1稍大螺纹孔，可实现第一支撑杆272拧入，用于固定第一支撑杆272。

第一支撑杆272的材料为有机玻璃，第一支撑杆272下端杆面带有螺纹，可拧入底盘座273。第一支撑杆272上端为中空管装结构为插口，可实现夹具头270的连接杆27110的插入，通过连接杆27110上端侧面拧入固定部件2711实现固定锁死。

固定部件2711为一方形有机玻璃体。夹持部27103套接在金属杆27100上，可以沿着金属杆移动，具体移动行程由调节杆27104决定，利用调节头27105旋转调节杆27104，以实现夹持部27103接近和远离固定部件2711，实现夹持功能。

工作过程具体如下：

初步安装：经螺钉固定底座盘与电离室三维调节平台上，根据电离室大小，选择特定高度第一支撑杆拧入底座盘。根据电离室型号，选择不同夹具头。

夹具头的夹持部和固定部件的相对面可以根据不同型号和形状的电离室进行不同的选择，例如固定部件与夹持部的互相相对面为互相平行的平面，或者相对称弧形面，或者平行弧面。

安装好夹具之后，放入电离室于夹具移动部件和固定部件之间。拧紧螺纹杆，固定好电离室。

因电离室型号大小不同，因此本发明的夹具需要把电离室固定于不同的位置，则可以选择不同长度的第一支撑杆。因为电离室的特殊外形结构，则可以选择不同的夹具头。最终完成电离室的固定。

图4为本发明X射线与激光同轴系统的激光器调整装置的示意图，如图所示，激光器调整装置具体包括：第二支撑杆31、第一夹持器32、直角块33、平移台34、升降台35、旋转台36、角位移台37和第二夹持器38。

第一夹持器32利用齿轮结构与所述第二支撑杆齿接，在所述第二支撑杆上竖直移动；直角块33与所述第一夹持器32固定连接；平移台34固定在所述直角块33上；升降台35与所述平移台34相接设，在所述平移台34的驱动下沿X射线光束方向垂直平动；旋转台36与所述升降台35相接设，在所述升降台35的驱动下沿竖直方向平动；角位移台37与所述旋转台36相接设，在所述旋转台36的驱动下旋转；第二夹持器38与所述角位移台37相固定，夹持激光器6，在所述角位移台37的驱动下产生角位移，使所述激光器6产生的激光十字中心始终与所述X射线光束在自显影胶片产生的圆形光斑的中心对准，从而使得激光器的激光十字中心与所述X射线光束中心一致。

具体的，

第二支撑杆31底部固定盘上有4个螺纹孔，可拧入螺丝与光学平台固定在一起；竖直方向整个杆面上具有齿条结构，实现第一夹持器在整个杆上的上下移动。

第一夹持器32有齿轮结构，与第二支撑杆31齿条衔接，实现第一夹持器32上下移动。达到工作位置时，拧紧螺栓，实现位置锁死。第一夹持器32与直角块33通过螺钉连接实现第一夹持器32与直角块33的同步。

直角块33两个直角面，一个面与第一夹持器32连接，另一个面作为固定平台搭载平移台34，通过螺钉实现直角块33和平移台34的固定于连接。

平移台34是精密平移台，与上下机构均为螺钉固定连接。驱动位置是侧面驱动。驱动方式谁细牙螺杆/微分头。实现25mm行程，精度可达0.003mm的调节。

升降台35为精密升降台，与上下机构均为螺钉固定连接。驱动方式：细牙螺杆/微分头。实现25mm行程，精度可达0.005mm的调节。

旋转台36为精密旋转台，与上下机构均为螺钉固定连接。驱动方式：细牙螺杆/微分头。粗调节：360度，分辨率：0.009度。

角位移台37与上下机构均为螺钉固定连接。实现±10度的角度调节。

第二夹持器38,通过螺钉固定于角位移台37上，第二夹持器38从中心分为上下两半，通过螺钉连接上下两部分，需要夹持激光器6放于夹具中心孔。

激光器6，产生一相互垂直的十字形激光射出。固定于第二夹持器38中心。

具体工作过程如下：

1、安装过程

把激光器调整装置置于正对X光机的导轨平台末端。打开激光器调整第一夹持器高度使得激光十字中心大致对准X光机出光孔中心，第二支撑杆于导轨平台上。在测量平台上安放一垂直于X射线束的自显影胶片，打开X光机后，经过辐射会在胶片上产生一圆形光斑(即是X射线照射野的一个参考面)，然后微调平移台、升降台、旋转台、角位移台，使得激光十字中心对准胶片参考野中心。然后，沿着导轨方向移动胶片，保证激光中心始终在胶片辐射野中心，也即是保证了激光十字中心始终为X射线束中心。从而实现工作中待测量电离室等仪器精确定位。同时，也可以放一激光调制装置于导轨平台侧面，发射一竖直线状激光，实现某些测量位置与X光机距离的精确定位。

2、工作过程

在有仪器或样品待测量时，打开导轨末端和侧端激光器，放置待测仪器于测量平台上，调整测量平台位置，使得待测仪器位于末端激光器发射的十字激光中心点，和侧端特定距离激光器发射的竖直激光线上。末端激光十字交叉点位置即为X射线束射线中心位置，侧面竖直激光位置即是特定距离的测量位。

激光器调整装置也称为末端激光器，主要作用即是逆向模拟X光的射出过程，使不可见有危险的X射线成为可见的激光线。从而可以肉眼知道X射线束中心通过的位置，来实现各待测仪器的定位。是X射线光机产生的射线是类似于电筒光一样的锥状光束，而激光仅仅是线条。因此导轨尾端发射的十字状激光交叉点仅能体现出某个辐射参考面的中心位置。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种X射线与激光同轴系统，其特征在于，所述系统包括：

电离室调节装置，具有第一导轨，用于搭设电离室或面阵平板探测器，所述电离室或面阵平板探测器接收从所述电离室调节装置一侧发射来的X射线，所述第一导轨与所述X射线平行，并且所述X射线的光束中心与所述面阵平板探测器的中心重合；

激光器调整装置，位于所述电离室调节装置的另一侧的对应位置，夹持有激光器，用于发射激光；

其中，当所述激光照射在所述面阵平板探测器，调整所述激光器的激光出射位置，使得激光的十字中心与面阵平板探测器中心重合；改变所述面阵平板探测器与所述激光器调整装置的相对距离，再次调整所述激光器的激光出射位置，使得激光的十字中心与面阵平板探测器中心再次重合；继续调整所述激光器的激光出射位置，直到激光的十字中心与面阵平板探测器中心一直重合，使得所述激光与所述X射线同轴；

所述电离室调节装置包括：

基座，所述基座上具有第一导轨；

电离室位置调整装置，包括：

一级移动载物平台，滑设在第一导轨上，在所述第一导轨上平动，且具有第二导轨，所述第一导轨沿所述X射线主束方向，所述第二导轨与所述第一导轨的方向垂直；

二级移动载物平台，滑设在所述第二导轨上，在所述第二导轨上平动；

三级移动载物平台，与所述二级移动载物平台相接设，包括竖直升降调整平台，所述竖直升降调整平台上具有夹具夹持电离室，用于调节所述电离室的高度；

其中，调节一级移动载物平台在所述第一导轨上平动，二级移动载物平台在所述第二导轨上平动，竖直升降调整平台调节所述电离室高度，使得激光中心对准所述电离室的灵敏体积中心，所述激光中心与所述X射线主束中心位置相同。

2.根据权利要求1所述的X射线与激光同轴系统，其特征在于：

所述二级移动载物平台包括：滑块，与所述第二导轨滑设；丝杠，一端与电机连接，另一端与所述滑块连接，通过所述电机驱动丝杠带动所述滑块在所述第二导轨滑动；

所述竖直升降调整平台具有交叉的支撑臂和第一转轴，通过转动所述第一转轴改变所述支撑臂的交叉角度从而调节高度。

3.根据权利要求1所述的X射线与激光同轴系统，其特征在于，所述夹具包括：

底盘座，所述底盘座具有螺纹孔，利用螺钉与支撑平台固定；

第一支撑杆，螺接在所述底盘座上，所述第一支撑杆的上端具有插口；

夹具头，所述夹具头包括：

固定部件，所述固定部件利用连接杆插接在所述第一支撑杆的插口上；

移动部件，包括金属杆，金属杆的一端插接在所述固定部件上，另一端利用连接件相固定，所述连接件上开具有螺孔；夹持部，套接在所述金属杆上；调节杆，螺接在所述螺孔内，并且一端为调节头，另一端与所述夹持部相固定；

其中，调节所述调节头时，螺设在所述螺孔内的调节杆与所述金属杆平行移动，调节杆带动所述夹持部与所述固定部件共同夹持电离室。

4.根据权利要求3所述的X射线与激光同轴系统，其特征在于，所述底盘座、第一支撑杆、固定部件、连接杆、夹持部和连接件的材质为有机玻璃；所述金属杆和调节杆的材质为金属；所述固定部件与夹持部的相对面为平面或者弧形面，所述夹持部与固定部件的相对面为平面或者弧形面。

5.根据权利要求1所述的X射线与激光同轴系统，其特征在于，所述激光器调整装置包括：

第二支撑杆；

第一夹持器，利用齿轮结构与所述第二支撑杆齿接，在所述第二支撑杆上竖直移动；

直角块，与所述第一夹持器固定连接；

平移台，固定在所述直角块上；

升降台，与所述平移台相接设，在所述平移台的驱动下沿X射线光束方向垂直平动；

旋转台，与所述升降台相接设，在所述升降台的驱动下沿竖直方向平动；

角位移台，与所述旋转台相接设，在所述旋转台的驱动下旋转；

第二夹持器，与所述角位移台相固定，夹持激光器，在所述角位移台的驱动下产生角位移，使所述激光器产生的激光十字中心始终与所述X射线光束在自显影胶片产生的圆形光斑的中心对准，从而使得激光器的激光十字中心与所述X射线光束中心一致。

6.根据权利要求5所述的X射线与激光同轴系统，其特征在于，所述平移台的行程为25mm，精度0.003mm；所述升降台的行程为25mm，精度0.005mm；所述旋转台调节度为360度，分辨率为0.009度；所述角位移台的角位调节为10度。

7.根据权利要求1所述的X射线与激光同轴系统，其特征在于，所述面阵平板探测器为空气电离室等间距排成32×32矩阵。