CN104374786B - 一种同步辐射x射线ct校轴系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同步辐射X射线CT校轴系统及方法，其中，所述系统包括样品调节装置以及X射线探测器，所述系统还包括：设置在所述二维倾角调节台上的第一角度传感器；设置在所述X射线探测器上的第二角度传感器；与所述第一、第二角度传感器连接的角度读出设备；与所述角度读出设备连接的校轴控制器；以及连接在所述校轴控制器与二维倾角调节台之间的倾角调节台控制器。本发明实现了当更换样品调节装置、更换X射线探测器或者前后移动X射线探测器时能够通过第一、第二角度传感器测量的绝对的角度值，直接调整样品调节装置中二维倾角调节台的二维倾斜角度的目的，从而直观、便捷地完成校轴过程，节省大量人力工时，并有效提高了校轴精度。

Description

一种同步辐射X射线CT校轴系统及方法

技术领域

本发明涉及同步辐射X射线CT成像领域，尤其涉及一种同步辐射X射线CT校轴系统及方法。

背景技术

在同步辐射X射线成像光束线站上，在做CT实验前，必须对样品进行校轴，即，如图1所示，将样品旋转轴1'的方向与X射线光束2'的方向垂直，并与X射线探测器像素的行方向3'垂直。这样才能保证所做实验重构结果最好，精度最高。由于同步辐射同轴相衬成像，对于不同尺度、不同吸收系数的材料需要设置不同的样品到X射线探测器的距离，而在移动探测器的过程中由于探测器平台轨道安装误差，使得探测器会发生一定的姿态变化，这时也就需要重新校轴。另外根据样品的测试尺度的不同，会经常更换不同像素尺寸的探测器，这时候也需要重新校轴。因此对于X射线成像光束线站来说每天都需要多次校轴，每天都会因为校轴而浪费大量时间。

如图2-4所示，传统的校轴方法是利用样品调节装置1以及X射线探测器8执行旋转针尖法，以实现对样品旋转轴的校轴，其中，样品调节装置1包括由下至上连接在一起的：用于在X、Y、Z轴方向上平移的三轴平移台2、用于绕X、Y轴转动的二维倾角调节台(其包括：绕X轴倾角调节台3以及绕Y轴倾角调节台4)、用于绕Z轴旋转的旋转台5、Y方向平移台6、X方向平移台7以及设置在X方向平移台7顶面上的针尖9。该旋转针尖法具体包括如下步骤：首先，将针尖9作为标准样品，水平移动X方向平移台7，以使针尖9移至X射线探测器8的视场范围内距离旋转台5的旋转轴10最远的位置处；然后，将旋转台5分别旋转至0度、90度、180度、270度(如图3所示)，并通过X射线探测器8分别在不同角度时采集一张针尖9的投影图像；最后，分别对比在0度和180度、90度和270度的情况下投影图像中的针尖高度，并调整绕X轴倾角调节台3以及绕Y轴倾角调节台4的倾斜角度，以使得在0度和180度、90度和270度的情况下所采集的图像中的针尖高度差△h1、△h2小于等于1个像素(如图4(a)、(b)所示)，即可完成校轴。然而，上述过程通常需要循环很多次才能实现校轴，而且，一旦X射线探测器的位置移动，或者整套CT实现装置重新拆装，均需要重新校轴，因此容易浪费大量同步辐射机时和劳动。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种同步辐射X射线CT校轴系统及方法，以实现同步辐射X射线CT的快速准确校轴，并节省大量用户机时和劳动。

本发明之一所述的一种同步辐射X射线CT校轴系统，所述系统包括样品调节装置以及X射线探测器，其中，所述样品调节装置包括二维倾角调节台以及旋转台，所述二维倾角调节台具有X向转动轴以及与之垂直相交的Y向转动轴，所述系统还包括：

设置在所述二维倾角调节台上的第一角度传感器，其具有与所述X向转动轴方向一致的第一角度测量轴以及与所述Y向转动轴方向一致的第二角度测量轴；

设置在所述X射线探测器上的第二角度传感器，其具有与所述X射线探测器的探测面垂直的第三角度测量轴；

其中，所述第一角度测量轴用以测量所述旋转台的转动轴的方向与X射线光束的方向之间的夹角作为投角数据，所述第二角度测量轴用以测量第一滚角数据，所述第三角度测量轴用以测量第二滚角数据，所述第一滚角数据与所述第二滚角数据之差定义为所述旋转台的转动轴的方向与所述X射线探测器的行方向之间的相对夹角；

与所述第一、第二角度传感器连接的角度读出设备，其显示并向外输出所述投角数据以及第一、第二滚角数据；

与所述角度读出设备连接的校轴控制器，其接收并将所述第一、第二角度传感器在CT实验系统调试完成时对所述旋转台的旋转轴的校轴后测得的标准的所述投角数据以及第一、第二滚角数据与所述第一、第二角度传感器在CT实验中测得的更新的所述投角数据以及第一、第二滚角数据进行比较，并向外输出相应的调节指令；以及

连接在所述校轴控制器与二维倾角调节台之间的倾角调节台控制器，其根据所述调节指令控制所述二维倾角调节台调节二维倾斜角度，以使所述旋转台的旋转轴的方向与所述X射线光束的方向垂直，并与所述X射线探测器的行方向垂直。

在上述的同步辐射X射线CT校轴系统中，所述校轴控制器包括：

与所述角度读出设备连接的角度读数模块，其读取所述投角数据以及第一、第二滚角数据；

与所述角度读数模块连接的执行模块，其将所述标准的投角数据以及第一、第二滚角数据与所述更新的投角数据以及第一、第二滚角数据进行比较，并向外输出所述调节指令；以及

与所述执行模块连接的运动控制模块，其根据所述调节指令控制所述倾角调节台控制器，以控制所述二维倾角调节台调节二维倾斜角度。

在上述的同步辐射X射线CT校轴系统中，所述第一角度传感器通过螺丝刚性连接在所述二维倾角调节台上。

在上述的同步辐射X射线CT校轴系统中，所述第二角度传感器通过螺丝刚性连接在所述X射线探测器上。

在上述的同步辐射X射线CT校轴系统中，所述角度读出设备通过串口或通用串行数据端口与所述校轴控制器连接。

在上述的同步辐射X射线CT校轴系统中，所述倾角调节台控制器通过串口或通用串行数据端口与所述校轴控制器连接。

本发明之二所述的一种同步辐射X射线CT校轴方法，包括以下步骤：

步骤S0，提供如上所述的同步辐射X射线CT校轴系统；

步骤S1，在CT实验系统调试过程中，通过所述样品调节装置和X射线探测器并利用旋转针尖法实现对所述旋转台的旋转轴的校轴，再通过所述第一角度传感器和第二角度传感器分别测得标准的所述投角数据以及第一、第二滚角数据；

步骤S2，在CT实验中，通过所述第一角度传感器和第二角度传感器分别测得更新的所述投角数据以及第一、第二滚角数据；

步骤S3，通过所述校轴控制器比较所述标准的投角数据以及第一、第二滚角数据和所述更新的投角数据以及第一、第二滚角数据：当所述更新的投角数据与所述标准的投角数据不相等时，则通过所述倾角调节台控制器控制二维倾角调节台调节所述X向转动轴的方向并返回所述步骤S2，否则，不调节所述X向转动轴的方向；当所述更新的第一、第二滚角数据之差与所述标准的第一、第二滚角数据之差不相等时，则通过所述倾角调节台控制器控制二维倾角调节台调节所述Y向转动轴的方向并返回所述步骤S2，否则，不调节所述Y向转动轴的方向；当所述更新的投角数据与所述标准的投角数据相等，且同时所述更新的第一、第二滚角数据之差与所述标准的第一、第二滚角数据之差也相等时，则完成对所述旋转台的旋转轴的校轴。

由于采用了上述的技术解决方案，本发明通过安装在二维倾角调节台以及X射线探测器上的高精度的第一、第二角度传感器，在完成同步辐射同轴相衬CT实验前对旋转台的旋转轴的校轴后，测得标准的角度数据，并在CT实验进行中，尤其当X射线探测器移动位置，或整套实验装置重新拆装后，通过第一、第二角度传感器测得更新的角度数据，并通过校轴控制器比较上述数据，从而通过倾角调节台控制器控制二维倾角调节台调节二维倾斜角度，以完成CT实验中对旋转轴的校轴。本发明实现了当更换样品调节装置、更换X射线探测器或者前后移动X射线探测器时能够通过第一、第二角度传感器测量的绝对的角度值，直接调整样品调节装置中二维倾角调节台的二维倾斜角度的目的，从而仅需在CT实验系统调试时，一次针尖校轴，在之后的所有实验过程中便可直观、便捷、快速地完成校轴过程，节省大量人力工时，并有效提高了校轴精度。

附图说明

图1是现有技术中同步辐射X射线CT校轴的示意图；

图2是现有技术中同步辐射X射线CT校轴系统的结构示意图；

图3是现有技术中采用旋转针尖法校轴时针尖的示意图；

图4(a)、(b)分别是现有技术中采用旋转针尖法校轴时采集的图像示意图；

图5是本发明的同步辐射X射线CT校轴系统的结构正视图；

图6是本发明的同步辐射X射线CT校轴系统的结构俯视图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图5所示，本发明之一，即一种同步辐射X射线CT校轴系统，包括：样品调节装置、第一角度传感器1、角度读出设备2、校轴控制器3、第二角度传感器4、倾角调节台控制器6以及X射线探测器10，其中，样品调节装置主要包括：由下至上依次连接的二维倾角调节台5(可以由绕X轴倾角调节台以及绕Y轴倾角调节台组成)、旋转台7、Y方向平移台(图中未示)、X方向平移台(图中未示)以及针尖8(由于该样品调节装置的结构与现有技术中相同，故此处不再赘述)；具体来说：

二维倾角调节台5具有两维转动轴，即X向转动轴13以及与之垂直相交的Y向转动轴14，其中，旋转台7的转动轴11的方向与X射线光束9的方向12之间的夹角定义为投角，其由X向转动轴13调节；旋转台7的转动轴11的方向与X射线探测器10的行方向15之间的相对夹角定义为滚角，其由Y向转动轴14调节(一般情况下，Y向转动轴14的方向与X射线光束9的方向12基本一致)；

第一角度传感器1通过螺丝刚性连接在二维倾角调节台5上，该第一角度传感器1的测量精度高于0.01度，且能够实现两维轴角度测量，即，该第一角度传感器1具有与X向转动轴13方向一致的第一角度测量轴以及与Y向转动轴14方向一致的第二角度测量轴，其中，第一角度测量轴用于测量获得上述投角数据，第二角度测量轴用于测量获得第一滚角数据；

第二角度传感器4通过螺丝刚性连接在X射线探测器10上，该第二角度传感器4的测量精度高于0.01度，且能够实现单轴角度测量，即，该第二角度传感器4具有与X射线探测器10的探测面基本垂直的第三角度测量轴16，第三角度测量轴16用于测量获得第二滚角数据，且该第一滚角数据与第二滚角数据之差即为旋转台7的转动轴11的方向与X射线探测器10的行方向15之间的相对夹角；

角度读出设备2同时与第一角度传感器1以及第二角度传感器4连接(该角度读出设备2与角度传感器的通讯和连接方式可根据角度传感器的需求设计)，以利用其自带的显示屏直接显示第一角度传感器1和第二角度传感器4测得的投角数据以及第一、第二滚角数据，该角度读出设备2还通过串口或通用串行数据端口与校轴控制器3连接；

校轴控制器3具体包括：依次连接的角度读数模块301、执行模块302以及运动控制模块303，其中，角度读数模块301与角度读出设备2连接，以用于读取第一角度传感器1和第二角度传感器4测得的投角数据以及第一、第二滚角数据；执行模块302用于将第一角度传感器1和第二角度传感器4在CT实验系统调试完成时对旋转轴11的校轴(CT实验前通过现有技术中的旋转针尖法完成校轴)后测得的标准的投角数据以及第一、第二滚角数据与第一角度传感器1和第二角度传感器4在CT实验中(例如X射线探测器移动位置，或整套实验装置重新拆装后)测得的更新的投角数据以及第一、第二滚角数据进行比较，并向运动控制模块303输出相应的调节指令。

倾角调节台控制器6通过串口或通用串行数据端口与运动控制模块303连接，并根据上述调节指令控制与之连接的二维倾角调节台5调节二维倾斜角度，以使旋转台7的旋转轴11的方向与X射线光束9的方向12垂直，并与X射线探测器10的行方向15垂直，从而完成CT实验中对旋转轴11的校轴。

本发明之二，即，一种同步辐射X射线CT校轴方法，包括以下步骤：

步骤S0，提供如上所述的同步辐射X射线CT校轴系统；

步骤S1，在CT实验系统调试过程中，通过样品调节装置和X射线探测器10并利用旋转针尖法实现对旋转轴11的校轴(由于该方法为现有技术，故此处不再赘述)，再通过第一角度传感器1和第二角度传感器4分别测得标准的投角数据以及第一、第二滚角数据；

步骤S2，在CT实验中，尤其当X射线探测器移动位置，或整套实验装置重新拆装后，通过第一角度传感器1和第二角度传感器4分别测得更新的投角数据以及第一、第二滚角数据；

步骤S3，通过校轴控制器3比较标准的投角数据以及第一、第二滚角数据和更新的投角数据以及第一、第二滚角数据：当更新的投角数据与标准的投角数据不相等时，则通过倾角调节台控制器6控制二维倾角调节台5调节X向转动轴13的方向并返回步骤S2(直至使第一角度传感器1再次测得的更新的投角数据与标准的投角数据相等)，否则，不调节X向转动轴13的方向；当更新的第一、第二滚角数据之差与标准的第一、第二滚角数据之差不相等时，则通过倾角调节台控制器6控制二维倾角调节台5调节Y向转动轴14的方向并返回步骤S2，(直至使第一角度传感器1再次测得的更新的第一、第二滚角数据之差与标准的第一、第二滚角数据之差相等)，否则，不调节Y向转动轴14的方向；当更新的投角数据与标准的投角数据相等，且同时更新的第一、第二滚角数据之差与标准的第一、第二滚角数据之差也相等时，则完成对旋转轴11的校轴，即，使旋转台7的旋转轴11的方向与X射线光束9的方向12垂直，并与X射线探测器10的行方向15垂直。

综上所述，本发明实现了当更换样品调节装置、更换X射线探测器或者前后移动X射线探测器时能够通过第一、第二角度传感器测量的绝对的角度值，直接调整样品调节装置中二维倾角调节台的二维倾斜角度的目的，从而直观、便捷地完成校轴过程，节省大量人力工时，并有效提高了校轴精度。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (7)

1.一种同步辐射X射线CT校轴系统，所述系统包括样品调节装置以及X射线探测器，其中，所述样品调节装置包括二维倾角调节台以及旋转台，所述二维倾角调节台具有X向转动轴以及与之垂直相交的Y向转动轴，其特征在于，所述系统还包括：

设置在所述二维倾角调节台上的第一角度传感器，其具有与所述X向转动轴方向一致的第一角度测量轴以及与所述Y向转动轴方向一致的第二角度测量轴；

设置在所述X射线探测器上的第二角度传感器，其具有与所述X射线探测器的探测面垂直的第三角度测量轴；

其中，所述第一角度测量轴用以测量所述旋转台的转动轴的方向与X射线光束的方向之间的夹角作为投角数据，所述旋转台的转动轴的方向与所述X射线探测器的行方向之间的相对夹角定义为滚角；所述第二角度测量轴用以测量第一滚角数据，所述第三角度测量轴用以测量第二滚角数据，所述第一滚角数据与所述第二滚角数据之差定义为所述旋转台的转动轴的方向与所述X射线探测器的行方向之间的相对夹角；

与所述第一、第二角度传感器连接的角度读出设备，其显示并向外输出所述投角数据以及第一、第二滚角数据；

与所述角度读出设备连接的校轴控制器，其接收并将所述第一、第二角度传感器在CT实验系统调试完成时对所述旋转台的旋转轴的校轴后测得的标准的所述投角数据以及第一、第二滚角数据与所述第一、第二角度传感器在CT实验中测得的更新的所述投角数据以及第一、第二滚角数据进行比较，并向外输出相应的调节指令；以及

连接在所述校轴控制器与二维倾角调节台之间的倾角调节台控制器，其根据所述调节指令控制所述二维倾角调节台调节二维倾斜角度，以使所述旋转台的旋转轴的方向与所述X射线光束的方向垂直，并与所述X射线探测器的行方向垂直。

2.根据权利要求1所述的同步辐射X射线CT校轴系统，其特征在于，所述校轴控制器包括：

与所述角度读出设备连接的角度读数模块，其读取所述投角数据以及第一、第二滚角数据；

与所述角度读数模块连接的执行模块，其将所述标准的投角数据以及第一、第二滚角数据与所述更新的投角数据以及第一、第二滚角数据进行比较，并向外输出所述调节指令；以及

与所述执行模块连接的运动控制模块，其根据所述调节指令控制所述倾角调节台控制器，以控制所述二维倾角调节台调节二维倾斜角度。

3.根据权利要求1所述的同步辐射X射线CT校轴系统，其特征在于，所述第一角度传感器通过螺丝刚性连接在所述二维倾角调节台上。

4.根据权利要求1所述的同步辐射X射线CT校轴系统，其特征在于，所述第二角度传感器通过螺丝刚性连接在所述X射线探测器上。

5.根据权利要求1所述的同步辐射X射线CT校轴系统，其特征在于，所述角度读出设备通过串口或通用串行数据端口与所述校轴控制器连接。

6.根据权利要求1所述的同步辐射X射线CT校轴系统，其特征在于，所述倾角调节台控制器通过串口或通用串行数据端口与所述校轴控制器连接。

7.一种同步辐射X射线CT校轴方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S0，提供如权利要求1-6中任意一项所述的同步辐射X射线CT校轴系统；

步骤S1，在CT实验系统调试过程中，通过所述样品调节装置和X射线探测器并利用旋转针尖法实现对所述旋转台的旋转轴的校轴，再通过所述第一角度传感器和第二角度传感器分别测得标准的所述投角数据以及第一、第二滚角数据；

步骤S2，在CT实验中，通过所述第一角度传感器和第二角度传感器分别测得更新的所述投角数据以及第一、第二滚角数据；

步骤S3，通过所述校轴控制器比较所述标准的投角数据以及第一、第二滚角数据和所述更新的投角数据以及第一、第二滚角数据：当所述更新的投角数据与所述标准的投角数据不相等时，则通过所述倾角调节台控制器控制二维倾角调节台调节所述X向转动轴的方向并返回所述步骤S2，否则，不调节所述X向转动轴的方向；当所述更新的第一、第二滚角数据之差与所述标准的第一、第二滚角数据之差不相等时，则通过所述倾角调节台控制器控制二维倾角调节台调节所述Y向转动轴的方向并返回所述步骤S2，否则，不调节所述Y向转动轴的方向；当所述更新的投角数据与所述标准的投角数据相等，且同时所述更新的第一、第二滚角数据之差与所述标准的第一、第二滚角数据之差也相等时，则完成对所述旋转台的旋转轴的校轴。