CN104458776B - 一种x射线异物检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种X射线异物检测装置，包括射线源、探测器、传送带、上位机、测厚装置及升降机构，射线源和探测器位于传送带的上下方，射线源固定在升降机构上，升降机构安装在X射线异物检测装置的基板上，测厚装置设置在X射线异物检测装置的入口前端，上位机与测厚装置连接，测厚装置测得被测物的厚度参数后上传至上位机，上位机通过计算结果控制升降机构的升降，调整射线源的高度。本发明还公开了一种X射线异物检测方法。本发明的优点在于：通过实时调整射线源的高度，使得系统的分辨率不随着物体的厚度不同发生变化，始终保持最优分辨率，达到准确检测异物的效果。

Description

一种X射线异物检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及到异物检测技术领域，特别是涉及到X光异物检测领域。

背景技术

X光异物检测机工作原理：利用X光对不同物质的穿透特性不同，检测出混在散料中密度较大的异物，如金属、玻璃、石子等，再通过剔除装置将其剔除。

当前X光设备的射线源与探测器位置一般都是固定的，射线源高度基本取决于要照射的物体宽度，探测器一般在传输带下方，这就导致当不同厚度的物体通过设备，系统的实际分辨（放大）率在发生变化，无法保证在最优值附近。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题之一在于提供一种保证系统的成像分辨率不随着物体的厚度不同发生变化的X射线异物检测装置。

本发明的所要解决的技术问题之二在于提供一种保证系统的成像分辨率不随着物体的厚度不同发生变化的X射线异物检测方法。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题之一的：一种X射线异物检测装置，包括射线源、探测器、传送带、上位机，被测物在传送带上传送，所述射线源位于传送带的上方，探测器位于传送带的下方，接收射线源发送的信号，其改进在于：还包括测厚装置以及升降机构，所述射线源固定在升降机构上，升降机构安装在X射线异物检测装置的基板上，所述测厚装置设置在X射线异物检测装置的入口前端，上位机与所述测厚装置及所述升降机构连接，测厚装置测得被测物的厚度参数后上传至上位机，上位机通过计算结果控制升降机构的升降，调整射线源相对于传送带的高度。

优化的，所述测厚装置采用光幕测量装置，包括彼此相对设置的一组光电发射器和接收器，光电发射器和接收器固定在传送带支架上，接收器接收光电发射器生成的信号，得到被测物的厚度。

上位机获得被测物厚度参数后，根据以下射线源位置变化计算公式，确定射线源相对于当前位置的位移：

其中，h为被测物的厚度，a为射线源的焦点尺寸，b为探测器的分辨率。

所述基板上设置有使得X射线源生成的X射线光束通过的开口，X射线光束穿过该开口到达设置在传送带下方的探测器。

优化的，所述升降机构包括升降板、导向机构、丝杠传动机构和驱动电机，所述升降板的四角均布导向机构，导向机构使升降板只能上下移动，所述驱动电机驱动丝杠传动机构，升降板的上下移动由丝杠传动机构实现。

作为更具体的技术方案，所述升降机构还包括第一同步带轮、第一同步带、第二同步带轮、第二同步带、第三同步带轮，所述丝杠传动机构对称布置在升降板的两侧，每组丝杠传动机构包括滑动丝杠和螺母，且对称布置的两组丝杠传动机构（63）的滑动丝杠各参数完全一致，所述升降板的对应滑动丝杠的位置开设有贯穿孔，所述螺母与该贯穿孔同轴固定在升降板上，所述滑动丝杠的下方固定在止推轴承上，止推轴承固定在X射线异物检测装置的基板上，驱动电机的输出轴上紧固第一同步带轮，两个滑动丝杠的下部分别紧固第二同步带轮、第三同步带轮，第一同步带轮和第二同步带轮之间由第一同步带连接，第二同步带轮和第三同步带轮之间由第二同步带连接，驱动电机转动，带动第一同步带轮转动，进而带动第二同步带轮和第三同步带轮转动，从而使动力传送到滑动丝杠，滑动丝杠的转动带动升降板的升降。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题之一的：一种X射线异物检测方法，包括以下几个步骤：

步骤1、光幕测厚：

测量并存储被测物的厚度参数h，厚度参数h测出后，上传至上位机；

步骤2、位置计算：

上位机获得被测物厚度参数h后，根据以下射线源位置变化计算公式，确定射线源相对于当前位置的位移：

其中，h为被测物的厚度，a为射线源的焦点尺寸，b为探测器的分辨率；

步骤3、执行定位：

根据步骤2确定的射线源相对于当前位置的位移，调节射线源的位置使之与上述的位移匹配。

具体的，所述步骤1中，被测物的厚度测量使用测厚装置，所述测厚装置采用光幕测量装置，包括彼此相对设置的一组光电发射器和接收器，光电发射器和接收器固定在传送带支架上，接收器接收光电发射器生成的信号，得到被测物的厚度。

具体的，所述步骤3中，射线源的位置调节通过升降机构实现，所述射线源固定在升降机构上，升降机构安装在X射线异物检测装置的基板上，上位机通过计算结果控制升降机构的升降，调整射线源的高度。

具体的，所述升降机构包括升降板、导向机构、丝杠传动机构和驱动电机，所述升降板的四角均布导向机构，导向机构使升降板只能上下移动，所述驱动电机驱动丝杠传动机构，升降板的上下移动由丝杠传动机构实现。

本发明的优点在于：通过实时调整射线源的高度，使得系统的成像分辨率不随着物体的厚度不同发生变化，始终保持最优成像分辨率，达到准确检测异物的效果。

附图说明

图1为X射线成像原理示意图。

图2为加上传送带以后的X射线成像原理示意图。

图3为本发明实施例提供的光幕测厚装置的结构及其使用状态示意图。

图4为本发明实施例提供的X光射线源定位机构结构示意图。

图5为本发明实施例提供的X光射线源升降机构结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1所示，X射线检测设备包括射线源1、探测器2，射线源1和探测器2分别位于被检物3的上下方，根据X射线成像理论，X射线检测设备的系统放大率M定义为：

H为射线源1到探测器2的距离，H₁为射线源1到被检物3高度中心的距离。

更进一步细化，被检物3通过传送带4传送，如图2所示，此时，放大率M为：

其中，x为射线源1到传送带4的距离，d为传送带4到探测器2的距离，h为被检物3的厚度。

目前科学已证明，最优放大率M（使物体成像质量最优）为：

其中，a为射线源1的焦点尺寸，b为探测器2的分辨率。

对于一台X射线检测设备，a和b都是固定的，也即系统的最优放大率是一定的。

为解决现有的系统分辨率根据被检物3的厚度不同发生变化的问题，根据前述理论，本发明提出一种方案，根据被检物3的厚度，实时调整射线源1高度（保持探测器2位置不变），使实际系统放大率达到或最大程度地靠近最优放大率。

令

则

当设备处于空载，则射线源1到传送带4的初始化距离x₀为：

上述距离设置的前提是，要选择一个合适发散角度的射线源1，以确保检测宽度。

显然，当厚度为h的被检物3要经过X射线检测设备检测时，则射线源1位置变化Δx为：

Δx为负值，则说明射线源1的位置要抬高。

基于以上的分析，本发明提供的一种分辨率最优的X射线异物检测装置，请同时参阅图3和图4所示，所述分辨率最优的X射线异物检测装置包括射线源10、探测器（图未示）、传送带30、测厚装置40、上位机（图未示）以及升降机构60。

被测物80在传送带30上传送，所述射线源10位于传送带30的上方，固定在升降机构60上，探测器位于传送带30的下方，接收射线源10发送的信号，升降机构60安装在X射线异物检测装置的基板70上，所述测厚装置设置在X射线异物检测装置的入口处的传送带30两边，上位机与所述测厚装置40和升降机构60连接。

具体的，所述测厚装置40采用光幕测量装置，包括彼此相对设置的一组光电发射器42和接收器44，光电发射器42和接收器44固定在传送带支架32上，接收器44用于接收光电发射器42生成的信号，从而得到被测物80的厚度。

当然，根据需要，传送带30的两边也可以设置多组光电发射器42和接收器44。

光电发射器42发射出来的光线是等间距的，最小间距也就是测量精度。当没有被测物80通过光电发射器42和接收器44之间时，接收器44完全接收光电发射器42发送过来的光信号。当有被测物80通过它们之间时，则会有部分光线被被测物80阻隔，接收器44只能接收到未被阻隔的光线。接收器44计算被阻挡的光线数目，乘以光线的间距，即为被测物高度，并将该高度参数上传至上位机。

上位机获得被测物80厚度参数h后，根据射线源位置变化计算公式（6），即可确定射线源10相对于当前位置的位移。

基板70上设置有使得X射线源10生成的X射线光束12通过的开口，X射线光束12穿过该开口到达设置在传送带30下方的探测器，从而形成被测物80的图像。

上位机通过计算获取的位移参数驱动升降机构60上下移动，进而带动X射线源10上下移动，朝向或远离探测器，最终处于最佳成像位置。

作为更具体的技术方案，如图5所示，为所述升降机构60的结构示意图，所述升降机构60包括升降板61、导向机构62、丝杠传动机构63、第一同步带轮64、第一同步带65、第二同步带轮66、第二同步带67、第三同步带轮68、驱动电机601。

所述X光射源10固定于升降板61上，升降板61的四角均布导向机构62，每组导向机构62由导向轴622和滑套624组成，升降板61的四角开设有通孔（图未标示），所述滑套624设置在通孔中，所述导向轴622的下端固定在X射线异物检测装置的基板70上，上端穿过所述滑套624，由于滑套624的限位作用，导向机构62使升降板61只能上下移动。

升降板61的上下移动由对称布置在升降板61的两侧的两组丝杠传动机构63实现，每组丝杠传动机构63包括滑动丝杠632和螺母634，且对称布置的两组滑动丝杠632各参数完全一致，滑动丝杠632的螺旋升角小于摩擦角，具有自锁作用，所述升降板61的对应滑动丝杠632的位置开设有贯穿孔（图未示），所述螺母634与该贯穿孔同轴固定在升降板61上，本领域的一般技术人员可以很容易的了解，所述螺母634可以固定在升降板61的上方，也可以固定在升降板61的下方，所述滑动丝杠632的下方固定在止推轴承636上，止推轴承636固定在X射线异物检测装置的基板70上。

驱动电机601的输出轴上紧固第一同步带轮64，两个滑动丝杠632的下部分别紧固第二同步带轮66、第三同步带轮68，第一同步带轮64和第二同步带轮66之间由第一同步带65连接，第二同步带轮66和第三同步带轮68之间由第二同步带67连接，驱动电机601转动，带动第一同步带轮64转动，进而带动第二同步带轮66和第三同步带轮68转动，从而使动力传送到滑动丝杠632，滑动丝杠632的转动带动升降板61的升降。对称布置的两组滑动丝杠632各参数完全一致，从而使升降板61两侧的升降幅度完全一致，达到平稳的升降效果。

所述驱动电机601固定在电机支架52上，电机支架52固定在基板70上，所述基板70上设置有使得X射线源10生成的X射线光束12通过的开口，X射线光束12穿过该开口到达设置在传送带30下方的探测器，从而形成被测物80的图像。

所述驱动电机601可以为常用的电机，本领域的技术人员可以在不付出创造性劳动想到，在此不在赘述。

作为优化的方案，所述X光射线源10的出光孔处安装有限光筒69，用于约束X射线的宽度，所述第二同步带67把限光筒69包在内侧。

整个X射线源位置自调节包括以下几个步骤：

步骤1、光幕测厚：

测量并存储被测物80的厚度参数，被测物80的厚度的测量装置可以使用如上所述的测厚装置40，厚度参数h测出后，上传至上位机；

步骤2、位置计算：

上位机获得被测物厚度参数h后，根据上述射线源10的位置计算公式（6），即可确定射线源10相对于当前位置的位移；

步骤3、执行定位：

根据步骤2确定的射线源10相对于当前位置的位移，调节射线源10的位置使之与上述的位移匹配，以达到获取较好的分辨率的目的，射线源10的位置调节通过上述的驱动电机601及升降机构60实现。

本发明可以有效提高系统成像分辨率。

本方法仅适用于厚度基本一致的被测物80的检测。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种X射线异物检测装置，包括射线源(10)、探测器、传送带(30)、上位机，被测物(80)在传送带(30)上传送，所述射线源(10)位于传送带(30)的上方，探测器位于传送带(30)的下方，接收射线源(10)发送的信号，其特征在于：还包括测厚装置(40)和升降机构(60)，所述射线源(10)固定在升降机构(60)上，升降机构(60)安装在X射线异物检测装置的基板(70)上，所述测厚装置设置在X射线异物检测装置的入口前端，上位机与所述测厚装置(40)及所述升降机构(60)连接，测厚装置(40)测得被测物(80)的厚度参数后上传至上位机，上位机通过计算结果控制所述升降机构(60)的升降，调整射线源(10)相对于传送带的高度，

所述升降机构(60)包括升降板(61)、导向机构(62)、丝杠传动机构(63)和驱动电机(601)，所述升降板(61)的四角均布导向机构(62)，导向机构(62)使升降板(61)只能上下移动，所述驱动电机(601)驱动丝杠传动机构(63)，升降板(61)的上下移动由丝杠传动机构(63)实现，

所述升降机构还包括第一同步带轮(64)、第一同步带(65)、第二同步带轮(66)、第二同步带(67)、第三同步带轮(68)，所述丝杠传动机构(63)对称布置在升降板(61)的两侧，每组丝杠传动机构(63)包括滑动丝杠(632)和螺母(634)，驱动电机(601)的输出轴上紧固第一同步带轮(64)，两个滑动丝杠(632)的下部分别紧固第二同步带轮(66)、第三同步带轮(68)，第一同步带轮(64)和第二同步带轮(66)之间由第一同步带(65)连接，第二同步带轮(66)和第三同步带轮(68)之间由第二同步带(67)连接，驱动电机(601)转动，带动第一同步带轮(64)转动，进而带动第二同步带轮(66)和第三同步带轮(68)转动，从而使动力传送到滑动丝杠(632)，滑动丝杠(632)的转动带动升降板(61)的升降。

2.根据权利要求1所述的一种X射线异物检测装置，其特征在于：所述测厚装置(40)采用光幕测量装置，包括彼此相对设置的一组光电发射器(42)和接收器(44)，光电发射器(42)和接收器(44)固定在传送带支架(32)上，接收器(44)接收光电发射器(42)生成的信号，得到被测物(80)的厚度。

3.根据权利要求1所述的一种X射线异物检测装置，其特征在于：上位机获得被测物(80)厚度参数后，根据以下射线源位置变化计算公式，确定射线源(10)相对于当前位置的位移△x：

$\mathrm{\Δ}x=x-x_0=\frac{{\mathrm{hM}}_{op}}{2(M_{op}-1)}$

其中，h为被测物(80)的厚度，a为射线源(10)的焦点尺寸，b为探测器的分辨率，x为射线源到传送带的距离，x₀为设备处于空载时射线源到传送带的初始化距离。

4.根据权利要求1所述的一种X射线异物检测装置，其特征在于：所述基板(70)上设置有使得射线源(10)生成的X射线光束(12)通过的开口，X射线光束(12)穿过该开口到达设置在传送带(30)下方的探测器。

5.根据权利要求1所述的一种X射线异物检测装置，其特征在于：对称布置的两组丝杠传动机构(63)的滑动丝杠(632)各参数完全一致，所述升降板(61)的对应滑动丝杠(632)的位置开设有贯穿孔，所述螺母(634)与该贯穿孔同轴固定在升降板(61)上，所述滑动丝杠(632)的下方固定在止推轴承(636)上，止推轴承(636)固定在X射线异物检测装置的基板(70)上。

6.一种X射线异物检测方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

步骤1、光幕测厚：

测量并存储被测物(80)的厚度参数h，厚度参数h测出后，上传至上位机；

步骤2、位置计算：

上位机获得被测物厚度参数h后，根据以下射线源位置变化计算公式，确定射线源(10)相对于当前位置的位移：

$\mathrm{\Δ}x=x-x_0=\frac{{\mathrm{hM}}_{op}}{2(M_{op}-1)}$

其中，h为被测物(80)的厚度，a为射线源(10)的焦点尺寸，b为探测器的分辨率；

步骤3、执行定位：

根据步骤2确定的射线源(10)相对于当前位置的位移，调节射线源(10)的位置使之与上述的位移匹配，

上述X射线异物检测方法采用权利要求1-5任一项所述的X射线异物检测装置来实现。

7.如权利要求6所述的一种X射线异物检测方法，其特征在于：所述步骤1中，被测物(80)的厚度的测量装置使用测厚装置(40)，所述测厚装置(40)采用光幕测量装置，包括彼此相对设置的一组光电发射器(42)和接收器(44)，光电发射器(42)和接收器(44)固定在传送带支架(32)上，接收器(44)接收光电发射器(42)生成的信号，得到被测物(80)的厚度。

8.如权利要求6所述的一种X射线异物检测方法，其特征在于：所述步骤3中，射线源(10)的位置调节通过升降机构(60)实现，所述射线源(10)固定在升降机构(60)上，升降机构(60)安装在X射线异物检测装置的基板(70)上，上位机通过计算结果控制升降机构(60)的升降，调整射线源(10)的高度。